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丁羟胶固化反应机理和高能系统计算模拟

收藏本文 2024-01-19 点赞:5225 浏览:14851 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:本论文运用量子化学策略计算模拟端羟基聚丁二烯(HTPB)与甲苯二异氰酸酯(TDI)固化反应机理。运用Gaussian.03W软件,在B3LYP/6-31G**策略框架下对HTPB、TDI(2,4-TDI和2,6-TDI)以及它们之间固化反应的过渡态进行了几何构型优化、频率浅析、自然电荷浅析、Wiberg键级浅析和前线轨道浅析。采取振动浅析和IRC计算证实了反应势能面上的各驻点的真实性和相互连接联系。计算得到了反应通道的活化能,并进行了零点能校正。结果表明:在无加热无催化剂无溶剂条件下,HTPB与2,4-TDI(或2,6-TDI)的本体固化反应仅通过一个环状过渡态即可完成,无经过中间体;HTPB与2,4-TDI(或2,6-TDI)反应为放热反应;2,4-TDI的固化反应活性优于2,6-TDI。运用Materials studio软件,对环三亚三硝胺(RDX)、环四亚四硝胺(HMX)和RDX为基PBX(高聚物粘结)的系统,在COMPASS力场下,取NPT系综,进行分子动力学模拟。具体探讨内容和所得结论如下:①对RDX为基、聚苯乙烯(PS)为粘结剂的PBX进行五种不同温度的MD模拟探讨,发现随温度依次升高,各系统中RDX引发键N-NO2键的最大键长(L_(max))递增、N-N键连的N与N之间的双原子作用能(EN-N)和内聚能密度(CED)递减。L_(max)和EN-N可作为热和撞击感度相对大小的论述判据。②采取MD策略对三种不同PS浓度下RDX/PS系统进行模拟探讨。探讨结果可见,向主体RDX加入高聚物PS后,系统的刚性、韧性减弱,脆性增强。PS与RDX之间的相互作用主要源自氢键和vdW作用。随着系统的PS浓度增加,系统的硬度提升,材料的变形能力差,脆性增大;Lmax变化很小并且变化没规律;PBX的结合能出现复杂变化走势;EN-N单调递升;CED减小。③运用MD策略对分别都在五种不同温度下HMX和RDX晶体进行模拟探讨。由所得结果可见,随温度升高,HMX和RDX晶体的刚性、强度减小,L_(max)单调递增,EN-N、CED单调递减;在各温度下,相比于HMX,RDX的刚性弱、L_(max)大、EN-N小、CED小。发现,L_(max)和EN-N与感度有着相关联系,可作为高能物质热和撞击感度相对大小的论述判据。④用MD策略对PBX-9007系统及其相关多组分系统进行模拟探讨。发现加入DOP后系统的刚性增强,延展性变差;加入松香,系统变软,韧性增大。DOP、松香都能提升系统主体与非组分之间的结合能。关键词:端羟基聚丁二烯论文甲苯二异氰酸酯论文环三亚三硝胺论文环四亚四硝胺论文高聚物粘结论文反应机理论文密度泛函论述论文分子动力学模拟论文

    摘要5-7

    Abstract7-9

    目录9-12

    1 绪论12-23

    1.1 探讨目的和作用12-14

    1.1.1 量化策略探讨丁羟胶(HTPB)固化反应机理的目的及作用12-13

    1.1.2 MD策略探讨单体和高聚物粘结(PBX)的目的和作用13-14

    1.2 计算策略14-22

    1.2.1 量子化学策略15-19

    1.2.2 分子力学策略19

    1.2.3 分子动力学策略19-22

    1.3 探讨内容22-23

    2 HTPB与TDI固化反应机理量子化学计算探讨23-46

    2.1 引言23-24

    2.2 计算策略24

    2.3 结果与讨论24-44

    2.3.1 HTPB与2,4-TDI固化反应机理的探讨24-34

    2.3.2 HTPB与2,6-TDI固化反应机理的探讨34-43

    2.3.3 2,4-TDI与HTPB反应和2,6-TDI与HTPB反应的比较43-44

    2.4 本章小结44-46

    3 不同温度下PS/RDx(PBX)系统MD模拟探讨46-56

    3.1 引言46-47

    3.2 力场、建模和计算细节47-49

    3.2.1 力场47

    3.2.2 模型47-48

    3.2.3 计算细节48-49

    3.3 结果和讨论49-54

    3.3.1 系统平衡的判别49

    3.3.2 RDX基两种PBX模型下的MD模拟结果比较49-51

    3.3.3 感度与引发键最大键长的联系51-52

    3.3.4 感度与相互作用能的联系52-54

    3.4 本章小结54-56

    4 不同浓度下PS/RDX(PBX)系统MD模拟探讨56-67

    4.1 引言56

    4.2 模型建模和计算细节56-58

    4.2.1 模型搭建56-57

    4.2.2 计算细节57-58

    4.3 结果和讨论58-66

    4.3.1 系统平衡的判别58-59

    4.3.2 弹性力学性能59-60

    4.3.4 引发键最大键长60-61

    4.3.5 双原子作用能(E_(N-N))61-62

    4.3.6 结合能62-63

    4.3.7 径向分布函数63-65

    4.3.8 内聚能密度65-66

    4.4 本章小结66-67

    5 不同温度下HMX和RDX晶体性质MD模拟比较探讨67-77

    5.1 引言67

    5.2 计算策略和细节67-70

    5.2.1 力场选择和模型搭建67-68

    5.2.2 计算细节68-69

    5.2.3 平衡判别和平衡结构69-70

    5.3 结构和讨论70-75

    5.3.1 弹性力学性能70-71

    5.3.2 引发键最大键长与感度的联系71-72

    5.3.3 双原子作用能(E_(N-N))与感度的联系72-74

    5.3.4 内聚能密度与感度的联系74-75

    5.4 本章小结75-77

    6 PBX-9007及其相关系统MD模拟探讨77-83

    6.1 引言77

    6.2 DOP和松脂的性质77-78

    6.3 模型建模和计算细节78-79

    6.3.1 模型搭建78-79

    6.3.2 计算细节79

    6.4 结果与讨论79-82

    6.4.1 系统平衡的判别79-80

    6.4.2 弹性力学性能80-81

    6.4.3 结合能81-82

    6.5 本章小结82-83

    结论83-84

    致谢84-85

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