基于分子模擬的聚醚醚酮拉伸力學(xué)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(xué) 工程力學(xué)系 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 大連 116024；2．中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司,北京 100192；3．中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院, 北京 100076）

輕量化是航空航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)永恒的主題，復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度、高比剛度等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)、無人機(jī)等軍用裝備結(jié)構(gòu)中。近年來，先進(jìn)熱塑性樹脂基復(fù)合材料以優(yōu)異的韌性、抗損傷、耐沖擊、抗疲勞等性能，得到航空航天工業(yè)的青睞[1-4]，其中，聚醚醚酮（PEEK）被譽(yù)為戰(zhàn)略性軍工材料[5]，在航空航天領(lǐng)域已經(jīng)成功代替鋁合金等金屬材料制造零部件結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出極好的輕量化和性能增強(qiáng)效果。PEEK 基復(fù)合材料應(yīng)用方向逐漸由次承力結(jié)構(gòu)向主承力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，其力學(xué)性能還有待進(jìn)一步提高，因此，亟須探究PEEK 聚合物破壞的微觀機(jī)理和改性設(shè)計(jì)，以滿足先進(jìn)裝備中高性能需求。

目前，針對(duì)熱塑性復(fù)合材料力學(xué)性能的研究大多采用實(shí)驗(yàn)方法[6-7]，無法了解聚合物拉伸過程中分子結(jié)構(gòu)變形和斷裂機(jī)理，難以給出合理的材料改性和設(shè)計(jì)策略。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們基于分子動(dòng)力學(xué)方法開展了許多關(guān)于熱塑性聚合物拉伸力學(xué)行為和斷裂機(jī)理的研究工作，Hossain 等[8]研究了非晶態(tài)聚乙烯的拉伸變形機(jī)理，分析了拉伸過程中彈性區(qū)、屈服區(qū)和應(yīng)變硬化區(qū)的主導(dǎo)勢(shì)能類型，以解釋聚乙烯的拉伸變形機(jī)理，但未給出相應(yīng)的力學(xué)性能改性設(shè)計(jì)策略。Bowman 等[9]研究了無定形聚乙烯在拉伸、剪切和壓縮狀態(tài)下的分子結(jié)構(gòu)變形和自由體積演化規(guī)律，以自由體積的演化來描述材料中損傷和空隙的變化。……