مطالعه ساختار و رفتار تبديل شيشه‌اي پليمرهاي اپوكسي به روش ديناميك مولكولي

Study of the structure and glass transition behavior of epoxy polymers using molecular dynamics

پليمرهاي اپوكسي به دليل برخورداري از خواص مكانيكي مطلوب و پايداري قابل ملاحظه در شرايط محيطي مختلف، جايگاه ويژه‌اي را در فعاليت‌هاي صنعتي و تحقيقاتي به خود اختصاص داده‌اند. در اين تحقيق، از روش ديناميك مولكولي براي مطالعه ساختار پليمرهاي اپوكسي داراي اتصالات عرضي و پيش‌بيني رفتار تبديل شيشه‌اي آن‌ها استفاده شده است. ابتدا با استفاده از يك روش ارايه‌شده براي ايجاد اتصالات عرضي بين زنجيره‌هاي رزين اپوكسي، سيستم پليمري با درجه پليمريزاسيون مورد نظر مدل‌سازي شد. سپس يك سيكل حرارتي در بازه دمايي 300 الي 600 درجه كلوين با نرخ ثابت بر روي سيستم مورد مطالعه اعمال شده و منحني‌هاي ميانگين مربعات جابجايي به ازاي دماهاي مختلف و براي تخمين محدوده دماي تبديل شيشه‌اي محاسبه و ترسيم شدند. در ادامه با استفاده از روند تغييرات چگالي سيستم بر حسب دما، تخمين دقيق‌تري از دماي تبديل شيشه‌اي به دست آمد. نتايج به دست آمده از شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي با نتايج تجربي مقايسه و صحت و دقت روش شبيه‌سازي و نتايج به دست آمده مورد ارزيابي قرار گرفت. در نهايت توابع توزيع شعاعي براي مطالعه ساختار موضعي پليمر شبيه‌سازي شده و بررسي اثر دما و پليمريزاسيون بر روي رفتار اين دسته از پليمرها به كار گرفته شدند.

Recently, great attention has been focused on epoxy polymers in different industrial and scientific activities, owing to superior mechanical properties and their stability in different environmental conditions. In this study, the molecular dynamics method was used to study the structure of cross-linked epoxy polymers and predict their glass transition temperature (Tg). The epoxy polymer with a certain degree of cross linking was constructed through the previously proposed cross linking procedure. A temperature cycle (300-600 K) with a constant rate was then applied to the cross-linked epoxy, and a rough estimate of the glass transition region was obtained through mean squared displacement curves. Thereafter, variation of density in terms of temperature was utilized to precisely calculate Tg. The estimated Tg was found to be in good agreement with experimental observations. Radial distribution function was finally used to investigate the effects of temperature and cross linking on the local structure of simulated polymer.