發(fā)布時間：2020-11-18 01:52

　　 高分子材料大多是由相對分子質量不同的同系物混合而成,因此分子量及分子量分布會成為影響其結構與性能的重要因素。目前已經(jīng)有大量實驗研究了聚合物結構對力學性能的影響,但這只能從宏觀上做定性研究,不足以說明其分子鏈的微觀演變過程。為研究高分子材料的微觀機理,本文采用計算機模擬手段,運用分子動力學方法,探究不同分子量及分子量分布的混合多鏈聚乙烯的結構與其力學性能的關系。主要研究內(nèi)容如下:首先研究了鏈長對聚乙烯結晶行為及拉伸行為的影響。研究對象為三個均由一種鏈長構成的聚乙烯多鏈體系,其鏈長分別為100、200、400,并建立相應體系的粗�；�模型。在對不同鏈長的聚乙烯多鏈體系進行結晶模擬過程中,發(fā)現(xiàn)分子鏈越短的體系,結晶速率越快,結晶度越高。接著分別對上述過程所得三種半晶體聚乙烯進行拉伸模擬,通過其拉伸過程中的結晶度、鏈纏結度以及鏈取向度隨應變的變化,得到不同鏈長聚乙烯體系的分子鏈微觀演變機理,發(fā)現(xiàn)鏈長越短的聚乙烯體系屈服應力越大,應變硬化階段所需應力越小。接著研究兩種鏈長以不同混合比構成的多鏈混合體系對聚乙烯結晶行為及拉伸行為的影響。研究對象為C20/C200、C50/C200、C100/C200的多鏈聚乙烯混合體系,每個體系又設置三種長短鏈混合比1:1、1:3、1:4,之后建立相應體系的粗粒化模型。對以上不同長短鏈聚乙烯混合體系進行結晶模擬,并對比均一鏈長聚乙烯體系結晶過程,發(fā)現(xiàn)混入短鏈可以促進結晶,且混入短鏈越短、越多,結晶度越高。然后分別對以上的半晶體聚乙烯進行拉伸模擬,通過分析能量、結晶度、鏈纏結度以及鏈取向度的變化曲線等揭示其分子鏈的微觀演變機理,發(fā)現(xiàn)聚乙烯體系中混入短鏈越多且越短時,拉伸屈服應力越大,應變硬化應力越小。本文最后研究了不同分子量分布對聚乙烯結晶行為及拉伸行為的影響。研究對象為三種鏈長以不同分散度構成的兩個多鏈混合聚乙烯體系,其鏈長組成分別為50/200/350,150/200/250,兩體系的分散度分別為1.225和1.0125,并建立相應體系的粗粒化模型。分別對以上不同分子量分布的多鏈混合聚乙烯體系進行結晶模擬,發(fā)現(xiàn)這兩個聚乙烯體系的初始結晶速率幾乎相同,但是在溫度較低時,分散度高的體系結晶速率較大,生成半晶體的結晶度更高。分別對以上兩種體系的半晶體聚乙烯進行拉伸模擬,通過分析其能量、結晶度、鏈纏結度以及鏈取向度的變化曲線得到其分子鏈的微觀演變機理,發(fā)現(xiàn)分散度高的體系屈服應力更大,應變硬化階段所需應力也更高。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ325.12
【部分圖文】：

圖 1-1 多尺度半晶態(tài)聚合物結構[5]Fig.1-1 Multi-scale semi-crystalline polymer structure[5]步擬合半晶體的真實結構，科研工作者們在大量的模擬工，其中被人們熟知的是由 Bryant 提出的纓狀微束模型[6]、及由 Flory 提出的插線板模型。纓狀微束模型（如圖 1-2 分子鏈結構，即晶區(qū)與非晶區(qū)，它們相互穿插，隨機分布鏈呈規(guī)則有序排列，且折疊鏈間相互平行，但構成的晶區(qū)

圖 1-2 纓狀微束模型[6]Fig.1-2 Braided microbeam model[6]鏈在晶片中不規(guī)則非近鄰進入示意圖 （b）插線板圖 1-3 插線板模型[8]Fig.1-3 Patch panel model[8]學性能的研究動態(tài)晶態(tài)聚乙烯結構及其力學性能，大量研究者們通過各種各括差示掃描量熱法(DSC)[9]、測比重術[10]、拉曼光譜學[11]子核磁共振[13]、小角 X 射線散射[14][16]和電鏡掃描[17]等方

（a）分子鏈在晶片中不規(guī)則非近鄰進入示意圖 （b）插線板模型圖 1-3 插線板模型[8]Fig.1-3 Patch panel model[8]1.4 聚乙烯力學性能的研究動態(tài)為了解半晶態(tài)聚乙烯結構及其力學性能，大量研究者們通過各種各樣的方法進行了實驗，其中包括差示掃描量熱法(DSC)[9]、測比重術[10]、拉曼光譜學[11]、固態(tài)碳原子核磁共振[12]、質子核磁共振[13]、小角 X 射線散射[14][16]和電鏡掃描[17]等方法。Erming[14通過同步加速器小角 X 射線散射（SAXS）和廣角 X 射線衍射（WAXD）研究了高密度聚乙烯（HDPE）在電子輻射前后單軸拉伸變形過程中的結構演變。原始和輻射后的HDPE 都表現(xiàn)出三個不同階段的變形行為，分別對應于彈性變形、屈服、應變軟化、平臺期及應變硬化。在第二階段發(fā)現(xiàn)有晶區(qū)鏈破壞，第三階段會因應變誘導而重結晶。Jiang[15]使用 SAXS 技術研究了不同退火溫度所得的高密度聚乙烯單軸拉伸變形時的結
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本文編號：2888194