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高分子合成与性能预测的计算机模拟

王吉星  
【摘要】: 随着计算机技术的飞速发展,计算机与高分子科学之间的相互渗透已经成为高分子研究的又一亮点。计算机模拟既可预测分子结构行为和宏观物质性质,又可深化研究结果,提高工作效率。本文主要从四个方面研究了计算机在高分子科学上的应用,利用可视化程序语言Visual Basic 6.0编制了不同功能的软件。 第一方面:利用计算机,通过截距斜率法、YBR法、JJ法(直线交叉法)、TM法(非线性最小二乘法)和动态搜索法测算共聚体系竞聚率,其中TM法和动态搜索法获得比较精确的竞聚率结果。由竞聚率的数据,还给出共聚物组成曲线。利用计算机,通过共聚积分方程,描绘出共聚反应体系随着聚合转化率的变化,单体组成、共聚体瞬时组成和共聚体平均组成的关系曲线。此外,还对共聚物链段分布和链节分布情况进行了模拟,给出了它们的分布曲线。 第二方面:用Monte Carlo法,模拟了聚氯乙烯缺陷结构的产生情况。模拟结果表明,过高的转化率必然导致形成更多的缺陷结构,使树脂品质下降。建议PVC生产厂家,氯乙烯的转化率以不超过0.85~0.87为宜。 第三方面:利用热重分析法研究了聚合物的热分解动力学。先用三次样条函数对热失重数据进行了插值和微分,再通过二元回归求出了它的热分解动力学参数A、n及E,以上便是微商法的求解过程。它具有简洁、快速等优点。通过热分解动力学参数可以综合地、定量地表征聚合物的热稳定性,并且可确定热分解速率与温度之间的关系,给出热分解速率的峰值,对实际应用有指导意义。 第四方面:基团贡献法为高分子新产品的开发研究提供了较好的辅助手段。利用高级编程语言Visual Basic语言编写的计算机软件,界面可视友好,使用方便,运算快速。此方法尤其适用于无定型聚合物,而对分子间具有较强作用力的聚合物,预测的误差较大。此外,由于该法仅提供了33种结构单元的有关参数,难以组合复杂结构的高分子,在使用范围上受到一定限制。 第五方面:利用关联指数法对聚合物某些性能进行了预测,这些性能包括:摩尔体积,溶解度参数,表面张力,折光指数,介电常数及玻璃化转变温度等。本文在大量预测聚合物性能基础上,把预测值与实验值比较,采用相关系数和标准偏差评估了预测过程的精度。本文合成了新型的含氟聚酰亚胺,提出了预测这类聚酰亚胺玻璃化转变温度的回归方程。总的说来,关联指数法应用范围比基团贡献法广泛,对聚合物性能的预测精度也较高,但操作比较繁琐。


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