基于分子模擬的聚醚醚酮拉伸力學行為與改性

張 可, 姚重陽, 李棟宇, 牛 飛, 王 博, 李 桐*

（1．大連理工大學 工程力學系 工業裝備結構分析國家重點實驗室, 遼寧 大連 116024；2．中材科技風電葉片股份有限公司,北京 100192；3．中國運載火箭技術研究院, 北京 100076）

輕量化是航空航天結構設計永恒的主題，復合材料以其高比強度、高比剛度等優勢被廣泛應用于戰斗機、無人機等軍用裝備結構中。近年來，先進熱塑性樹脂基復合材料以優異的韌性、抗損傷、耐沖擊、抗疲勞等性能，得到航空航天工業的青睞[1-4]，其中，聚醚醚酮（PEEK）被譽為戰略性軍工材料[5]，在航空航天領域已經成功代替鋁合金等金屬材料制造零部件結構，表現出極好的輕量化和性能增強效果。PEEK 基復合材料應用方向逐漸由次承力結構向主承力結構轉變，其力學性能還有待進一步提高，因此，亟須探究PEEK 聚合物破壞的微觀機理和改性設計，以滿足先進裝備中高性能需求。

目前，針對熱塑性復合材料力學性能的研究大多采用實驗方法[6-7]，無法了解聚合物拉伸過程中分子結構變形和斷裂機理，難以給出合理的材料改性和設計策略。因此，國內外學者們基于分子動力學方法開展了許多關于熱塑性聚合物拉伸力學行為和斷裂機理的研究工作，Hossain 等[8]研究了非晶態聚乙烯的拉伸變形機理，分析了拉伸過程中彈性區、屈服區和應變硬化區的主導勢能類型，以解釋聚乙烯的拉伸變形機理，但未給出相應的力學性能改性設計策略。Bowman 等[9]研究了無定形聚乙烯在拉伸、剪切和壓縮狀態下的分子結構變形和自由體積演化規律，以自由體積的演化來描述材料中損傷和空隙的變化。……