【摘要】：用動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)和掃描電子顯微鏡觀(guān)察對(duì)比研究了1,5-二疊氮-3-硝基氮雜戊烷(DIANP)和硝化甘油(NG)溶塑硝化纖維素(NC)的速率和效果,用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)DIANP、NG、NC的溶度參數(shù)和DIANP、NG在NC中的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了模擬計(jì)算,采用介觀(guān)動(dòng)力學(xué)模擬方法得到了NC/DIANP和NC/NG共混體系的介觀(guān)形貌。結(jié)果表明,與NG相比,DIANP溶塑NC速率較快,二者在NC中的擴(kuò)散系數(shù)分別為1.39×10~(-10)m~2·s~(-1)和2.24×10~(-10)m~2·s~(-1)。相對(duì)于NG,DIANP溶塑效果更好,兩種共混體系的顯微形貌特征與介觀(guān)動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果具有很高的一致性。溶度參數(shù)計(jì)算結(jié)果表明,DIANP的分子間作用力大小與NC較為相似,而NG溶度參數(shù)的范德華力和靜電力分量所占的比例與NC接近。
【圖文】：

齊曉飛，嚴(yán)啟龍，劉萌，胡米2．2模擬2．2．1分子動(dòng)力學(xué)模擬采用MaterialsStudio(MS)軟件［8］建立NC、增塑劑純物質(zhì)和等質(zhì)量比的NC/DIANP和NC/NG共混體系模型，模型中NC分子鏈、DIANP和NG分子的數(shù)目分別為2條(NC分子鏈分別標(biāo)記為NC-A和NC-B，每條分子鏈由20個(gè)聚合單元組成)、102個(gè)和90個(gè)，其中NC/DIANP共混體系的模型如圖1所示，其余略。圖1NC/DIANP共混體系模型Fig．1ModelofNC/DIANPblendsystem在70℃(推進(jìn)劑實(shí)際固化溫度)和1．01×105Pa條件下，，分別對(duì)純物質(zhì)和共混體系模型進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，獲取分子動(dòng)力學(xué)軌跡并進(jìn)行分析，得到均方位移、分子體積、溶度參數(shù)(δ)和單體摩爾體積(Vmon)等數(shù)據(jù)。分子動(dòng)力學(xué)模擬的參數(shù)設(shè)定參見(jiàn)文獻(xiàn)［9］。2．2．2介觀(guān)動(dòng)力學(xué)模擬利用MS軟件的MesoDyn模塊進(jìn)行共混體系的介觀(guān)動(dòng)力學(xué)模擬前，需由分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算純物質(zhì)的Vmon和δ等參數(shù)，此部分的計(jì)算方法參見(jiàn)文獻(xiàn)［10］，具體的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)3．2。將介觀(guān)動(dòng)力學(xué)模擬參數(shù)、NC與增塑劑的質(zhì)量比1∶1和溫度70℃等數(shù)據(jù)，輸入MesoDyn模塊進(jìn)行步長(zhǎng)為20ns，總步數(shù)為50000步，總時(shí)間為1000μs的介觀(guān)動(dòng)力學(xué)模擬，獲得共混體系的介觀(guān)形貌。介觀(guān)動(dòng)力學(xué)模擬的其他參數(shù)設(shè)定參見(jiàn)文獻(xiàn)［11］。3結(jié)果與討論3．1NC的溶塑速率從微觀(guān)角度講，NC的溶塑實(shí)質(zhì)上是增塑劑分子擴(kuò)散進(jìn)入NC分子鏈之間，使其鏈段間距增加，鏈段遷移形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程［12］，而這一過(guò)程的快慢與增塑劑分子的擴(kuò)散速率密切相關(guān)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)流變特征量予以反映［13］。因此，本研究通過(guò)動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)測(cè)得DIANP和NG溶塑NC過(guò)程中G'的動(dòng)態(tài)時(shí)間譜，同時(shí)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬得到兩種共混體系微觀(guān)模型中增塑劑分子的均方位移(MSD)，結(jié)果如圖2所示。a．G'

坌蚊�。介观丢湨�?模擬的其他參數(shù)設(shè)定參見(jiàn)文獻(xiàn)［11］。3結(jié)果與討論3．1NC的溶塑速率從微觀(guān)角度講，NC的溶塑實(shí)質(zhì)上是增塑劑分子擴(kuò)散進(jìn)入NC分子鏈之間，使其鏈段間距增加，鏈段遷移形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程［12］，而這一過(guò)程的快慢與增塑劑分子的擴(kuò)散速率密切相關(guān)，并通過(guò)動(dòng)態(tài)流變特征量予以反映［13］。因此，本研究通過(guò)動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)測(cè)得DIANP和NG溶塑NC過(guò)程中G'的動(dòng)態(tài)時(shí)間譜，同時(shí)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬得到兩種共混體系微觀(guān)模型中增塑劑分子的均方位移(MSD)，結(jié)果如圖2所示。a．G'-tb．MSD-t圖270℃下共混體系G'的動(dòng)態(tài)時(shí)間譜和增塑劑的MSDFig．2CurvesofG'vstfortwoblendsystemsandMSDvstforplasticizerat70℃由圖2a可知，由于增塑劑種類(lèi)的不同，兩種共混體系G'隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)存在很大差異。對(duì)于NC/DIANP共混體系而言，溶塑初始時(shí)DIANP分子即迅速擴(kuò)散進(jìn)入NC分子鏈之間，使其迅速溶脹完全并隨之發(fā)生遷移，微觀(guān)上形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致G'急劇增大;之后，隨著物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的逐步完善，NC分子鏈相互碰撞的機(jī)會(huì)增加，其溶脹和遷移運(yùn)動(dòng)均受到抑制［12－13］，因而G'的變化速率逐漸減小，直至1500s后體系的結(jié)構(gòu)特征趨于穩(wěn)定，G'值基本趨近于105Pa左右。相比之下，NC/NG共混體系G'的變化曲線(xiàn)呈現(xiàn)倒“S”型，G'的變化速率在溶塑初期多出了一個(gè)逐漸增大的過(guò)程，這是由于NG分子的擴(kuò)散速率相對(duì)較慢，擴(kuò)散進(jìn)入NC分子鏈之間并使其完全溶脹需要一定的時(shí)間，此時(shí)間段內(nèi)NC分子鏈的遷移運(yùn)動(dòng)存在一個(gè)加速的過(guò)程，導(dǎo)致溶塑初期G'的變化速率相對(duì)較小;此外，體系中NC完全溶塑所需的時(shí)間由1500s大幅增加至35000s左右。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，與NG相比，DIANP溶塑NC的速率較大，這一結(jié)果與其較強(qiáng)的擴(kuò)散能力密切相?

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1 齊曉飛;王利剛;郭昕;閆寧;嚴(yán)啟龍;張軍平;;NC/PEG共混體系組分間的相互作用及其微觀(guān)結(jié)構(gòu)[J];含能材料;2014年03期

本文編號(hào)：2558839