环氧树脂交联固化反应

科技   2024-12-03 17:05   上海  

背景介绍

环氧树脂是含有至少两个环氧基团的高分子化合物,能与固化剂反应生成热固性三维网状结构。环氧树脂具有优良的可塑性、粘接性、电绝缘性等特点被广泛应用在涂料、复合材料、电子、电机等领域。环氧树脂交联固化直接影响其性能,本算例借助MedeA Thermoset Builder模块研究环氧树脂交联固化反应。


使用模块:

  • MedeA Environment

  • MedeA Amorphous Builder

  • MedeA Thermoset Builder

  • MedeA LAMMPS




实操案例

1、创建DGEBA、D-230模型

1.1

创建DGEBA模型


File → New molecular from SMILES;

Title:DGEBA,SMILES:CC(C)(c1ccc(cc1)OCC2CO2)c3ccc(cc3)OCC4CO4;点击OK



将DGEBA中2个O-CH2断开键,并添加氢原子:

(1) 鼠标放在O-CH2键上,右键Delete bond;

(2) 鼠标放在CH2中C原子上,给C原子加活性键,右键Atom → Add Active Bond;

(3) 鼠标放在O原子上,给O原子加活性键,右键Atom → Add Active Bond;

(4) 对另一个O-CH2重复上述操作;

(5) 点击Hydrogenate加氢,然后点击Clean。



设置交联位点CH3

选中DGEBA中CH3基团(共2个)中C原子;右键→ Subsets → Create subset from selection;

输入Subset name:CH3;点击Apply;然后点击右侧 >>;关闭Subset创建面板



1.2

创建D-230模型

File → New molecular from SMILES;

Title:D-230,SMILES:CC(COCC(C)OCC(C)N)N;点击OK



设置交联位点NH2

选中D-230中NH2基团(共2个)中N原子;右键→ Subsets → Create subset from selection;输入Subset name:NH2;点击Apply;然后点击右侧 >>;关闭Subset创建面板



2、力场选择


Forcefields →  Choose →  pcff+



3、创建无定型结构


点击Builder →  Amorphous Materials;




4、设置流程,交联计算


Jobs → New Job

环氧树脂交联固化流程:Stat → Variable → LAMMPS → Thermoset Builder



其中LAMMPS流程为:

Start → Initialize → Minimize → NVT



Thermoset Builder交联固化重点参数:



Sites面板中,重点参数:

Site A subset:CH3(DGEBA中定义的CH3子集为交联位点A);

Site B subset:NH2(D-230中定义的NH2子集为交联位点B)



参数设置好后,点击OK,返回主流程图中。

修改Job title,点击Run,设置队列及核数,提交作业计算



5、结果分析

5.1

Job.out


Stage 3 Thermoset Builder汇总了交联计算结果。DGEBA与D-230交联(凝胶点)在0.83到0.85之间,平均值为0.84。

Progress.out中包含交联迭代次数、交联最大应变及交联度等信息



从以上文件中可知,DGEBA与D-230共交联迭代了18次形成3D网络结构,最大交联应变为5.36%。


5.2

交联相关图像



5.3

交联后结构


File → Open structure from job → Crosslinked DGEBA-D230:final.sci → Open

打开交联后结构可看到,C-N-C(如蓝色虚线圆中所示)已交联成键。

(备注:凝胶点中C原子为黄色,N为枚红色)




福利来袭


1

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2

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