编号：CYYJ04500
篇名： 纳米碳酸钙与六方氮化硼改性聚丙烯的分子动力学模拟
作者： 庞梦昊
关键词： 聚丙烯; 纳米改性; 分子动力学; 纳米碳酸钙; 六方氮化硼;
机构：三峡大学
摘要： 目前电缆绝缘材料大多采用交联聚乙烯,但交联聚乙烯因经过交联处理从热塑性材料变为热固性材料,在达到使用寿命之后无法回收利用,这不符合目前绿色环保的理念。因此,以聚丙烯（PP）为代表的热塑性材料作为电缆绝缘材料已成为重要研究方向。聚丙烯拥有不输于交联聚乙烯的电气绝缘性能,但其热性能与力学性能难以同时满足电缆主绝缘材料的要求,因此需要对聚丙烯进行改性。纳米掺杂技术是目前聚丙烯改性的一个重要方向,分子模拟技术已经广泛应用于高压绝缘领域,因此本文使用分子模拟技术对比纳米碳酸钙（CaCO3）接枝硅烷偶联剂和功能化六方氮化硼（h-BN）改性聚丙烯热性能和力学性能的效果,以期得到最优的改性方法,并研究其微观机理。 首先,建立出纯PP体系和掺杂不同质量分数CaCO3的PP复合体系,得出掺杂质量分数为7%的纳米CaCO3改性效果更好,其中玻璃化转变温度上升23 K,自由体积分数下降1.63%,100-600 K各个温度下热导率最高,力学性能中韧性的升高幅度最大,且相对介电常数为2.19,介电性能良好,可以满足绝缘要求。 进一步,在最优质量分数的基础上接枝不同数量KH550建立出PP复合体系,得出接枝两条KH550的改性效果最好,其中玻璃化转变温度上升49 K;自由体积分数下降了0.89%;100-600 K各个温度下热导率最高,力学性能中韧性的升高幅度最大,相对介电常数为2.01,介电性能有进一步提升。 之后建立出掺杂不同功能化六方氮化的PP复合体系,得出氨基功能化六方氮化改性PP体系的改性效果更好,其中玻璃化转变温度上升51 K;自由体积分数下降0.51%;100-600 K各个温度下热导率最高;提高韧性的效果更强;相对介电常数为1.92,大幅改善了介电性能。 最后将所有体系的改性效果进行对比,得出氨基功能化六方氮化改性PP体系的改性效果最好,其中玻璃化转变温度升高幅度最大;热导率数值整体最高;韧性增长幅度更大;介电性能最优。研究结果为改性聚丙烯应用于高压电缆绝缘材料提供了理论参考,揭示了纳米改性聚丙烯的微观机理,对高压电缆绝缘材料的发展具有重要意义。