聚酰亚胺分子降解的微观动力学模拟.pdf

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1、高电压技术第38卷第1O期2012年10月31日HighVoltageEngineering．Vo1．38，No．10，October31，2012聚酰亚胺分子降解的微观动力学模拟罗杨，吴广宁，曹开江，辛正亮，张依强，徐慧慧(1．西南交通大学电气工程学院，成都610031；2．西南交通大学材料科学与工程学院，成都610031)摘要：分子动力学模拟是研究分子结构与性能的一种十分重要且有效的方法。为研究聚酰亚胺(PI)分子的微观降解机理，利用分子动力学软件，采用基于密度泛函理论(DFT)的量子力学程序对聚合度为5

2、的均苯型聚酰亚胺分子进行了降解模拟。通过对Mulliken重叠布居数及P1分子降解过程的计算与模拟，发现P1分子主链结构上的醚键(C一0一c)、酰亚胺环(c—N—c)上的c—N键较弱，在P1分子受热过程中容易断裂，造成P1分子聚合度降低；醚键断裂和酰亚胺环开环可能导致P1分子有2种不同的降解路径，其最终降解产物主要有H2O、NO、CO、CO及NO等气体。该研究成果有助于在原子水平对PI的结构与性能进行研究，从而更深入认识P1分子热降解的微观机理。r关键词：聚酰亚胺(PI)；分子动力学模拟；热解；微观机理；聚合

3、度；分子链断裂DOI：10．3969issn．1003—6520．2012．10．031文章编号：1003—6520(2012)10-2707—07DynamicSimulationforPyrolysisMicro—mechanismofPolyimideLUOYang，WUGuangning，CAOKaijiang，XINZhengliang。，ZHANGYiqiang，XUHuihui(1．SchoolofElectricalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity

4、，Chengdu610031，China；2．SchoolofMateriaIScienceandEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：Moleculardynamicssimulationmethodisanimportantandeffectivemethodtoinvestigatethestructureandperformanceofmolecule．Basedonthequantummechanic

5、sofdensityfunctionaltheory，themoleculardynamicssoftwarewasusedtostudythemicrocosmicdegradationmechanismofpolyimidewith5monomers．ThroughthecalculationofMulliken’soverlappopulationandsimulationofpyrolysisprocessofPI。itisshownthatthebondenergyofetherbond(C一0一C

6、)onthemainchainofPIandtheC—Nbondontheimideringisweak，whichiseasytobreakduringtheheatingprocess．TherearetwoprobablepyrolysispathsofPImoleculebecauseoftheruptureofetherbond(C一0一C)andC—Nbond．ThefinalproductsmainlyincludeH2O，NO，CO，C0z，NO2，andsoon．Itishelpfultoe

7、xploringthestructureandpropertyofPIfilmbasedontheatomiclevel，sothatthemechanismofthermaldegradationcanbeunderstoodmoreprofoundly．Keywords：polyimide(PI)；moleculardynamicsimulation；pyrolysis；microscopicmechanism；degreeofpolymerization；decompositionofmolecular

8、chain的性能，美国杜邦公司生产的KaptonCR薄膜因其0引言优异的耐电晕性能及耐高温性能在变频调速牵引电我国于2009-06在北京召开了以“纳米电介质的机中得到了广泛应用_4]。聚酰亚胺薄膜在服役过多层次结构及其宏观性能”为主题的学术讨论会，提程中受到光、电、热、机械、化学腐蚀等因素的作用会出“纳米电介质短时破坏及长时损伤演变”应作为今逐渐老化降解，分子链断裂会使其电气强度降低而后研究的重点之