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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

H2O在PBT聚醚聚氨酯弹性体渗透行为的分子模拟

杨敏 王卫泽 苏雅琪 轩福贞

杨敏, 王卫泽, 苏雅琪, 轩福贞. H2O在PBT聚醚聚氨酯弹性体渗透行为的分子模拟[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211029001
引用本文: 杨敏, 王卫泽, 苏雅琪, 轩福贞. H2O在PBT聚醚聚氨酯弹性体渗透行为的分子模拟[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211029001
YANG Min, WANG Weize, SU Yaqi, XUAN Fuzhen. Molecular Simulation of Permeation Behavior of H2O in PBT Polyether Polyurethane Elastomer[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211029001
Citation: YANG Min, WANG Weize, SU Yaqi, XUAN Fuzhen. Molecular Simulation of Permeation Behavior of H2O in PBT Polyether Polyurethane Elastomer[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211029001

H2O在PBT聚醚聚氨酯弹性体渗透行为的分子模拟

doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20211029001
基金项目: 基金项目类别(项目编号) 资助项目
详细信息
    作者简介:

    杨敏:杨 敏(1996—),男,山西大同,硕士生,主要研究方向:叠氮固体推进剂。E-mail:1049796455@qq.com

    通讯作者:

    王卫泽, E-mail:wangwz@ecust.edu.cn

  • 中图分类号: TQ311

Molecular Simulation of Permeation Behavior of H2O in PBT Polyether Polyurethane Elastomer

  • 摘要: 采用蒙特卡洛模拟和分子动力学模拟的方法,对H2O在PUPBT中的吸附和扩散行为进行模拟。吸附模拟得到在0~1000 kPa逸度范围内,298、318、338 K和358 K条件下的PUPBT对H2O的吸附热分别为41.15、40.23、36.84、34.16 kJ/mol,在298 K的温度下,已经达到吸附平衡,随着温度的升高,PUPBT对H2O的吸附能力减弱。H2O在PUPBT中的吸附不是均匀吸附,而是聚集性地吸附于聚合物中靠近空穴中心的低势能区。扩散模拟结果显示,在压强为101 kPa,温度为298、318、338 K和358 K条件下,H2O/PUPBT混合体系的自由体积分数分别为14.37%、15.55%、17.00%和17.85%,H2O在PUPBT中的扩散系数分别为1.488×10-6、1.999×10-6、3.086×10-6和3.462×10-6 cm2/s,且H2O在PUPBT中进行的扩散不是均匀扩散,而是在聚合物空穴之间的跃迁扩散。H2O在PUPBT中的溶解系数是影响渗透系数的主要因素,随着温度的升高,渗透系数逐渐下降。

     

  • 图  1  PBT预聚物分子式

    Figure  1.  Chemical formula for PBT prepolymer

    图  2  吸附与扩散模拟初始模型

    Figure  2.  Initial models for adsorption and diffusion simulation

    图  3  H2O分子在PUPBT中的吸附等温线

    Figure  3.  Adsorption isotherm of H2O/PUPBT system

    图  4  H2O在PUPBT吸附的密度场和势能场

    Figure  4.  Density field and potential field of H2O/PUPBT system

    图  5  101kPa时不同温度下H2O在PUPBT中的均方位移曲线

    Figure  5.  Mean square displacement curve of H2O in PUPBT under different temperatures at 101kPa

    图  6  H2O/PUPBT体系自由体积分布图

    Figure  6.  Free volume distribution of H2O/PUPBT system

    图  7  H2O分子在PUPBT中的扩散轨迹

    Figure  7.  Diffusion Trajectory of H2O in PUPBT

    表  1  不同温度下H2O/PUPBT体系的自由体积分数和H2O的扩散系数

    Table  1.   Fraction of Free Volume of H2O/PUPBT systems and diffusion coefficients of H2O

    T/KFraction of Free Volume/%D/(10-6 cm2·s-1)
    29814.37$ \pm $0.151.488$ \pm $0.029
    31815.55$ \pm $0.181.999$ \pm $0.014
    33817.00$ \pm $0.464.086$ \pm $0.020
    35817.85$ \pm $0.254.462$ \pm $0.126
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    表  2  101 kPa时不同温度下H2O在PUPBT中的溶解系数和渗透系数

    Table  2.   Solubility coefficient and permeability coefficient of H2O in PUPBT under different temperature at 101 kPa

    T/KS/(10−5 cm3·cm−3·Pa−1)P/(0−11 cm2·s−1·Pa−1)
    2982.800$ \pm $0.0414.166$ \pm $0.144
    3182.050$ \pm $0.2294.098$ \pm $0.490
    3380.939$ \pm $0.1163.838$ \pm $0.493
    3580.475$ \pm $0.0352.119$ \pm $0.221
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-29
  • 网络出版日期:  2022-04-12

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