黄多辉 万明杰 杨俊升2)†

1) (宜宾学院理学部,宜宾 644007)

2) (华南理工大学,华南软物质科学与技术高等研究院,分子科学与工程学院,广州 510640)

短纤维结构对聚合物材料玻璃化转变温度及非线性力学具有非常重要的影响.本文利用粗粒化分子动力学方法研究了碳纳米管(CNTs)含量对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)玻璃化转变、扩散系数及非线性力学特性的影响.分子动力学模拟结果显示:短CNTs 纤维的加入的确会改变PMMA 体系的玻璃化转变温度,模拟结果与实验测量结果一致,而且随着CNTs 含量的增加其对应的玻璃化转变温度也会随着增加.进一步分析扩散特性发现,CNTs 加入PMMA 对于体系扩散特性的改变主要发生在玻璃化温度以上,玻璃化温度以下结构对应的扩散系数差异非常的小.聚合物材料在服役过程中难免要遭受应力-应变的作用,而且其结构对应的模量和韧性成反比.基于此,本文通过非平衡分子动力学探究了短CNTs 纤维添加PMMA 复合材料的非线性力学特性.模拟结果显示:随着CNTs 纤维的含量增加,其对应的屈服模量也在不断的增加,而且含有短CNTs纤维的体系还能够保持原来的韧性.因此,分子层面的理论研究策略可以为进一步的实验和加工提供理论指导.

1 引言

通过短纳米纤维增强聚合物材料的力学、热学及电学性能的研究最近几年引起了研究者广泛的关注[1-4].首先,短纤维增强聚合物复合材料不仅仅在力学性能方面得到了很大的提升,而且短纳米……