環(huán)氧分子在碳纖維表面相互作用的分子模擬研究.pdf

1、界面是連接增強纖維和基體的極其重要的微觀結(jié)構(gòu)，對復合材料的物理機械性能有著至關(guān)重要的影響。為了研究聚合物基復合材料界面的微觀結(jié)構(gòu)對其物理機械性能的影響，本文采用分子模擬方法，設(shè)計了碳纖維/環(huán)氧分子復合層的界面結(jié)構(gòu)，對界面相互作用能進行了細致地分析和研究，并改進了界面剪切模型，對界面剪切行為進行了進一步探索。
　　首先使用MaterialsStudio軟件以石墨層為基礎(chǔ)從分子水平設(shè)計碳纖維表面結(jié)構(gòu)，建立了具有不同羥基或氨基接枝率的碳

2、纖維表面，并建立了碳纖維與環(huán)氧分子界面模型。
　　通過模擬環(huán)氧分子在碳纖維表面吸附過程中的能量變化，分析界面相互作用能的組成。計算結(jié)果顯示：復合材料體系界面相互作用能主要由環(huán)氧分子-纖維表面碳原子間的相互作用和環(huán)氧分子-纖維表面接枝官能團間的相互作用兩方面構(gòu)成，二者共同決定相互作用能的大小。兩項能量分量隨官能團接枝率的變化趨勢相反，界面相互作用能并不隨著官能團接枝率的增加而持續(xù)升高，界面相互作用能最低時的接枝率為纖維表面最佳官能團

3、接枝率。
　　通過界面相互作用能的比較與分析，得出表面接枝官能團能夠提高界面強度，對于不同的官能團，存在不同的最佳接枝率。官能團種類和官能團的碳鏈長度對界面相互作用能均有影響。
　　對復合材料界面模型進行剪切模擬，討論了纖維表面官能團接枝率對界面剪切強度的影響。在非周期性邊界條件下的非動力學剪切模擬結(jié)果表明：氨基接枝率為1.300個/nm2和2.600個/nm2時界面剪切能量最高；在周期性邊界條件下的亞動力學剪切模擬結(jié)果表明