半晶态聚合物拉伸变形行为的微观机理

摘要

聚合物材料质量轻、强度高，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性和电绝缘性，被广泛应用于航空航天、汽车、流体传输和电子领域。在实际应用中它们广泛的以半晶态结构形式存在。由于实验和计算技术的限制，半晶态聚合物的结构与力学行为之间的关系尚未得到有效的揭示。
　　本文应用大规模分子动力学方法，采用粗粒化势函数模型，研究了单轴拉伸变形过程中半晶态聚合物微观结构与宏观力学行为之间的关系，揭示了半晶态聚合物的微观变形机理。主要研究内容如下：
　　①通过模拟聚合物熔融－冷却过程，制备了半晶态聚合物结构，初步研究了冷却过程中的结晶行为与有序结构形成机制，模拟得到的半晶态聚合物与缨状微束结构模型相一致。
　　②模拟了半晶态聚合物在不同温度和应变率下的单轴拉伸变形行为。模拟得到的应力－应变曲线、材料弹性模量和屈服应力等与实验数据很好的一致。考察了拉伸变形过程中几种重要的微结构演变形式：晶区内滑移、晶态－非晶态的转变、非晶区解缠结，以及分子链重新取向等。研究发现，半晶态聚合物拉伸行为的应变软化阶段，主要通过晶区内折叠链段间的滑移行为实现；而拉伸行为的应变强化阶段，主要由非晶区内的微结构演变来实现。
　　③模拟制备了非晶态聚合物结构，研究了非晶态聚合物的单轴拉伸变形行为，并与半晶态聚合物的变形行为与机理进行了比较。研究发现，半晶态聚合物中的非晶区表现出与非晶态聚合物相似的应力－应变行为。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1半晶态聚合物结构与力学行为的研究

1.2聚合物变形行为与机理的分子模拟研究

1.3 本论文的主要研究内容

2 分子动力学模拟技术

2.1 分子动力学模拟的基本原理

2.2 分子模拟软件LAMMPS

2.3 本章小结

3半晶态聚合物结构的分子动力学模拟

3.1 计算方法

3.2 结晶行为与半晶态结构

3.3 本章小结

4 半晶态聚合物拉伸变形的微观机理

4.1 计算方法

4.2 应力－应变曲线

4.3 能量随应变的变化

4.4 微结构的演变

4.5 本章小结

5 半晶态和非晶态聚合物变形机理的比较

5.1 应力－应变曲线

5.2 能量随应变的变化

5.3 微结构的演变

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录