[发明专利]一种环氧/酸酐固化物交联分子模型构建及其玻璃化温度提取方法

说明书

本发明提供了一种环氧/酸酐固化物交联分子模型构建及其玻璃化温度提取方法，包括以下步骤：(1)在仿真软件中构建包括环氧树脂基体单体、酸酐类固化剂单体分子和一次交联分子的混合物分子模型；(2)对(1)中所构建的混合物分子模型进行几何结构优化；(3)根据环氧树脂基体与酸酐类固化剂固化反应机理，采用perl语言编程实现环氧树脂与固化剂的自动固化交联；(4)采用直线拟合法和均方位移曲线法共同获得其玻璃化温度。本发明提供的建模思路与实际环氧固化交联机理基本一致，可准确得到环氧/酸酐固化物的真实交联模型，并提出一种基于该模型的玻璃化温度提取方法，准确性较高。

技术领域

本发明属于高分子设计合成技术领域，尤其涉及一种环氧/酸酐固化物交联分子模型构建及其玻璃化温度提取方法。

背景技术

环氧树脂(epoxy resin，EP)或环氧树脂复合材料是一种常用的工业用材料，与简单的线型聚合物相比，其具有优异的粘接性、耐腐蚀性、力学性能、电绝缘性，以及收缩率低、成本低廉等特点，被广泛应用于各个领域。通常来说，环氧固化物优异的性能取决于其复杂的交联结构，传统的实验方法如FTIR、XPS、SEM很难对其分子结构特征、排列方式、交联结构进行精确表征，以实验方法设计优化树脂基体的结构与性能有周期长、效率低、成本高的缺点。长期的研究过程中研究者们一直致力于探索合成高性能的环氧树脂固化物材料。然而，目前对于环氧树脂固化物体系性能的研究多局限于实验的手段，受主观因素影响大，对于其实验现象及产生的结果缺乏合理的理论解释。

近年来，分子动力学(Molecular Dynamics，MD)取得了较大发展，其在分子水平上研究，可模拟出纳观层面上材料物理现象的变化，周期短且成本低，在新材料设计、高分子合成等众多领域发挥了重大作用，极大地推动了材料科学的发展与进步，并且已经逐步推广应用于EP材料的研究。在分子水平上理解环氧基体结构与性能的关系已成为目前环氧树脂分子模拟领域研究的重要问题之一。

然而，由于环氧树脂与固化剂反应机理的复杂性，使得环氧树脂固化物分子模型的构建十分困难，环氧树脂固化物的分子动力学研究鲜有涉及。而环氧/酸酐固化物作为环氧固化物的一种重要类别，其应用尤其广泛，其真实可靠的分子模型构建亦尤其复杂。此外，玻璃化温度(Glass Transition Temperature，T_g)作为环氧树脂的一个重要热学性能指标，准确计算玻璃化温度对于探究其分子结构与其宏观性能关联关系有重要意义，但目前也缺少一个基于分子动力学的环氧树脂玻璃化温度准确求取方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种环氧/酸酐固化物交联分子模型构建及其玻璃化温度提取方法，可为高性能酸酐类固化环氧的合成设计提供高效理论指导。

本发明提供了一种环氧/酸酐固化物交联分子模型构建方法，参见图1，图1为该交联分子模型构建流程示意图，包括以下步骤：

(1)在Material Studio软件中构建包括环氧树脂基体单体、酸酐类固化剂单体分子和一次交联分子的混合物分子模型，其中，一次交联分子为环氧树脂基体单体和酸酐类固化剂发生一次反应之后的分子；

(2)在COMPASS(condensed-phase optimized molecular potentials foratomistic simulation studies)力场中，对(1)中所构建的混合物分子模型进行几何结构优化，得到混合均匀的无定型分子模型；

(3)根据环氧树脂基体与酸酐类固化剂固化反应机理，采用perl语言编程实现环氧树脂与固化剂的自动固化交联，得到不同交联度的分子模型。