复合材料学报

作者：高俊国, 孙伟峰, 李明, 房权生, 张晓虹,

关键词：分子动力学模拟, 聚合物纳米复合物, 石墨纳米片, 聚乙烯, 气体输运,

通过分子动力学模拟对石墨纳米片（GNP）/聚乙烯（PE）复合物的结构、力学和气体输运性质进行计算研究，分析其随模拟温度和GNP填充量的变化规律，探讨纳米界面形成、复合机制及结构与特性的关系。GNP/PE复合物呈现二维结构，GNP趋向于平面取向排列并通过范德华力和纳米石墨片层表面上的碳氢-π键使周围几个原子尺度内的PE分子固化为有序原子层，而PE基体仍然为各向同性的无定形结构。GNP/PE界面上纳米复合作用使体系能量降低，与PE体系相比，GNP/PE的杨氏模量和泊松比分别显著增高和降低。GNP平面取向导致GNP/PE的力学特性表现出二维各向异性的弹性常数张量，在石墨纳米片层平面方向上的杨氏模量明显增高，并且随温度的降低和GNP填充量的提高而增大，填充GNP有效改善了GNP/PE的力学性质。GNP/PE复合物的气体输运性质明显受到填充GNP的气体阻隔和取向的影响并且对3种气体渗透没有明显的选择性。GNP与基体的纳米复合导致N₂、O₂和CO₂的分子输运呈现二维各向异性，随着石墨纳米颗粒填充量的增加，取向GNP层面方向的扩散系数比垂直方向高5~8倍，可用于气体分子屏障与渗流控制。

来源：2018年第8期

《复合材料学报》期刊编辑部

查看复合材料学报杂志2018年第8期