ReaxFF模拟碳纤维增强玻璃聚合物材料中的疲劳逆转(Carbon 2021)

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聚合物复合材料中疲劳的不可逆性在材料的应用中是非常重要的问题。最近美国纽约州特洛伊伦斯勒理工学院机械航空航天与核工程系、华盛顿大学机械工程系、北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室、特洛伊伦斯勒理工学院材料科学与工程系的一项合作研究表明,可以通过分子网络的拓扑重排来逆转玻璃质聚合物的疲劳损伤。使用AMS软件的ReaxFF,研究了这些聚合物的初始交联以及导致分子网络拓扑重排的酯交换反应。实际修复玻璃化物大约需要一个小时,这使得传统的反应分子动力学无法进行实时模拟。为了克服这个困难,Vashith实验室的研究人员使用了Bond Boost加速法(Bond Boost方法使用教程参考:https://www.fermitech.com.cn/wiki/doku.php?id=adf:bondboost)。该方法允许在真实的低温下模拟酯交换反应,这有助于模拟实验中看到的化学反应,避免不必要的高温副反应,当然对高势垒反应事件也存在应有抑制。对初始聚合物和固化聚合物的模量和玻璃化转变温度进行了表征,并与实验结果进行了比较。

上图:0%、15%和40%应变下的玻璃化物,显示出交联网络断裂; 下图:交联(左)和愈合酯交换(右)活性原子的键加速

Aniruddh Vashisth展示的真实和模拟玻璃化物

参考文献:

M. Kamble, A. Vashisth, H. Yang, S. Pranompont, C. R.Picu, D. Wang, N. Koratkara, Reversing fatigue in carbon-fiber reinforced vitrimer composites, Carbon in press