一项关于纳米化物填充环氧树脂复合材料热力学性能的研究
Hang Zhang1, Zhijin Zhang1, Chao Liu2
1Xuefeng Mountain Energy Equipment Safety National Observation and Research Station, Chongqing University, Chongqing, China. zhangzhijing@cqu.edu.cn.
Physical chemistry chemical physics : PCCP
|June 9, 2025
概括
这项研究使用分子模拟来改进用于高压系统的环氧树脂 (EP) 复合材料. EP/SiC复合材料显示出最佳的热力学性能,增强了机械和热性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物科学 聚合物科学
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 环氧树脂 (EP) 复合材料对于超高压系统至关重要,但电气故障是一个问题.
- 化物纳米材料 (SiO2,Si3N4,SiC) 可以增强EP的热力学特性,但最佳成分尚不清楚.
- 分子模拟提供了一个预测方法来指导实验设计和优化资源使用.
研究的目的:
- 通过分子模拟研究充满SiO2,Si3N4和SiC纳米颗粒的环氧树脂复合材料的热力学特性.
- 确定最佳的化物纳米材料组成和比例,以提高EP热力学性能.
- 通过实验性准备和评估选定的EP复合材料来验证模拟结果.
主要方法:
- 通过分子模拟,用SiO2,Si3N4和SiC纳米粒子建模EP复合材料.
- 分析了关键的热力学特性,如平均平方位移 (MSD),界面结合能,扬模量 (E),玻璃过渡温度 (Tg) 和热导率.
- 进行了精选的基于化物的EP复合材料的实验准备和表征,以与模拟结果进行比较.
主要成果:
- 与EP/SiO2和EP/Si3N4相比,EP/SiC复合物表现出最稳定的MSD,最高的界面结合能,以及优越的整体热力学特性.
- 模拟预测了复合材料的扬模量 (3.24% - 4.10%),Tg (10.75% - 12.80%) 和导热率 (5.9% - 8.9%) 的改善.
- 实验结果证实了增强的储存模块 (约. 11%) 和Tg (1.6%-4.7%),与纯EP相比,其导热率降低 (0.125-0.147 W m-1 K-1).
- 1.5%的EP/SiC复合物表现出最佳的热力学性能,在储存模量 (35.0%) 和Tg (9.8%) 中显著改善,相比0.5%的EP/SiC复合物.
结论:
- 分子模拟是预测和优化基于化物EP复合材料的热力学特性的一个有效工具.
- EP/SiC复合材料,特别是在1.5%的负载下,为超高压应用提供了卓越的热力学性能.
- 这项研究为开发具有增强热和机械稳定性的先进EP材料提供了宝贵的见解.
