高强度和高模量环氧树脂系统的反向设计通过计算机建模与实验验证
Yilin Tang1, Shipeng Zhu1, Boya Zhang1
1Key Laboratory of Advanced Functional Composites, Aerospace Research Institute of Materials & Processing Technology, Beijing 100076, China.
高强度环氧树脂是使用人工智能驱动的逆向设计战略开发的,用于先进的复合材料. 优化的配方实现了出色的机械性能和热稳定性,这对于航空航天应用至关重要.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物化学 聚合物化学
- 复合材料 复合材料 复合材料
背景情况:
- 环氧树脂对于用于航空航天的高性能碳纤维增强聚合物复合材料至关重要.
- 开发具有优越强度和模量的环氧系统对于苛刻的应用是必不可少的.
研究的目的:
- 使用人工智能聚合物平台指导的反向设计策略开发最佳环氧树脂系统.
- 为增强环氧树脂配方建立结构属性关系.
主要方法:
- 利用基于人工智能生成的理想聚合物结构的反向设计策略.
- 用m-phenylenediamine (MPD) 和修改的固化剂 (DETDA,DDM,TETA) 配制的环氧系统.
- 使用差分扫描热度计 (DSC) 和风湿学分析来表征热和风湿学性质.
主要成果:
- 优化的激活能量在55.95-63.42kJ/mol之间,加工粘度在80°C下≤500mPa·s.
- 建立了一个逐步固化协议 (3h@80 °C,2h@120 °C,3h@180 °C) 进行完整的交叉连接.
- 使用10%DDM的环氧系统的抗拉强度为132.6MPa,模量为5.0GPa,玻璃过渡温度为253.1°C.
结论:
- 这项研究成功地将分子设计与环氧树脂的宏观性能相结合.
- 开发的环氧系统为高端工程领域的下一代材料提供了一个范例.
- 这种人工智能驱动的方法促进了高分子的合理设计,以满足极端的操作需求.
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