文档介绍：国内图书分类号:[0341] 学校代码:10213
国际图书分类号:[531] 密级:公开
工学硕士学位论文
POSS 改性齿科复合树脂的微观模型的建立与
分子模拟研究
硕士研究生:宋学宇
导师:孙毅教授
申请学位:工学硕士
学科:固体力学
所在单位:航天科学与力学系
答辩日期:2011 年 6 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: [0341]
.: [531]
Dissertation for the Master Degree in Engineering
Construction of micro-model about a posites
resin incorporated with POSS and its atomistic
molecular simulation
Candidate: Xueyu Song
Supervisor: Yi
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Solid Mechanics
Department of Aerospace
Affiliation: Engineering and Mechanics,
School of Astronautics
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
POSS 有机-无机纳米杂化材料是一种新型的纳米复合材料,实验研究表明通过
物理或化学手段引入 POSS 纳米杂化材料可以综合的改进齿科复合树脂的各种性能,
然而,对这种改性机理的研究还不够深入。本文通过实验与分子模拟相结合的方式
研究了 POSS 改性齿科复合树脂的结构与性能,从微观尺度对性能改进机理进行了
研究与分析,对于合成性能更加优越的齿科材料具有一定的指导意义。
首先,本文通过蓝色可见光固化的方式合成了 POSS 改性齿科复合树脂,压缩
试验表明少量的 POSS 可显著提高齿科复合树脂的力学性能,差示扫描量热法(DSC)
测试表明 POSS 对复合树脂的玻璃化转变温度的影响不大,广角 X 射线衍射曲线
(WXRS)测试表明 POSS 改性复合树脂与原复合树脂具有相似的非晶体结构。
其次,阐述了一种动态建立聚合物交联网状模型的新方法(聚合分子动力学方
法),结合前期的实验数据建立了三种 POSS 改性复合树脂新型材料的交联网状模型。
对改性复合树脂模型进行了分子力学模拟,通过比较广角 X 射线衍射的模拟与实验
结果的一致性初步验证了分子模型与分子力场的准确性。
再次,通过分子动力学方法研究了 POSS 改性复合树脂交联网状模型的微观结
构和性能。通过计算改性复合树脂模型的体积温度变化曲线,预测了玻璃态转化温
度,其计算结果与实验结果吻合得很好,并分析了改性复合树脂在温度升高的过程
中的能量变化情况。同时,计算了改性复合树脂的径向分布函数和均方位移,分析
了 POSS 对复合树脂微观结构的影响。
最后,利用等应变优化方法计算了改性复合树脂的力学性能,并与前期实验结
果进行了比较,结果进一步表明 POSS 能够显著改进复合树脂的杨氏模量和剪切模
量,并且从势能变化的角度进行机理分析,结果表明 POSS 能够降低复合树脂分子
间的非键和能,因而增强复合树脂的力学性能,其中改性复合树脂的库伦能改变对
力学性能增强起到积极的作用,而范德华能的改变对力学性能的改进起到了相反的
作用。通过计算复合树脂固化前后的密度,计算了改性复合树脂的体积收缩率,与
前期实验结果在趋势上一致,进一步的分析表明由于 POSS 特殊的空间体结构影响
了线性杆状结构分子的堆积,使得原复合树脂的分子堆积变得松散,进而导致了改
性复合树脂的体积收缩率的降低。
关键词:分子力学模拟;分子动力学模拟;笼形多面体低聚倍半硅氧烷(POSS);聚
合分子动力学(PMD);交联网络聚合物;广角 X 射线衍射(WXRS)
I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
As a anic-anic nano posite material, Polyhedral
Oligomeric Silsesquioxane (POSS) ha