李君，孙毅，曾凡林

(哈尔滨工业大学航天科学与力学系，黑龙江哈尔滨150001)

多面体低聚倍半硅氧烷(polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS)是一类结构简式为(RSiO 1.5)n(n≥4且为偶数，R为有机取代基团)的化合物.POSS单体可以与有机聚合物进行化学连接而生成POSS有机-无机纳米杂化材料［1］，从而提高聚合物的耐磨性、耐高温性、硬度、强度等一系列的力学性能［2-4］.

POSS对基体材料的性能产生影响的机理缺乏理论.文献［5-6］通过分子动力学模拟方法，计算了材料的多种参数，结论认为POSS单体由于体积巨大，掺杂在材料中阻碍了材料分子的运动，从而使材料的性能得到提高.这可以用来解释增强的原因，但是在聚合物中加入POSS后，有些弹性模量确实得到了增强［7］，但是有些弹性模量反而降低了［7-8］.为了进一步分析POSS对材料改性的原因，本文采用分子动力学方法模拟了聚乙烯(PE)及含有不同POSS比例的杂化聚乙烯(POSS-PE)在不同温度下的行为，计算得到了4种材料的玻璃态转变温度(Tg)及弹性模量.最后通过各部分能量的具体变化来寻求POSS的加入对基体材料力学性能影响的原因.

1 模拟实验

1.1 模型

由于PE的结构简单，模拟起来相对容易，因此选用 PE作为基体材料.而 POSS单体采用T8［CH2CH3］7(CH2)8CH=CH2［9］，其结构如图1 所示.

图1 POSS单体结构图(H原子没有标出)Fig.1 Illustration of the POSS unit(H atoms are not shown)

POSS单体通过一系列化学反应与PE主链结合生成的POSS-PE结构如图2所示.

图2 POSS-PE主链结构图(H原子没有标出)Fig.2 Illustration of the POSS-PE chain(H atoms are not shown)

受计算条件所限，在实际模拟中，PE的主链由500个乙烯单体聚合而成，而整个PE模型包括6条主链，采用周期性边界条件［10］打包在一个元……