HTPB_MDI型聚氨酯弹性体的分子动力学模拟

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1、国内图书分类号：0736密级：公开西南交通大学研究生学位论文HTPB/MDI型聚氨酯弹性体的分子动力学模拟年级2015级姓名崔慧娜申请学位级别理学硕士专业物理学指导教师黄整教授二零一八年五月ClassifiedIndex:0736SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisMolecularDynamicsSimulationforPolyuret-haneElastomerbasedonHTPB/MDIGrade:2015Candidate:CuiHuinaAcademicDegreeAppliedfor:M

2、asterSpeciality:CondensedMatterPhysicsSupervisor:HuangZhengMay2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要聚氨酯弹性体作为一种重要的胶粘剂，氨基甲酸酯基构成其分子键，分子结构中的柔性软段和硬段，使该类胶黏剂具有较高的强度、出色的低温性能和较宽的硬度范围等特点。本文采用分子动力学方法，通过分析体系中原子的径向分布函数g(r)，研究聚氨酯弹性体分子键的形成情况，以及在温度场下分析不同原子间的径向分布函数与其微观结构的关系。其次，在不同拉伸速率、温度和压强下，研究聚氨酯弹性体在单轴拉伸时力学性能和

3、分子内部结构的变化情况。（1）首先对1,4-丁二醇（BDO）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和HTPB/MDI型聚氨酯弹性体原子的径向分布函数进行研究。结果验证了在合成聚氨酯弹性体时分子键的形成情况，即具体的加成反应是：异氰酸酯中的N=C双键打开，与羟基（-OH）上的氢原子发生加成反应。（2）在压强为0atm，研究温度场下HTPB/MDI型聚氨酯弹性体的g(r)图及其微观结构的关联。结果表明，碳氮、氮氢、碳氧和氢氧原子的径向分布函数的峰值大致随着温度的升高而降低，且峰位稍右移。这是由于温度的升高使分子内部化学键的旋转自由度增加，导致径向分布函数减小，此时的

4、温度在合成聚氨酯时，有利于固化反应的顺利进行。（3）通过分析拉伸过程中弹性体的应力-应变曲线，研究它在拉伸时的变形特点及微观破坏机理。根据曲线特点，将体系的拉伸变形过程分为：准弹性形变、塑性形变、强化和滑脱（断裂）四个阶段。（4）分析单轴拉伸时拉伸速率、温度和压强对聚氨酯弹性体材料的力学性质特征和变形机制的影响。结果表明，当拉伸速率降低和温度的升高时，聚氨酯弹性体分子内部结构在强化形变结束时并未出现断裂，只表现为分子间的滑脱。随着拉伸速率的升高，聚氨酯弹性体分子的屈服强度和拉伸模量表现为增大趋势，随着温度的升高，则表现为减小趋势。关键词:分子动力学;聚氨酯

5、;端羟基聚丁二烯;二异氰酸酯;力学性能西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractPolyurethaneelastomerisanimportantpolymeradhesive,formingitsmolecularbondsbasedonurethanegroup.Theflexiblesoftsegmentandhardsegmentinmolecularstructure,makingtheadhesiveswithwidehardnessrange,highstrengthandexcellentlowtemperatureperfo

6、rmance.Firstly,themoleculardynamicsmethodisusedtoanalyzetheradialdistributionfunctionoftheatomsinthesystem,exploringtheformationofthemolecularbondsinthesynthesisofpolyurethane,analyzingtherelationshipbetweentheradialdistributionfunctionandthemicrostructureofthedifferentatomsundert

7、hetemperaturefield.Secondly,thechangesofmechanicalpropertiesandinternalstructureofpolyurethaneelastomersunderuniaxialtensionatdifferenttensilerates,temperaturesandpressuresareexplored.TheradialdistributionfunctionbetweenDiphenyl-methane-diisocyanate(MDI),1,4-butanediol(BDO)andHTPB

8、/MDIbasedpolyurethaneelastomerwas