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《华南理工大学》 2013年
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湿热环境中环氧树脂力学性能和界面破坏机理的研究

辛东嵘  
【摘要】:树脂与固化剂交联形成的三维网状环氧树脂具有许多优良的热、力学性能,目前已经作为涂料、封装材料、交联剂等广泛应用于国防及民用工业的各个领域。湿热环境下环氧树脂膨胀、老化、力学性能下降及由此导致的界面开裂等问题日益凸显。本文采用分子动力学方法,考虑了温度、含湿量、交联度、应变率及界面粘结剂等的影响,对环氧树脂的力学性能及铜-环氧树脂界面破坏机理做了系统详细的研究,得到了一些富有学术价值的研究成果,对实际工程问题具有指导意义。 由于环氧树脂结构的特殊性和重要性,本文首先提出一种新的建模方法,成功实现了环氧树脂的三维网状交联,在此基础上系统研究了环氧树脂玻璃转化温度、热膨胀系数和湿膨胀系数等材料参数,通过静态常应变方法研究了环氧树脂弹性模量、体积模量、剪切模量和泊松比等力学性能参数,分子动力学模拟结果与实验数据吻合较好。研究结果显示,交联度对环氧树脂的热、力学性能的研究有重要意义,以简单的树脂和固化剂共混体系代替交联环氧树脂必然会造成结果偏差;此外,环氧树脂体系所处环境的温度和湿度都会对其性能造成影响,尤其高温、高湿环境对环氧树脂热力学性能有着显著的影响。 采用分子动力学方法系统研究了湿气在环氧树脂中的扩散问题,模拟结果表明,随着温度的升高,扩散系数增大;随聚合物中含水量增多及聚合物交联反应程度减小,扩散系数总体呈增大趋势,但同时也发现发生完全交联反应的环氧树脂所含环氧基数目与交联聚合物中所含水分子数目相同时,扩散系数急剧减小。 通过分子动力学方法数值模拟,研究了环氧树脂拉伸、压缩时的力学性能,研究结果显示,环氧树脂抗压性能比抗拉性能好;温度升高和含湿量增大都弱化了聚合物的力学性能,高温、高湿环境影响尤其显著;交联度增大和应变率升高强化了聚合物的力学性能,常温下,交联度89%的环氧树脂弹性模量比不交联环氧树脂高2-3GPa。通过分子动力学模拟不仅得到了聚合物材料在高温和高应变率下的力学性能,还从分子能量的微观角度较好地表述了湿热环境中环氧树脂的拉伸和压缩变形过程,这一研究对环氧树脂的改性和性能设计具有重要指导意义。 系统分析研究了电子封装中常见的铜-SAM-环氧树脂界面的相互作用能。通过比较,发现与环氧树脂形成化学键的自组装单分子膜SAMA能够提高界面相互作用能,而不与环氧树脂形成化学键的SAME则降低了界面相互作用能,树脂交联程度对基底与环氧树脂界面粘结性基本没有影响,但温度升高、湿气进入和金属氧化都不同程度地减弱了界面的相互作用能。这一研究成果为研究界面粘结剂的粘结作用及评价粘结效果提供了新的研究方法,为选择和设计粘结剂提供了理论依据。 界面开裂作为一种典型的封装失效形式,极大地影响了电子封装的可靠性。本文采用分子动力学方法对受拉铜-SAM-环氧树脂的界面破坏进行了系统深入地研究。研究结果表明,树脂交联程度、温度及拉伸速率对受拉环氧树脂-铜界面可靠性影响较小;湿气进入会降低受拉体系的界面强度;高温条件下或湿气的进入都会降低含粘结剂受拉界面的强度;交联度增大加强了受拉铜-SAM-环氧树脂体系的界面可靠性。此外,通过比较铜-SAM-环氧树脂界面相互作用力随拉伸位移的变化趋势及界面破坏形态,揭示了含SAMA界面化学键为界面作用的主要因素,界面受拉过程中,因环氧树脂内部破坏而导致体系失效;含SAME界面间主要作用力为原子间非键力,界面受拉过程中,SAME中原子与环氧树脂原子距离逐渐增大,非键力逐渐减弱直至完全消失,界面失效。分子动力学模拟不仅为研究界面开裂失效这一复杂问题提供了新的方法,而且有助于从分子角度分析界面相互作用能变化的内在原因,对深刻理解界面的相互作用和界面开裂的内在机理具有重要意义。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ323.5

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【参考文献】
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1 樊康旗,贾建援;经典分子动力学模拟的主要技术[J];微纳电子技术;2005年03期
2 杨生荣,任嗣利,张俊彦,张绪寿;自组装单分子膜的结构及其自组装机理[J];高等学校化学学报;2001年03期
3 丁遗福,李华,刘墨君,吴先国,李善君;吸水过程对环氧树脂的动态松弛行为的影响[J];高等学校化学学报;2002年05期
4 赵伟超;宁荣昌;;耐湿热高性能环氧树脂的研究进展[J];中国胶粘剂;2009年08期
5 朱宇,陆小华,丁皓,王俊,王延儒,时钧;分子模拟在化工应用中的若干问题及思考[J];化工学报;2004年08期
6 马学军;;分子模拟的原理及方法概述[J];科技信息;2009年19期
7 文玉华,朱如曾,周富信,王崇愚;分子动力学模拟的主要技术[J];力学进展;2003年01期
【共引文献】
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1 张媛媛;张文飞;王鹏;;不同温度下纳米单晶铜杆拉伸的分子动力学模拟[J];兵器材料科学与工程;2007年04期
2 杨大勇;;电动微流体数值模拟研究进展[J];微纳电子技术;2010年09期
3 郑可利;;2种新的巯基烷氧基喹啉衍生物的合成[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2007年03期
4 徐常龙;曹小华;柳闽生;喻国贞;;自组装单层膜的研究[J];江西师范大学学报(自然科学版);2009年02期
5 刘思源;刘国松;姜义;;消息传递接口在分子动力学模拟中的应用[J];长春工程学院学报(自然科学版);2010年04期
6 杨平;张华中;;微齿轮系统中接触齿廓间范德华力计算方法研究[J];传感技术学报;2006年05期
7 冯春梁;刘媛媛;李亚男;于洪学;孙越;;基于对羟基苯硫酚自组膜免疫传感器的研究[J];传感器与微系统;2007年05期
8 陈泽民;张巧云;张卫芳;;金属表面自组装成膜工艺优选[J];材料保护;2011年08期
9 宋鹏,陆建生,瑚琦,赵明娟,杨滨;薄膜沉积机理的计算机模拟应用和发展[J];材料导报;2003年S1期
10 高虹;赵良举;;局部晶序分析方法研究团簇沉积后的晶格结构[J];材料导报;2010年10期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 任洪波;低密度SiO_2及其复合气凝胶的制备与特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 魏洪源;原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 王军;芴基苯并噁嗪的合成聚合及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王平利;塑料包装材料中迁移物扩散系数的分子动力学研究[D];暨南大学;2010年
5 常旭;低维碳纳米材料和冰纳米管的结构与物性的数值模拟研究[D];南京大学;2010年
6 刘媛媛;二元Pb合金结构和性质的分子动力学模拟及真空蒸馏实验研究[D];昆明理工大学;2010年
7 沈嘉炜;生物分子在纳米材料表面的吸附及纳米孔道中的输运行为[D];浙江大学;2009年
8 徐立华;电晕等离子体改性碳纳米管及其在环氧树脂中的应用[D];浙江大学;2010年
9 张岩;构建化学和生物传感界面用于环境有机污染物检测新方法研究[D];东华大学;2010年
10 周强;基于离散元方法的颗粒材料热传导研究[D];大连理工大学;2011年
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1 余波;惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统和非线性重建方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 陈东明;几种材料的液态结构和动力学性质的第一性原理研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
3 马培鸽;微孔塑料气泡成核过程分子动力学分析[D];郑州大学;2010年
4 高振兴;聚合物/微孔混合体系粘度的分子动力学计算[D];郑州大学;2010年
5 冯余其;聚合物微器件超声波联接机理与方法研究[D];大连理工大学;2010年
6 张本状;微电铸结构尺寸误差的仿真及实验研究[D];大连理工大学;2010年
7 李燕;纳米碳管的盐水通道行为研究[D];中国海洋大学;2010年
8 冯文娟;金纳米线拉伸力学性能的分子动力学模拟[D];山东建筑大学;2011年
9 侯春旺;母结构在纳米拉伸中的作用及其产物的拉伸力学性质研究[D];河北科技大学;2011年
10 姜黎明;单晶镁裂纹扩展的分子动力学研究[D];北京交通大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡壮麒,王鲁红,刘轶;电子和原子层次材料行为的计算机模拟[J];材料研究学报;1998年01期
2 张浩力,郭云,力虎林,杨得全;AFM诱导正十八硫醇在金基底上的选择性生长[J];高等学校化学学报;1999年09期
3 周健,陆小华,王延儒,时钧;分子动力学模拟苯和萘在超临界二氧化碳中的无限稀释扩散系数[J];高等学校化学学报;2000年05期
4 李善君,张树永,罗小雯,丁遗福,周伟舫;乙酸基和羟基对固化的环氧树脂吸水性能的影响[J];高等学校化学学报;2000年05期
5 徐国华,HigashitaniKo;OTS自组装单分子膜在玻璃表面形成过程的AFM研究[J];高等学校化学学报;2000年08期
6 丁遗福,李华,刘墨君,吴先国,李善君;吸水过程对环氧树脂的动态松弛行为的影响[J];高等学校化学学报;2002年05期
7 张春玲,那辉,牟建新,于文志,付铁柱,仉新功,李子传,吴忠文;含联苯结构的环氧树脂固化性能的研究[J];高等学校化学学报;2004年09期
8 蔡红莉;那辉;;新型含联苯结构的酚氧树脂的性能研究[J];高等学校化学学报;2006年02期
9 黎艳,刘伟区,宣宜宁;有机硅改性双酚A型环氧树脂研究[J];高分子学报;2005年02期
10 张希,沈家骢;“浮萍”与“倒浮萍”聚合物超薄膜结构与功能组装[J];高分子学报;1997年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张颖怀;许立宁;路民旭;;硅烷处理对有机涂层/金属胶接接头力学性能的影响[J];材料工程;2009年05期
2 程智清;刘宝举;杨元霞;;混合集料混凝土力学性能试验研究[J];粉煤灰综合利用;2006年05期
3 夏宏康;;应用于大型助推器的端羟基聚丁二烯推进剂[J];航空兵器;1977年04期
4 周尧和;毛志英;杨根仓;;单向凝固铝合金层状晶的组织形态与力学性能[J];西北工业大学学报;1985年01期
5 Какабадзе Р.Ш.;Туторский И.А.;王文福;;改性剂AM—2在橡胶中的作用[J];橡胶参考资料;1985年02期
6 梁景理;罗光德;张宏仙;;轧制温度及碳当量对B级船板力学性能的影响[J];钢铁;1985年05期
7 姜春芳;姜银林;;WSPA耐候钢产品特性工艺研究[J];武钢技术;1985年02期
8 龚桂仙;刘嘉苓;;冷轧双相钢加热期间组织的演变及其各阶段的力学性能[J];钢铁研究;1986年02期
9 吴忠文,魏青阳;无定形高分子结构与性能关系的研究(Ⅱ)——热处理对聚芳酯的力学性能和形态结构的影响[J];吉林大学学报(理学版);1987年03期
10 白桂苓;张世约;邓森元;徐安文;;反应型阻燃性不饱和聚酯树脂的合成研究[J];火炸药;1987年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨彩云;刘雍;;树脂基三维机织复合材料结构与力学性能的关系研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 邓承梁;刘云;王俊胜;宋艳朋;敬新柯;王玉忠;;累托石对膨胀阻燃PP体系阻燃效果的影响[A];2009年中国阻燃学术年会论文集[C];2009年
3 葛春华;丁鹏;施利毅;杨慧;;纳米重晶石对PET力学性能及结晶的影响[A];第七届全国颗粒测试学术会议、2008上海市颗粒学会年会论文集[C];2008年
4 刘美华;李鸿琦;李林安;佟景伟;崔小鹏;;压痕尺寸效应问题的研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
5 张能辉;陈建中;;双链DNA生物层的弹性性质[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
6 卢子兴;陈鑫;芦艾;刘静;;不同填充物对聚氨酯泡沫塑料压缩力学性能的影响[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
7 马婷婷;白树林;罗瑞盈;;碳纤维增强环氧树脂复合材料在水中老化后的力学性能与破坏机理[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(上)[C];2006年
8 王兵;吴林志;孙雨果;王世勋;;纤维柱增强泡沫芯材复合材料夹芯板的实验研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
9 宋永忠;翟更太;史景利;郭全贵;刘朗;;中间相沥青制备高密高强炭石墨材料[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
10 王裕;梁军;方国东;韩文波;;ZrB_2基陶瓷断口形貌及增韧机理[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 晨;具有均匀尺寸和力学性能的薄宽热轧带钢[N];世界金属导报;2004年
2 记者 徐彦泓;国家建材五金水暖测试中心加强扣件检测[N];中国建材报;2006年
3 张跃进;热轧带钢力学性能预报模型在线应用[N];世界金属导报;2006年
4 刘友存;热轧带钢力学性能在线预测系统简介[N];中国冶金报;2007年
5 ;热轧带钢力学性能在线监控系统(待续)[N];世界金属导报;2001年
6 月力;新型墙体材料产品质量抽检合格率达到85%以上[N];中国建材报;2006年
7 通讯员 史晓斌 记者 徐光明;邯钢CSP供冷轧用料合格率达到92.56%[N];中国冶金报;2006年
8 唐诗全 郑之旺;攀钢冷轧厂1号热镀锌线连退机组改造投产[N];中国冶金报;2007年
9 田建强王建国;劣质窗一推就开[N];中国质量报;2007年
10 罗文;上海 逾两成儿童家具不合格[N];中国质量报;2007年
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1 辛东嵘;湿热环境中环氧树脂力学性能和界面破坏机理的研究[D];华南理工大学;2013年
2 卫爱丽;稀土元素对Zn-25 Al-5 Mg-2.5 Si合金组织和力学性能的影响[D];太原理工大学;2010年
3 夏志新;低活化钢中析出型相变及其对力学性能的影响[D];清华大学;2011年
4 于晓东;重型静压推力轴承力学性能及油膜态数值模拟研究[D];东北林业大学;2007年
5 陈嵩;EB-PVD制备Y_2O_3弥散增强Ni基合金薄板的组织及力学性能[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 李廷取;Mg-5Li-3Al-2Zn-X(RE,Cu,Sn)镁合金显微组织及力学性能的研究[D];吉林大学;2011年
7 张双燕;化学成分对木材细胞壁力学性能影响的研究[D];中国林业科学研究院;2011年
8 李臻熙;TiAl基合金组织控制对力学性能的影响[D];北京航空材料研究院;2000年
9 陈云;大豆蛋白质的共混改性研究[D];武汉大学;2004年
10 毛立新;茂金属聚乙烯及其共混合金的流变学本构理论及力学性能与群子参数关系的研究[D];北京化工大学;2002年
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1 笪宇蓉;口腔修复异种金属激光焊接焊区力学性能及组织结构分析研究[D];天津医科大学;2002年
2 王国俊;熔敷金属断裂表面分维与其力学性能关系初探[D];太原理工大学;2003年
3 颜飞;Q345E热轧带钢轧后冷却过程温度及组织演变模拟[D];武汉科技大学;2004年
4 齐新华;复合微合金化(Ca+Si;B+RE)对AM60合金组织和性能的影响[D];郑州大学;2004年
5 张春玲;聚氨酯弹性体结构与性能的关系研究[D];北京化工大学;2004年
6 祝莹莹;用正电子湮没技术研究TiAl合金中3p-3d电子的相互作用[D];广西大学;2005年
7 牛全峰;自保护药芯焊丝的研究[D];武汉理工大学;2005年
8 晁晟;超细晶粒Ti(CN)基金属陶瓷材料成分,组织,性能关系的研究[D];合肥工业大学;2005年
9 郝梦轩;CM的热稳定性、发泡,NR平衡硫化体系以及性能之间关系的研究[D];青岛科技大学;2005年
10 李赫亮;激光熔覆镍基合金陶瓷涂层的研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
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