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湿热环境中环氧树脂复合材料力学性能

吴康宁  
【摘要】:环氧树脂作为涂料、交联剂、封装材料等广泛应用于国防与民用工业各个领域,其热力学性能受湿热环境影响很大,生产中常填充硅微粉等填料以提高性能。硅微粉对环氧树脂性能的改善作用具有重要的研究和应用价值。本文使用Material Studio构建了环氧树脂及熔融硅微粉原子模型,通过分子动力学模拟(MD),分别获得了环氧树脂及熔融硅微粉在不同温度和含湿量下的力学参数,以及其湿热膨胀系数,水分子在环氧树脂中的扩散系数;在此基础上,采用广义自洽法(GSCM)研究环氧树脂/硅微粉复合材料的力学性能,采用细观力学理论计算得到环氧树脂复合材料的湿热膨胀系数;此后,构建了环氧树脂复合材料的代表性体元,通过有限元(FEM)模拟获得了环氧树脂/硅微粉复合材料的力学参数及湿热膨胀系数,并与广义自洽法等细观力学理论的研究结果进行对比。此外,本文采用分子动力学方法研究环氧树脂和晶态二氧化硅、环氧树脂和聚合物的界面,构建了环氧树脂-晶态二氧化硅、环氧树脂-聚合物界面分子动力学模型,模拟获得不同湿热环境下的界面相互作用能。研究结果表明:湿热环境会降低环氧树脂及其复合材料的力学性能,填充硅微粉填料可以显著提高环氧树脂的力学性能;环氧树脂的湿热膨胀系数随着硅微粉含量的增加而降低;温度升高或含湿量增加降低了环氧树脂-晶态二氧化硅、环氧树脂-聚合物的界面相互作用能,降低了其黏结强度,因而对环氧树脂/晶态二氧化硅、环氧树脂/纳米二氧化硅复合材料的强度产生影响。


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