【摘 要】
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聚合物纳米复合材料（PNCs）现在被广泛地应用于各个领域。在加工和应用过程中,通过添加填料来改善其各种性能。在本论文中,使用分子动力学模拟的方法研究了分别填充有球型纳米填料（nanoparticles）、杆型纳米填料（nanorods）和片型纳米填料（nanosheets）的PNCs的粘弹性,比较了填料形状和填料尺寸对储能模量、损耗模量以及Payne效应的影响。结果发现,在这三种填料中,杆型纳米填
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聚合物纳米复合材料（PNCs）现在被广泛地应用于各个领域。在加工和应用过程中,通过添加填料来改善其各种性能。在本论文中,使用分子动力学模拟的方法研究了分别填充有球型纳米填料（nanoparticles）、杆型纳米填料（nanorods）和片型纳米填料（nanosheets）的PNCs的粘弹性,比较了填料形状和填料尺寸对储能模量、损耗模量以及Payne效应的影响。结果发现,在这三种填料中,杆型纳米填料对增强PNCs低应变时的储能模量的能力最突出,其次是片型纳米填料,球型纳米填料的能力是最弱的;三种不同形状的填料对复合材料体系的损耗模量和Payne效应的影响与储能模量结果相似。对比填料尺寸的影响,可以发现填料尺寸的增加提高了体系的储能模量,并且对Payne效应影响不大。同时,本工作对以上这些不同形状、不同尺寸的填料所填充的PNCs体系的模量增强机理进行了探讨。模拟计算分析的结果表明,用杆型纳米填料、片型纳米填料填充的PNCs的模量增强的主要来源会随着填料体积分数的增加而变化:从聚合物链的Rouse动力学转变为填料对聚合物链的约束力,最终变为填料网络。而增加填料的尺寸会使Rouse动力学区域和链约束区域变窄,逾渗阈值降低。然而,对于球型纳米填料填充的PNCs体系的模量增强的来源主要是聚合物链的Rouse动力学,只有在纳米填料的界面程度较高的情况下,复合材料模量增强才会符合上述机制。
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