熔体插层聚合物纳米复合材料的计算机模拟.pdfVIP

维普资讯 第17卷第6期 高分子材料科学与工程 v0l_ 6 2001年 11月 POIYMER MATER1AISSCIENCE AND ENGINEERING N0v．2001 熔体插层聚合物纳米复合材料的计算机模拟 高小铃，杜荣昵，傅 强 四川大学高分子材料系 ；高舒于材抖l=程国家重点实验室．四川 成都 610065) 摘要 ：对聚合精 ．特 是有机修怖熔体插层纳米复合材料 的研兜进展进行 丁综述 分析 丁形成熔体插层 蚺米复合材料的热力学、动力学问题 ：井采用不同的计算机l棰型如格子模型 、自平衡场模型、分子动 力学 模型、翁萨格模型对熔体插层聚舍特纳米复告材料的形成进行丁理论上的探索和实验上 的验证 ．这对新 型聚合物蚺米复旮材料的设计和制备具有十分重要 的指导意jL。 关簋词 ：熔体插层 ；纳米复台材料 ；硅酸盐 ；计算机模拟 中圈分类号：TB383 文献标识码 ：A 文章编号：1000-．7555(2001)06-0025-05 聚合物纳米复合材料是一种新型材料．在 格子模型是用平 均场理论 ，即格 子来模拟 材料中填料 以纳米级分散于聚合物基体 内 只 有机修饰层状硅酸盐聚合物熔体插层材料的形 需要加人少量的填料，约1 ～ l0 (质量)，即 成过程(如Fig．1)[13。用格子模型来模拟熔体插 可大大提高聚合物 基体的性能 ，如优异的力学 层材料，从热力学上来讲，熵值和能量值决定能 强度、耐热性、阻隔性和导电性等 [I]。 否插层 自由能曲线和 自由能对熵和能量的依 聚合物熔体插层是指将聚合物和无机填料 赖性揭示 了插层材料可 能的平衡态—— 不相 混合 ．然后加热到聚合物的玻璃化转变温度 以 容、相容、插层和解离结构。由于插层材料的形 上使之混合得到纳米复合材料。由于这种方法 成是一个熵减过程，该模型表明，插层在热力学 可以用传统的加工方法实现，而且不须用溶剂 ， 上是否可行，关键在于大分子受限时的熵减能 因此这是一种更加 易于实现的、环境友好的制 否在层被剥离过程中表面活性链构象 自由能的 备方法 。 增加得到补偿 [1]。格子模型为纳米插层材料的 熔体插层在热力学上需要满足以下关系 ： 形成提供一定的参考。 △F — F(^)一 F( )一 △E— T△ 式中AF为层间距 由h 增至^时Helmholtz自 由能总 的变化值；△E为内能的改变； 为熵 变值 当△F0时，插层的剥 离可能产生 ；当 AF0时 ，则不易形成插层结构。 许多研究人员分别采用不 同的计算机模拟 方法从热力学、动力学角度来讨论熔体插层纳 Fig．1 Sketchmapoflatticemodel 米复合材料，比如格子模型、自平衡场模型 分 子动力学模型 、翁萨格模型等 ，下面分别进行讨 通常 ，对熔体插层材料热力学上的描述需 论 。 要考虑两方面的问题 ，首先要考虑各组分 的内 在构型 ，其次还要考虑组分间的各种相互作用。 1 格子模型(LatticeMode1) 自由能的改变主要是 由于高分子的相对受 收稿 日期 ：200i-03-28 基盒项 目：且末燕 出青年基金 2【99254I3j和国家自然科学基金资助项 目 作者简升 高小铃t1978 )．女．硕 士生． 联系人 博 强