双酚A型苯并恶嗪树酯热解的ReaxFF反应动力学模拟毕业论文.docx
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双酚A型苯并恶嗪树酯热解的ReaxFF反应动力学模拟毕业论文
双酚A型苯并噁嗪树酯热解的ReaxFF反应
动力学模拟
ThermalDecompositionofBisphenolATypeBenzocainefromReactiveDynamicsUsingtheReaxFFReactiveForceField
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本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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8）致谢
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5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
目录
摘要I
AbstractII
引言1
第一章文献综述2
1.1酚醛树脂的发展介绍2
1.1.1酚醛树脂的现状2
1.1.2改性酚醛树脂2
1.2苯并噁嗪树脂简介3
1.2.1苯并噁嗪的发现3
1.2.2苯并噁嗪树脂特点4
1.2.3苯并树脂的研究意义4
1.2.4苯并噁嗪树脂的应用5
1.2.5苯并噁嗪树脂的固化5
1.2.6苯并噁嗪树脂热解方法研究6
1.3双酚A型苯并噁嗪树脂的研究6
1.4ReaxFF反应动力学及反应场研究6
1.5本实验的目的和意义7
第二章双酚A型苯并噁嗪树脂热解的ReaxFF动力学模拟研究9
2.1引言9
2.2双酚A型苯并噁嗪树脂模型构建的设计9
2.3双酚A型苯并噁嗪树脂分子动力学模拟10
2.3.1模拟过程遵循的原则10
2.3.2模拟实验方法10
第三章结果与讨论11
3.1反应物反应过程中成键断键分析11
3.2温度的影响13
3.3主要产物的生成机理分析14
3.3.1产物H2O的生成机理分析16
3.3.2产物H2的生成机理分析18
3.3碳团簇20
3.4双酚A型苯并噁嗪树脂残炭率分析23
结论24
致谢25
参考文献26
双酚A型苯并噁嗪树酯热解的ReaxFF反应动力学模拟
摘要：
本论文中应用ReaxFF反应动力学方法对双酚A型苯并噁嗪树脂模拟高温热解，研究不同的实验温度对热解产物的影响。
我们对模拟反应后所得的产物数据进行分析，可得出其热解引发反应主要是双酚A型苯并噁嗪树脂分子内含N和含O桥键的断裂。
另外在对结果分析中得知H2O和H2为其热解反应的主要产物，还检测到生成CH4、NH3、CO等小分子产物。
当反应温度为2500K时，产物中H2O和H2的含量基本相同；而当温度为2750K和300K时候生成物中H2为主要生成物，其含量随温度升高而增加。
通过观察其生成过程我们可以看出H2由三种生成方式，其为分子内/分子间脱氢反应和氢自由基的夺氢反应。
此外，在对反应机理研究中我们还发现高温能促进含石墨烯结构且分子量较大的碳团簇的形成。
本课题中ReaxFF分子动力学模拟实验得出结果与文献报道真实热解结果吻合，说明ReaxFF动力学方法是在分子水平上研究苯并噁嗪化合物高温热解反应的一种有效途径。
关键词：
双酚A型苯并噁嗪；ReaxFF动力学模拟；高温热解；模拟运算
ThermalDecompositionofBisphenolATypeBenzocainefromReactiveDynamicsUsingtheReaxFFReactiveForceField
Abstract:
ThispaperapplyReaxFFreactionkineticsmethodtosimulatebisphenolatypebenzocainehigh-temperaturepyrolysisthoughusingcomputersimulationsoftware,andresearchestheinfluenceofdifferentexperimentaltemperatureonpyrolysisproducts.Throughdataanalysis,themainpyrolysisreactionisthecleavageofNandObondofbisphenolatypebenzoxazine.TheH2OandH2arethemajorproductofpyrolysisreactioninthisanalysisresult,andthesecondaryproductsisCH4,NH3,COandothersmallmolecules.Whenthereactiontemperaturereaches2500K,theH2OandH2contentoftheproductarebasicallythesame;whilewhenthetemperaturereaches2750Kand3000K,theH2isthemainproduct,anditscontentincreaseswithtemperaturerise.ThereisthreegenerationmodesofH2throughobservingitsgenerationprocess,andit’sthedehydrogenationreactionofthemoleculeswithin/betweenmoleculesandhydrogenabstractionofthehydrogenfreeradical.Inaddition,inthestudy,thehightemperaturecanpromoteformingcarbonclusterswhichcontainingthestructureofgrapheneandhavingthehighermoleculeweight.Inthispaper,theReaxFFmoleculardynamicssimulationresultsisconsistentwiththerealpyrolysisexperimentresults,andshowsReaxFFdynamicsmethodisaneffectivewayonthestudyofbenzoxazinecompoundhightemperaturepyrolysisreaction.
Keywords:
Bisphenolatypebenzoxazine;ReaxFFdynamicssimulation;Hightemperaturepyrolysis;Analogcalculation
引言
酚醛树脂具有机械强度高、稳定性好、耐化学腐蚀、阻燃等优点，广泛用于制造日用品、建筑材料以及航空工业用高科技制品等诸多产品。
酚醛树脂是由酚类化合物与醛类化合物缩聚而得到的一类传统高分子材料，因其原料易得，合成工艺及生产设备简单，且具有良好的耐热，耐摩擦，耐化学腐蚀等性能。
因此自问世以来，在电器钢铁、铸造、机械、电子等行业获得了广泛的应用。
同时在航空、航天、军事、国防等高科技领域也有重要应用，如：
用于制造高性能固体火箭发动机喷管、航天飞机机翼前缘、洲际导弹再入系统的热防护结构、超音速飞机刹车抱块等。
可以说，在高技术领域及其复合材料正发挥着其他材料不可替代的作用。
研究苯并噁嗪树脂的热解机理及热解后的碳流失原因，从而研究出综合性能更好的苯并噁嗪树脂复合材料。
双酚A型苯并噁嗪是聚苯并噁嗪树脂的一种，其热裂解特点如：
裂解温度高，裂解反应速度快，决定了仅通过实验方法很难获得详尽地热裂解反应过程。
ReaxFF反应力场是描述化学反应过程中键的断裂、生成和反应过程的分子模拟方法，ReaxFF利用键长与键级以及键级与能量的关系，并在计算中跟踪这些关系的变化，从而描述化学键的断裂与形成，其计算成本低，同时能够得到与量子力学方法计算结果相同的精度，广泛地用于复杂化学反应过程和其他极端条件下的计算。
本文运用ReaxFF动力学方法模拟苯并噁嗪树脂热解特性，同时分析了苯并噁嗪树脂的热解引发反应机理，考察了温度对热解过程和反应产物的影响。
采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学模拟，可以再现苯并噁嗪树脂热裂解过程中发生的自由基反应。
第一章文献综述
1.1酚醛树脂的发展介绍
1.1.1酚醛树脂的现状
酚醛树脂是世界上最早实现工业化的热固性合成树脂，迄今已有近一百年的历史。
由于其原料易得，价格低廉，生产工艺和设备简单，而且产品具有优异的机械性能、耐热性、耐寒性、电绝缘性、尺寸稳定性、成型加工性、阻燃性等，因此已成为国民经济各部门不可或缺的材料，具有广泛的用途。
但是，酚醛树脂结构上的薄弱环节是酚羟基和亚甲基容易氧化，耐热性受到影响。
随着工业不断发展，对酚醛树脂提出了新的要求。
为适应汽车、电子、航空、航天及国防工业等高新技术领域的需要[1-2]，人们对酚醛树脂进行了大量改性研究，开发出一系列高性能酚醛树脂。
酚醛树脂在树脂基复合材料和C/C复合材料领域[3]占有一席之地，但是其成炭率尚不能令人满意，影响其应用。
明确酚醛树脂的热裂解过程，尤其是造成碳流失的原因对提高酚醛树脂的成炭率和拓展其在更广范围的应用具有重要价值。
1.1.2改性酚醛树脂
普通酚醛树脂的脆性大，通常由其制备的摩擦材料硬度大、模量高、韧性差、易在界面上产生应力裂纹。
提高酚醛树脂的韧性的途径，主要有以下几种:
（1）在酚醛树脂中加入外增韧物质，如天然橡胶、丁睛橡胶、丁苯橡胶及热塑性树脂等。
（2）在酚醛树脂中加入
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