Прогнозування фізичних властивостей нанокомпозитів на основі поліетилену методами молекулярної динаміки

Ірина  Чолак; Антон  Карвацький

doi:10.25140/2411-5363-2024-3(37)-89-100

Автор(и)

Ірина Чолак Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-4543-4761
Антон Карвацький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-2421-4700

DOI:

https://doi.org/10.25140/2411-5363-2024-3(37)-89-100

Ключові слова:

фізико-механічні властивості; полімерний композиційний матеріал; графен; моделювання; дво-параметричні залежності

Анотація

Виконано дослідження фізико-механічних властивостей нанокомпозитів поліетилен-графен залежно від температури та об’ємної частки наповнювача з використанням методів молекулярної динаміки. Для оперативного про-гнозування поведінки матеріалів отримано двопараметричні залежності фізико-механічних властивостей у діапазоні температур (280–320) К та об’ємної частки графену (0–1,5) %. Одержані дані дадуть змогу виконувати моделювання термо-пружно-пластичного стану виробів в умовах експлуатації в континуальному наближенні.

Посилання

1.Mofu, K. J., Wei, Y.-F., Awol, J. F., & Hu, Y.-G. (2024). Molecular dynamics simulation of tension of polymer composites reinforced with graphene and graphene oxide. Acta Mechanica, 235, 4067–4087. https://doi.org/10.1007/s00707-024-03942-x.

Rahman, R., & Foster, J. T. (2014). Deformation mechanism of graphene in amorphous polyethylene: A molecular dynamics based study. Computational Materials Science, 87, 232–240. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2014.02.023.

Rissanou, A., Power, A., & Harmandaris, V. (2015). Structural and Dynamical Properties of Polyethylene/Graphene Nanocomposites through Molecular Dynamics Simulations. Polymers, 7(3), 390–417. https://doi.org/10.3390/polym7030390.

Rahman, R., & Haque, A. (2013). Molecular Dynamic Simulation of Graphene Reinforced Nanocomposites for Evaluating Elastic Constants. Procedia Engineering, 56, 789–794. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.03.197.

Zhang, Y., Qiao, L., Fan, J., Xue, S., & Jar, P. B. (2021). Molecular dynamics simulation of plastic deformation in polyethylene under uniaxial and biaxial tension. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 236(2), 389–403. https://doi.org/10.1177/14644207211045821.

Hossain, D., Tschopp, M. A., Ward, D. K., Bouvard, J. L., Wang, P., & Horstemeyer, M. F. (2010). Molecular dynamics simulations of deformation mechanisms of amorphous polyethylene. Polymer, 51(25), 6071–6083. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2010.10.009.

Omelchuk, I. V., Karvatskyi, A. Ya. (2024). Determination of physical and mechanical properties of polyethylene and polymer nanocomposites using the methods of molecular dynamics. Herald of Khmelnytskyi national university. Series: technical sciences, 3, 158-165.

Omelchuk I. V., Karvatskyi A. Ya. (2024). Determination of thermal conductivity of composite materials with a polyethylene matrix by molecular dynamics methods. Collection of scientific papers of Admiral Makarov National Shipbuilding University, 2(494).

CHARMM-GUI. Polymer Builder. URL: http://www.charmm-gui.org/input/polymer.

PACKMOL. Initial configurations for Molecular Dynamics Simulations by packing optimization. https://m3g.github.io/packmol/.

Wang, Q., et al. (2010). Molecular Dynamics Simulation of Poly(ethylene terephthalate) Oligomers. The Journal of Physical Chemistry, 114(2), 786–795. https://doi.org/10.1021/jp909762j.

LAMMPS. Molecular Dynamics Simulator. https://www.lammps.org/.

Shearer, C. J., Slattery, A. D., Stapleton, A. J., Shapter, J. G., & Gibson, C. T. (2016). Accurate thickness measurement of graphene. Nanotechnology, 27(12), 125704. https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/12/125704.

Wang, Z., Su, M., Duan, X., Yao, X., Han, X., Song, J., & Ma, L. (2022). Molecular Dynamics Simulation of the Thermomechanical and Tribological Properties of Graphene-Reinforced Natural Rubber Nanocomposites. Polymers, 14(23), 5056. https://doi.org/10.3390/polym14235056.