聚酰亚胺/功能化石墨烯复合材料力学性能及玻璃化转变温度的分子动力学模拟

摘要：

应用分子模拟方法,建立了聚酰亚胺(polyimide,PI),石墨烯及羧基、氨基、羟基功能化石墨烯模型,探究了聚酰亚胺和石墨烯,聚酰亚胺和功能化石墨烯共混后复合材料的力学性能和玻璃化转变温度(Tg).研究结果表明,羧基修饰的石墨烯与PI复合后材料力学性能增加显著,其杨氏模量和剪切模量分别为4.946 GPa和1.816 GPa.不同官能团修饰的石墨烯引入PI后材料的Tg均有不同程度下降;未修饰的石墨烯与PI复合后,其Tg(559.30 K)较纯PI的Tg(663.57 K)降幅最大;而羧基修饰的石墨烯与PI复合后Tg(601.61 K)降幅最小.计算比较了PI/石墨烯复合材料体系密度、溶解度参数、相互作用能、弹性系数和氢键平均密度,研究发现羧基修饰石墨烯/PI复合材料的密度为1.396 g.cm-3,溶解度参数为23.51 J1/2.cm-3/2,其相互作用能与氢键平均密度最大,弹性系数显示羧基修饰石墨烯与PI组成的复合材料内部最均匀.计算结果表明,羧基功能化石墨烯可以大幅度提高PI的力学性能,增强石墨烯与PI之间的相互作用可以减少复合材料Tg的降幅程度.此基体间相互作用的研究方法可以作为预测聚合物基纳米复合材料结构与性能的有效工具,以期为材料的设计与应用提供理论指导.

关键词：聚酰亚胺、石墨烯、分子动力学模拟、玻璃化转变温度

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资助基金：the National Natural Science Foundation of ChinaGrant 61372013;Natural Science Foundation of Heilongjiang Province,China Grant No.E201258.国家自然基金61372013;黑龙江省自然科学基金E201258资助的课题

在线出版日期：2018-04-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：257-265