胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，包括：(1)在分子建模软件中构建胺分子、酸酐分子和环氧分子；(2)单体分子上标记反应原子；(3)设定建模参数和交联参数，再构建混合物模型，再对混合物模型依次进行几何优化和分子动力学平衡，再对混合物优化模型进行交联，一次性输出指定交联度间隔的一系列交联分子模型。本发明专利技术能够构建交联度可控的胺/酸酐/环氧交联分子模型，为在分子水平上对其进行研究提供支持，实现对其结构科学合理的高精度模拟。科学合理的高精度模拟。科学合理的高精度模拟。

【技术实现步骤摘要】
胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法


[0001]本专利技术属于交联环氧树脂领域，具体是一种由胺引发的环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法。

技术介绍

[0002]酸酐固化环氧树脂是以有机酸酐作为固化剂的一类交联环氧树脂，其耐热性高，力学性能优良，具有优异的综合性能，应用广泛。然而，由于反应活化能较高，酸酐/环氧体系在低温下固化速率非常缓慢，需要较高的固化温度和较长的固化时间。为了节约能源，提高生产效率，促进剂被引入酸酐/环氧体系中。胺类促进剂是一类亲核型促进剂，该类促进剂能同时对酸酐和环氧起双重催化作用。引入了胺类促进剂的酸酐固化环氧树脂被应用于军工、航天、核动力等多个领域，其中的典型代表是TDE85、TDE86、TDE90高性能交联环氧树脂。
[0003]交联环氧树脂的优异性能很大程度上取决于其复杂的高度交联分子结构，因此，在分子水平上研究交联环氧树脂结构与性能的关系是必要的。但由于现有实验测试方法的局限，很难在原子、分子尺度上完成对交联环氧树脂结构和性质的细节探索，且存在成本高、耗时长的缺点。分子动力学(Molecu本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、在分子建模软件中构建单体分子；所述单体分子包括胺类促进剂单体分子、有机酸酐类固化剂单体分子和环氧树脂单体分子；步骤2、在步骤1构建的单体分子上标记反应原子；所述反应原子为胺分子中的N原子、酸酐分子中的酸酐基团上的两个C原子、酸酐分子中的酸酐基团上的单键O原子、环氧分子中环氧基团上的CH2中的C原子以及环氧分子中环氧基团上的O原子；步骤3、设定建模参数和交联参数，再构建基于步骤2标记过的胺分子、酸酐分子和环氧分子的混合物模型，再对混合物模型依次进行几何优化和分子动力学平衡，得到混合物优化模型；再对混合物优化模型进行交联，一次性输出指定交联度间隔的一系列交联分子模型。2.根据权利要求1所述的胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，其特征在于，步骤1中，分子建模软件采用Material Studio软件；利用Materials Studio软件中的Visualizer模块分别构建胺分子、酸酐分子和环氧分子；再对构建胺分子、酸酐分子和环氧分子进行几何优化，以获取分子稳定构型。3.根据权利要求1所述的胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，其特征在于，步骤3中，编程采用Perl语言编程。4.根据权利要求1或3所述的胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，其特征在于，步骤3的具体步骤如下：S3.1、设定编程所需的建模参数和交联参数；S3.2、根据S3.1设定的建模参数，构建基于步骤2标记过的胺分子、酸酐分子和环氧分子的混合物模型，再对混合物模型依次进行几何优化和分子动力学平衡，得到混合物优化模型；S3.3、根据S3.1设定的交联参数，对混合物优化模型进行交联，一次性输出指定交联度间隔的一系列交联分子模型。5.根据权利要求4所述的胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，其特征在于，步骤S3.1中，建模参数包括胺分子、酸酐分子和环氧分子的相对分子质量，环氧树脂的环氧值，胺类促进剂/有机酸酐类固化剂/环氧树脂的质量配比以及胺分子的数量；交联参数包括交联温度、交联压强、最大交联度、交联度间隔、交联截断半径R和迭代上限。6.根据权利要求4所述的胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，其特征在于，步骤S3.2具体为：S3.2.1、根据S3.1设定的建模参数，计算混合物模型中胺分子、酸酐分子和环氧分子的分子数量比，再根据分子数量比构建包括胺分子、酸酐分子和环氧分子的混合物模型；S3.2.2、对混合物模型进行几何优化至收敛，再进行分子动力学平衡至混合物模型获得稳定的密度，得到混合物优化模型。7.根据权利要求4所述的胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，其特征在于，步骤S3.3具体为：S3.3.1、确定胺类促进剂/有机酸酐类固化剂/环氧树脂体系的固化反应机理；
S3.3.2、引入反应假设条件；S3.3.3、根据S3.1设定的交联参数、S3.3.1确定的固化反应机理以及S3.3.2所引入的反应假设条件，设计交联循环过程，再根据交联循环过程进行编程，得到交联程序；S3.3.4、对混合物优化模型运行S3.3.3编写的交联程序，一次性输出指定交联度间隔的一系列交联分子模型。8.根据权利要求7所述的胺引发环氧树脂逐步交联的交联分子模型的构建方法，其特征在于，步骤S3.3.1中，固化反应机理具体为：(a)酸酐受胺影响而开环，生成羧酸盐离子，如式(1)所示；(b)羧酸盐离子可打开环氧基，形成酯键和烷氧阴离子，如式(2)所示；(c)烷氧阴离子和酸酐反应，形成酯键和羧酸盐离子，如式(3)所示；烷氧阴离子也会与环氧基作用形成醚键和烷氧阴离子，如式(4)所示；(d)依次重复(b)和(c)，最终形成高交联度的3D网状结构；...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜茜，张佳晨，吴利伟，岳佳宁，陈利，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：