基于多层次结构的结晶聚合物纳米复合材料有效性能--体积分数和等效模量的关系研究

谢桂兰¹，曹尉南²，张平¹，安小军²，龚曙光²

(1.湘潭大学基础力学与材料工程研究所;
2.湘潭大学机械工程学院,湖南,湘潭,411105)

摘要:原位聚合法制备的尼龙6/纳米SiO2复合材料具有很好的综合力学性能.加入相当低的纳米颗粒体积分数,可使纳米复合材料性能明显提高,但在其体积分数超过某一较小的临界值后,继续增加纳米颗粒体积分数,不再有增强效果.这一实验发现与以往的细观力学预测不一致,一直没有合理的解释.本文从材料的微观结构特点出发,揭示了上述现象的微观物理机制,将结晶聚合物纳米复合材料内部结构分别用宏观、细观和纳观三个层次来描述.利用数学上的渐近均匀化理论,结合有限元方法,经四次纳观层次的均匀化和一次细观层次的均匀化,预测了聚合物纳米复合材料的有效性能,揭示了聚合物纳米复合材料有效模量随纳米颗粒体积分数增加出现先增大后减小的变化规律.

关键词:纳米复合材料; 结晶聚合物; 渐近均匀化方法; 有限元分析; 多层次结构; 有效性能;

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