基于化学表征技术的半结晶聚合物光氧化老化物理本构建模
材料科学
2022-01-28 v1
摘要
本文提出一种基于物理-化学的本构框架，用于模拟和预测半结晶低密度聚乙烯（LDPE）在严重光氧化下的响应。由紫外线（UV）光照和氧气暴露引发的光氧化是影响 LDPE 寿命的主要降解机制。在这项工作中，我们为\cite{boyce2000constitutive}本构方程中的材料属性提出演化函数，以纳入光氧化对 LDPE 力学响应的影响。这些演化函数基于经化学验证的、导致材料降解的过程，即相对于初始原始薄膜在暴露时间内的结晶度变化和质量损失。结晶度变化和质量损失分别通过差示扫描量热法（DSC）和耗散监测石英晶体微天平（QCM-D）实验来表征。将影响聚合物网络演化的物理-化学过程与 LDPE 的力学响应相联系，避免了定义无物理意义的拟合参数。所开发的本构框架通过一系列在经不同 UV 暴露时间老化的 LDPE 上进行的内部单轴拉伸试验进行了验证。该本构框架与力学实验测试的对比也证实了 DSC 和 QCM-D 作为监测和表征 LDPE 薄膜降解的严谨技术的准确性。研究结果揭示了极端光氧化下 LDPE 大分子网络的演化及其相关力学材料属性的演化。
引用
@article{arxiv.2108.07143,
title = {Physics-based Constitutive Modeling of Photo-oxidative Aging in Semi-Crystalline Polymers based on Chemical Characterization Techniques},
author = {Aimane Najmeddine and Zhen Xu and Guoliang Liu and Alan R. Esker and Maryam Shakiba},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.07143},
year = {2022}
}