(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210689968.4 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 董琪　赵致远　万国顺　贾玉玺　 张如良　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 刘文霞 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种聚合物基复合材料的热解动力学参数 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种聚合物基复合材料的热 解动力学参数计算方法， 包括步骤： 确定聚合物 基复合材料中聚合物的交联反应体系， 并构建无 定形分子混合模 型； 设定交联反应参数进行交联 模拟， 得到交联后的聚合物分子模型， 并导出交 联后的聚合物分子模型数据文件， 对 数据文件进 行预处理； 调用预处理得到的聚合物分子模型数 据， 并设定热解模拟条件进行模拟分析， 得到反 应产物数据； 根据反应产物数据进行计算聚合物 的质量保留率及质量损失速率， 得到聚合物热解 反应过程的TG曲线及DTG曲线； 利用阿伦尼乌斯 方程、 Kissinger方法及TG曲线、 D TG曲线， 计算热 解动力学参数。 本发明的方法能模拟雷击状态下 聚合物的热解行为， 得到雷击状态下聚合物的热 解动力学参数。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115169083 A 2022.10.11 CN 115169083 A 1.一种聚合物基复合材 料的热解动力学参数计算方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)确定聚合物基复合材料中聚合物的交联反应体系， 根据聚合物交联反应体系并利 用分子模拟软件， 构建无定形分子混合模型； (2)在分子模拟软件中， 设定交联反应参数， 使步骤(1)所建立的无定形分子混合模型 进行交联模拟， 得到交联后的聚合物分子模型， 导出交联后的聚合物分子模型数据文件， 并 进行预处理得到所需的聚合物分子模型 数据； (3)利用分子模拟软件， 设定热解模拟条件， 进行模拟分析， 得到反应产物数据； (4)根据步骤(3)得到的反应产物数据进行计算聚合物的质量保留率及质量损失速率， 得到聚合物热解反应过程的TG曲线及DTG曲线； (5)利用阿伦尼乌斯方程、 Kissinger方法及步骤(4)得到的TG曲线、 DTG曲线， 计算热解 动力学参数。 2.根据权利要求1所述的一种聚合物基复合材料的热解动力学参数计算方法， 其特征 在于， 所述 步骤(1)建立无定形分子混合模型的具体步骤为： (11)确定聚合物交联反应体系， 包括聚合物单体分子、 固化剂单体分子、 聚合物单体分 子与固化剂单体分子的数量配比以及交联 前聚合物和固化剂混合体系的密度； (12)利用分子模拟软件， 根据所确定的聚合物单体分子、 固化剂单体分子种类分别构 建聚合物单体分子模型及固化剂单体分子模型， 并为聚合物单体分子及固化剂单体分子的 交联点标记原子序号， 将两种单体分子模型按照配比加入周期性边界条件的立方盒子中形 成无定形分子混合模型。 3.根据权利要求1所述的一种聚合物基复合材料的热解动力学参数计算方法， 其特征 在于， 所述 步骤(2)中交联反应参数包括力场、 交联度及交联温度。 4.根据权利要求1所述的一种聚合物基复合材料的热解动力学参数计算方法， 其特征 在于， 所述步骤(2)中预处理得到的聚合物分子模型数据包括原子序号、 原子类型序号、 电 荷及原子坐标。 5.根据权利要求1所述的一种聚合物基复合材料的热解动力学参数计算方法， 其特征 在于， 所述 步骤(3)中热解模拟条件 包括系综、 模拟步长及步数、 温度及压强。 6.根据权利要求1所述的一种聚合物基复合材料的热解动力学参数计算方法， 其特征 在于， 所述 步骤(5)中热解动力学参数包括活化能Ea、 反应级数n及指前因子A。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115169083 A 2一种聚合物基复合材料的热解动力学参数计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及复合材料热解动力学分析技术领域， 具体涉及一种聚合物基复合材料 的热解动力学参数计算方法。 背景技术 [0002]聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体的纤维增强材料， 也称树脂基复合材 料， 通常以环氧树脂、 酚醛树脂等作为基体， 以玻璃纤维、 碳纤维、 玄 武岩纤维或者芳 纶等纤 维作为增强体。 目前常用的聚合物基复合材料， 如碳纤维增强型聚合物复合材料， 具有低密 度、 高强度、 高模量、 耐高温、 耐化学腐蚀等特性， 广泛应用于航空航天、 军事及民用工业等 各个领域。 但由于聚合物为高分子材料， 其在一定的温度下会发生热分解反应， 影响 复合材 料的性能， 尤其将聚合物基复合材料用于飞机上时， 在雷击情况下， 雷击附着区的复合材料 温度会在几纳秒(10‑9s)内升至3500K以上， 升温速率可达 1011K/s以上， 因此， 研究聚合物的 热解动力学是非常必 要的。 现有的热解动力学方法主要通过热重试验拟合得到材料的热解 活化能、 指前因子、 反应级数等热解动力学参数， 但热重试验中， 所得达到的测试温度区间 低(300～1500K)、 升温速率小(1K/min～80K/min)， 远达不到雷击状态下的温度及升温速 率， 而升温速率及热解最终温度会对材料 的热解速率和产物有较大 的影响， 所以常规的热 重实验难以反映雷击状态下 材料的热解行为。 发明内容 [0003]为解决上述技术问题， 本发明提供了一种聚合物基复合材料的热解动力学参数计 算方法， 能够 模拟雷击状态下的温度及升温速率， 计算雷击状态下的热解动力学参数， 从而 为雷击损伤有限元分析提供准确的热解动力学参数。 [0004]本发明采用的技 术解决方案是： [0005]本发明提供了一种聚合物基复合材料的热解动力学参数计算方法， 包括如下步 骤： [0006](1)确定聚合物基复合材料中聚合物的交联反应体系， 根据聚合物交联反应体系 并利用分子模拟软件， 构建无定形分子混合模型； [0007](2)在分子模拟软件中， 设定交联反应参数， 使步骤(1)所建立 的无定形分子混合 模型进行交联模拟， 得到交联后的聚合物分子模型， 导出交联后的聚合物分子模型数据文 件， 并进行 预处理得到所需的聚合物分子模型 数据； [0008](3)利用分子模拟软件， 设定热解模拟条件， 进行模拟分析， 得到反应产物数据； [0009](4)根据步骤(3)得到的反应产物数据进行计算聚合物的质量保留率及质量损失 速率， 得到聚合物热解反应过程的TG曲线及DTG曲线； [0010](5)利用阿伦尼乌斯方程、 Kissinger 方法及步骤(4)得到的TG曲线、 DTG曲线， 计算 热解动力学参数。 [0011]在上述技术方案中， 步骤(1)、 (2)中所利用的分子模拟软件能够实现分子建模及说　明　书 1/5 页 3 CN 115169083 A 3