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环氧树脂及其纳米复合材料结构与热力学特性的MD模拟

梁少栋  
【摘要】:随着电力系统电压等级的提高,电力设备的温升、自重以及机械负荷增大,对绝缘材料的热力学特性提出了更高的要求。因此,环氧树脂绝缘材料的热力学特性成为近年来的研究热点。本文基于MD模拟,针对环氧树脂及其纳米复合绝缘材料的微观结构和热力学特性开展了深入的研究。首先,选取双酚A型环氧树脂(DGEBA)、二氧化双环戊二烯脂环族环氧树脂(DCPDE)与甲基四氢苯二甲酸酐(MTHPA)和顺丁烯二酸酐(MA)酸酐固化剂,形成4种环氧树脂体系的交联结构模型。通过MD模拟,研究了交联程度对环氧树脂的微观结构和热力学特性的影响,初步探索了环氧树脂微观结构特征和热、力学特性之间的关联关系。其次,以DGEBA/MTHPA体系作为环氧树脂基材,构建了不同形貌的纳米SiO_2填料模型,并按照不同的质量分数填充环氧基材,分析纳米SiO_2填料对环氧树脂复合材料的微观结构以及热力学特性的影响。最后,选取KH550、KH560、KH570 3种硅烷偶联剂,对纳米SiO_2填料进行表面接枝改性,研究偶联剂的种类和接枝率对SiO_2填料与基材的结合能、填料在基材中扩散特性的影响,计算EP/改性SiO_2复合材料的微观结构特性以及热力学性能,分析硅烷偶联剂对环氧树脂复合材料的作用机理。本文借助MD模拟方法研究了环氧树脂及其复合材料的结构特征和热力学特性,其研究结果期望可为环氧树脂复合材料开发过程中填料的填充量、形貌,偶联剂种类、用量等问题提供一定的理论指导。


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