POSS改性齿科复合树脂的微观模型的建立与分子模拟研究

论文摘要

POSS有机-无机纳米杂化材料是一种新型的纳米复合材料,实验研究表明通过物理或化学手段引入POSS纳米杂化材料可以综合的改进齿科复合树脂的各种性能,然而,对这种改性机理的研究还不够深入。本文通过实验与分子模拟相结合的方式研究了POSS改性齿科复合树脂的结构与性能,从微观尺度对性能改进机理进行了研究与分析,对于合成性能更加优越的齿科材料具有一定的指导意义。首先,本文通过蓝色可见光固化的方式合成了POSS改性齿科复合树脂,压缩试验表明少量的POSS可显著提高齿科复合树脂的力学性能,差示扫描量热法（DSC）测试表明POSS对复合树脂的玻璃化转变温度的影响不大,广角X射线衍射曲线（WXRS）测试表明POSS改性复合树脂与原复合树脂具有相似的非晶体结构。其次,阐述了一种动态建立聚合物交联网状模型的新方法（聚合分子动力学方法）,结合前期的实验数据建立了三种POSS改性复合树脂新型材料的交联网状模型。对改性复合树脂模型进行了分子力学模拟,通过比较广角X射线衍射的模拟与实验结果的一致性初步验证了分子模型与分子力场的准确性。再次,通过分子动力学方法研究了POSS改性复合树脂交联网状模型的微观结构和性能。通过计算改性复合树脂模型的体积温度变化曲线,预测了玻璃态转化温度,其计算结果与实验结果吻合得很好,并分析了改性复合树脂在温度升高的过程中的能量变化情况。同时,计算了改性复合树脂的径向分布函数和均方位移,分析了POSS对复合树脂微观结构的影响。最后,利用等应变优化方法计算了改性复合树脂的力学性能,并与前期实验结果进行了比较,结果进一步表明POSS能够显著改进复合树脂的杨氏模量和剪切模量,并且从势能变化的角度进行机理分析,结果表明POSS能够降低复合树脂分子间的非键和能,因而增强复合树脂的力学性能,其中改性复合树脂的库伦能改变对力学性能增强起到积极的作用,而范德华能的改变对力学性能的改进起到了相反的作用。通过计算复合树脂固化前后的密度,计算了改性复合树脂的体积收缩率,与前期实验结果在趋势上一致,进一步的分析表明由于POSS特殊的空间体结构影响了线性杆状结构分子的堆积,使得原复合树脂的分子堆积变得松散,进而导致了改性复合树脂的体积收缩率的降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 齿科复合树脂材料研究现状
• 1.2.1 POSS 纳米杂化材料
• 1.2.2 POSS 在齿科复合树脂中的应用
• 1.3 分子模拟技术在聚合物微观结构研究中的应用
• 1.3.1 分子模拟概述
• 1.3.2 分子模拟在交联网状模型中的应用
• 1.4 学位论文研究的主要内容
• 第2章 改性复合树脂的实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 改性复合树脂材料组分设计
• 2.3 材料的合成与试件的制备
• 2.3.1 材料的合成
• 2.3.2 试件的制备
• 2.4 改性复合树脂压缩试验
• 2.5 改性复合树脂玻璃态转化温度
• 2.5.1 玻璃态转化温度
• 2.5.2 差示扫描量热法
• 2.5.3 测试的结果与分析
• 2.6 改性复合树脂的广角X 射线衍射
• 2.6.1 WXRS 测试技术
• 2.6.2 测试结果与分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 分子力学模拟与复合树脂交联网状模型
• 3.1 引言
• 3.2 分子力学方法简介
• 3.2.1 分子力学原理
• 3.2.2 分子力场
• 3.2.3 计算流程
• 3.3 改性复合树脂交联网状模型
• 3.3.1 交联网状模型建立的算法
• 3.3.2 网状模型的设计与建立
• 3.4 分子力学模拟细节
• 3.5 广角X 射线衍射的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 复合树脂分子动力学模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 分子动力学方法简介
• 4.2.1 分子动力学原理
• 4.2.2 边界条件与初始化
• 4.2.3 温度与压力的控制
• 4.2.4 系综简介与积分算法
• 4.3 分子动力学模拟细节
• 4.4 玻璃态转化温度
• 4.5 径向分布函数
• 4.6 均方位移
• 4.7 力学性能
• 4.7.1 分子模拟中的应力张量
• 4.7.2 力学常数的计算方法
• 4.7.3 计算结果与分析
• 4.8 体积收缩率
• 4.8.1 体积收缩的机理
• 4.8.2 计算结果与分析
• 4.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢