理解玻璃体高分子的蠕变：来自分子动力学模拟的见解

玻璃体高分子因其可回收性而成为传统环氧树脂大有前景的可持续替代物。玻璃体高分子是共价自适应网络，其中部分键可在玻璃体转变温度以上断裂并重连。虽然这能带来如可塑性的理想行为，但也导致如低温蠕变等不良流变行为。本工作中，我们利用分子动力学模拟研究玻璃体高分子蠕变的分子机制。利用基于拓扑的反应方案对动态成键与力学载荷的相互作用建模。将蠕变行为与具有动态反应的交联环氧树脂比较，以理解动态成键相关的独特方面。研究发现，拉伸载荷产生的自由体积通过动态键重排而在玻璃体高分子中减小。解释常规环氧树脂与玻璃体高分子二次蠕变行为差异的重要特征是载荷过程中动态键的取向。在玻璃体高分子中，动态键优先沿垂直于载荷轴的方向排列，降低了二次蠕变期间的轴向刚度，导致比环氧树脂更大的蠕变应变。在更长时间尺度上，此种增加的应变导致空洞生长，从而引发三次蠕变。因此，能够阻止动态键初始重排并进而阻止后续空洞生长的化学变化或添加剂，可作为缓解玻璃体高分子蠕变的有效策略。