改性SiO_2增强环氧树脂热力学性能的分子动力学模拟

为从微观角度分析SiO_2的掺杂及其表面修饰对环氧树脂性能的影响,采用分子动力学的方法建立了二氧化硅/环氧树脂的复合模型,研究了SiO_2表面接枝硅烷偶联剂KH550对复合材料在不同温度下的结构、热学性能、力学性能的影响。研究发现添加SiO_2能够提高环氧树脂的玻璃转化温度、导热率和机械性能,降低环氧树脂的热膨胀系数,对SiO_2表面接枝硅烷偶联剂能够进一步的提高环氧树脂的热力学性能,表面分别接枝5%和10%硅烷偶联剂的SiO_2对环氧树脂玻璃转化温度的提升幅度由不接枝时的15 K增加到27 K和36 K,对室温下的导热率的提升幅度由不接枝情况下的33.04%增加到60.02%和67.07%。随着温度的升高,4种模型的导热率在250~450 K的区间内基本呈线性增长;4种模型的弹性模量和剪切模量都会下降,并且在玻璃转化区间下降较为迅速,当达到500 K后下降幅度很小。     

功能化掺杂对交联环氧树脂/碳纳米管复合材料热力学性能影响的分子动力学模拟

为探究不同功能化碳纳米管掺杂对环氧树脂/碳纳米管复合材料热力学性能的影响,基于分子动力学模拟方法,建立掺杂功能化碳纳米管(CNT)的环氧树脂(EP)基纳米复合材料:纯环氧树脂模型及分别掺杂未功能化、氨基功能化、羧基功能化和羟基功能化的七种EP/CNT模型(其中,功能化CNT分别接枝4或8个官能团).基于上述模型,在LAMMPS下计算热扩散系数(热导率和比热容)、玻璃转化温度及力学性能.结果表明,掺杂碳纳米管的环氧树脂纳米复合材料的各性能都有不同程度的提升,掺杂接枝8个官能团碳纳米管的EP/CNT性能提升均明显高于掺杂接枝4个相对应官能团EP/CNT的性能.其中,EP/AFCNT8在热导率、热扩散系数及力学性能上提升最明显,整体热导率和热扩散系数分别提升了54.92％和67.30％;EP/HFCNT8具有最大玻璃转化温度,提升幅度为69.47K,EP/AFCNT8提升幅度仅次于EP/HFCNT8,为58.97K.在400K时,EP/CFCNT8具有体积模量和杨氏模量最明显的提升,分别为52.4％、35.5％;因为氨基与环氧基体的交联反应,EP/AFCNT8各模量整体上提升较为明显,可更好地保持良好的力学性能.     

分子数对交联环氧树脂体系特性影响的分子动力学模拟

分子模拟技术因能够揭示聚合物材料宏观性能与微观结构之间的关联,故被广泛应用于聚合物材料的性能研究。然而在分子模拟研究中,关于分子数对交联环氧树脂体系特性影响的研究却少有涉及。体系中分子数目的合理选择对交联分子模型的合理、准确构建均有一定的影响,从而会影响环氧树脂体系的特性。为此从分子模拟角度出发,基于COMPASS分子力场,采用Material Studio软件建立了不同分子数(DGEBA分子条数分别为24、32、40和48)的交联环氧树脂体系模型,用于分析分子数对交联环氧树脂体系特性的影响。文中计算了各模型的能量、自由体积占比、均方位移等微观结构参数和体积模量、剪切模量、杨氏模量等宏观力学性能参数,并比较了不同体系能量、自由体积占比、MSD和各个模量的变化情况。初步结果表明:随着分子数增加,交联体系的总能量基本不变;总体积呈升高趋势。当交联环氧树脂体系中的DGEBA分子为40个时,交联体系的体积模量和杨氏模量最大,剪切模量略低于含有24个DGEBA分子的体系,综合力学性能较其他3个体系较好。     

偶联剂处理方式对SiO_2/环氧树脂纳米复合材料性能的影响

在甲苯溶剂中通过预先接枝在SiO_2粒子上的硅烷偶联剂二次接枝环氧链段的方法,制备了接枝环氧链段的SiO_2粒子。采用不同偶联剂处理方式制备了3种SiO_2添加量为1份的SiO_2/环氧树脂纳米复合材料,对纳米粒子进行了红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和透射电镜(TEM)表征,测试了复合材料的热力学性能及介电性能。结果表明:偶联剂可起到桥接作用,将环氧链段接枝到SiO_2粒子上,改善了纳米粒子的团聚现象。接枝后的SiO_2粒子表面与树脂基体有良好的相容性。接枝改性后的SiO_2/环氧树脂复合材料的储能模量大幅提高,冲击强度提高了11.9%,玻璃化转变温度变化不大,SiO_2对复合材料的复介电常数实部和虚部有不同程度的影响。相比不使用偶联剂或直接在复合体系中添加偶联剂的方法,通过偶联剂在SiO_2粒子表面接枝环氧树脂能有效降低复合材料复介电常数的实部和虚部。     

环氧树脂/酸酐体系热力学特性的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法,构建了不同体系的环氧树脂/酸酐绝缘材料模型,从微观角度研究环氧树脂基材的热力学特性,分析了交联程度、基材种类对材料微观结构和热力学特性的影响。结果表明:随着交联程度的提高,体系的自由体积分数(FFV)先降低后升高,均方位移(MSD)逐渐降低,链段运动能力下降;随着交联程度的提高,材料的热力学性能明显提升,玻璃化转变温度(Tg)提高,热膨胀系数(CTE)降低,力学性能提高。90%交联度下,Tg、CTE最佳的体系分别为DGEBA/MA、DCPDE/MA。     

六方氮化硼纳米掺杂增强环氧树脂热学和力学性能的分子动力学模拟

建立纯环氧树脂模型和h-BN/EP复合模型,通过分子动力学方法分别计算h-BN纳米掺杂前后环氧树脂的热学、力学以及介电性能指标,并研究不同含量h-BN掺杂对环氧树脂性能的影响.结果表明:当h-BN质量分数在4％?5％时,环氧树脂的热导率、热稳定性有所提升,刚性和韧性增强了10％以上,同时相对介电常数可达最低值1.236,保持了良好的介电性能.     

掺杂SiO_2对PEMFC低湿度性能的影响

采用磺化SiO2/Nafion自增湿膜作为质子交换膜,采用掺杂了纳米SiO2或经过磺化处理的SiO2的催化层作为阴极催化层,考察了饱和增湿条件下由自制质子交换膜和阴极催化层组成样品的接触角和质子电导率。在饱和增湿进气条件下考察了其对电池性能,电化学特性的影响,同时降低进气湿度,考察电池性能变化。结果表明,掺杂SiO2提高了催化层的亲水性;掺入纳米SiO2降低了阴极催化层的质子电导率,而掺入磺化SiO2提高了其质子电导率。在饱和增湿进气时,采用磺化SiO2/Nafion自增湿膜大幅地降低了电池的欧姆电阻。采用自增湿膜同时阴极催化层内掺入纳米SiO2降低了电池性能,而掺杂磺化SiO2电池性能有所提高。在干气进气条件下,不论是单独采用磺化SiO2/Nafion复合膜还是在阴极催化层加入纳米SiO2或者磺化处理过的SiO2,电池性能均有所提高。     

纳米SiO_2改性环氧树脂电性能研究

为提高环氧树脂的绝缘性能,采用剪力-超声波分散和加热处理方法,制作出不同纳米Si O_2含量的环氧树脂,测试其电气性能并进行了电树枝化试验。结果表明:添加纳米Si O_2后,环氧树脂的击穿强度和介质损耗增大,电阻率和介电常数变化较小;电树枝起树时间延长,使得电树枝通道变窄,电树枝出现逆电场方向生长,纳米Si O_2的添加可以抑制环氧中电树枝的引发和生长。     

复配固化剂对环氧树脂体系特性影响的分子动力学模拟

为探究复配酸酐固化剂对环氧树脂固化产物的影响,采用分子动力学方法建立了甲基四氢苯酐(MTHPA)/邻苯二甲酸酐(PA)(复配比分别为10∶0、9∶1、7∶3、5∶5、0∶10)和双酚A型缩水甘油醚(DGEBA)的交联模型,研究了在同一交联度下固化剂不同复配比对交联环氧树脂结构、热学性能和力学性能的影响.结果表明:当MTHPA和PA复配比为10∶0时,体系的自由体积占比最大,分子链段运动能力最强;复配比为7∶3时,体系的综合力学性能最好;而当复配比为9∶1时,体系的玻璃化转变温度最高,复配比为7∶3时最低.     

TiO_2和SiO_2纳米掺杂聚酰亚胺复合薄膜的电学性能研究

采用原位聚合法制备了PI/TiO_2和PI/SiO_2纳米复合薄膜。研究质量分数均为10%的两种纳米掺杂对PI复合薄膜介电性能的影响,采用光刺激放电电流法(PSD)表征两种纳米颗粒对PI复合薄膜陷阱能级的影响,通过陷阱理论对介电性能的影响机制进行探讨。结果表明:TiO_2和SiO_2纳米掺杂提高了PI的电导率和介电常数,介质损耗相应增加,耐电晕寿命明显提高,电气强度虽有所下降但仍满足实际需要。两种纳米掺杂都在PI基体中引入了大量的浅陷阱,PI/TiO_2和PI/SiO_2复合薄膜的陷阱能级范围分别为1.83~2.85 e V和2.13~2.83e V,且SiO_2纳米颗粒引入的浅陷阱密度低于TiO_2纳米颗粒。在此基础上,通过陷阱理论分析了两种复合薄膜的耐电晕老化机制。     

复合纳米TiO_2对酸酐/环氧树脂性能的影响

本文采用ＤＴＡ、ＴＧＡ等分析手段研究复合纳米ＴｉＯ_２对酸酐／环氧树脂体系固化反应和耐热性的影响。结果表明;复合纳米ＴｉＯ_２可降低树脂固化反应温度、缩短凝胶化时间即加快固化反应速度;对固化树脂耐热性无显著影响,温度指数在１６９～１７４之间;室温下含复合纳米ＴｉＯ_２的树脂具有良好的贮存性。     

复合纳米TiO2对酸酐／环氧树脂性能的影响

本文采用ＤＴＡ、ＴＧＡ等分析手段研究复合纳米ＴｉＯ２对酸酐／环氧树脂体系固化反应和耐热性的影响。     

环氧树脂浇注用SiO_2填料性能的分析

针对ＳｉＯ_２填料环氧树脂浇注件现存的主要问题,通过对环氧树脂浇注用ＳｉＯ_２填料性能和浇注工艺的分析,提出为了满足高电压,大容量和小型化的ＧＩＳ所用浇注件的性能要求,ＳｉＯ_２填料应具备的一些基本要求。     

环氧树脂/纳米SiO_2复合超疏水表面的制备及防湿闪性能

超疏水表面在电力系统防冰、防污闪、防湿闪等领域具有巨大的潜在应用。利用环氧树脂修饰纳米SiO_2,制备了环氧树脂/纳米SiO_2复合超疏水表面,对反应过程进行了跟踪,对其表面进行了微观形貌及疏水性表征,并开展了超疏水表面的沿面湿闪络试验。结果表明:制备出的环氧树脂/纳米SiO_2复合超疏水表面具有二元微纳复合粗糙结构,表面水滴静态接触角达到152°,具有良好的超疏水性能;当电极距离为5 cm时,超疏水表面的湿闪电压比硅橡胶表面和玻璃表面高63.6%和102.8%,表现出优异的防湿闪性能。     

溶剂对PI/SiO_2纳米杂化薄膜性能的影响

以均苯四甲酸二酐(PMDA),4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为单体,分别采用N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、DMAc/二甲苯为溶剂,制备了两种PI/SiO2纳米杂化薄膜,并对其微观结构、热稳定性、光学透明性、力学性能进行研究。结果表明:与采用DMAc为溶剂相比,当采用DMAc/二甲苯为溶剂时,SiO2粒子的粒径较小;PI/SiO2纳米杂化薄膜的热稳定性、透光性、强度及韧性均得到提高。     

纳米TiO_2和水分子对环氧树脂电性能影响的分子模拟研究

通过分子模拟方法,在微观水平上研究了纳米Ti O2和水分子对双酚A型环氧树脂(DGEBA)-二乙基甲苯二胺(DETDA)体系电性能的影响。结果表明:与纯环氧树脂体系相比,纳米Ti O2的加入能够有效提高体系的耐电击穿性能;水分子的存在会降低体系的耐电击穿性能。     

无机纳米掺杂对聚酰亚胺绝缘性能影响

为了研究无机纳米粒子掺杂对聚酰亚胺(polyimide,PI)绝缘性能影响,文中利用原位聚合法制备了PI、10%(质量百分数)的PI/SiO_2膜和PI/Al_2O_3膜,测试了其电导率(表面、体积电导率)、热失重(TGA)以及击穿场强,并得到了方波脉冲电压下耐电晕时间随温度的变化曲线。结果表明:PI/SiO_2膜、PI/Al_2O_3膜、PI膜的电导率依次降低,而击穿场强则相反;当失重5%时,PI/Al_2O_3膜和PI/SiO_2膜的热分解温度比纯PI膜分别高了17.5℃和11℃。随着温度的升高,3种薄膜的耐电晕时间都在减小,且2种纳米膜的耐电晕时间都高于纯PI膜;当温度小于210℃时,由于PI/SiO_2膜的电导率最高,所以其耐电晕时间最长;当温度大于210℃时,由于PI/Al_2O_3膜的热导率最高以及热稳定性最好,所以其耐电晕时间最长。无机纳米粒子引入的有机—无机界面以及纳米粒子的高热稳定性是影响PI膜绝缘性能的主要原因。研究为变频电机的匝间绝缘水平的提高提供了理论依据。     

纳米SiO_2对远程荧光基白光LED器件性能影响的研究

利用高温热压成型工艺制备纳米SiO_2混合的远程荧光粉膜,并封装成白光LED器件,利用荧光光谱仪、紫外-可见光-近红外光谱仪研究SiO_2浓度和输入电流对远程荧光粉膜和白光LED器件的光谱性能的影响。研究结果表明:膜材料和器件的发射强度随着SiO_2浓度的增加,先提高后降低,在浓度为0.006 3 g/cm~3时,白光LED器件光通量达到360.52 lm,提高了3.82%;器件的色坐标和光谱分布曲线在不同电流驱动下,变幅较小,具有一定的稳定性,蓝光、黄光和白光的光功率均随着电流线性提高,因此,纳米SiO_2在优化白光LED器件封装中具有一定的应用价值。