=Paper=
{{Paper
|id=Vol-1482/553
|storemode=property
|title=Закономерности влияния самопроизвольно образующихся кристаллических включений на механические свойства аморфной полимерной матрицы
(Influence of spontaneously formed crystalline inclusions on the mechanical properties of amorphous polymer matrix)
|pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-1482/553.pdf
|volume=Vol-1482
}}
==Закономерности влияния самопроизвольно образующихся кристаллических включений на механические свойства аморфной полимерной матрицы
(Influence of spontaneously formed crystalline inclusions on the mechanical properties of amorphous polymer matrix)==
https://ceur-ws.org/Vol-1482/553.pdf
Суперкомпьютерные дни в России 2015 // Russian Supercomputing Days 2015 // RussianSCDays.org
Закономерности влияния самопроизвольно образующихся
кристаллических включений на механические свойства
аморфной полимерной матрицы
Д.М. Гусаров1, В.A. Иванов1, П.В. Комаров2,3, А.Р. Хохлов1, Y.-C. Sheen4, Y.-S. Lin4, C.-
H. San4
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова1, Институт элемен-
тоорганических соединений РАН2, Тверской государственный университет3, Industrial
Technology Research Institute 4
Улучшение эксплуатационных свойств полимеров необходимо как для совершенствования
характеристик различных технических устройств, так и для замены дорогостоящих традицион-
ных материалов. В качестве одного из возможных способов повышения прочности полимерных
материалов рассматривается формирование упрочняющих доменов in situ в процессе микро-
фазного расслоения полимерной матрицы и добавления различных наполнителей из наноча-
стиц. Однако данный процесс достаточно трудно контролировать, т.к. он зависит от многих
параметров. В настоящее время не существует теоретических методов, позволяющих предска-
зывать физические свойства полимерных материалов в зависимости от химического строения и
типа включений. Проведение прямых экспериментальных работ часто требует достаточно мно-
го времени и дорогостоящего оборудования для характеризации полученных образцов мате-
риалов. В этой ситуации для сужения области экспериментального поиска могут быть задейст-
вованы гибридные расчетные схемы, основанные на концепции многомасштабного моделиро-
вания. В рамках этого подхода можно изучать практически любые материалы, исходя из их хи-
мического строения, количественного соотношения компонентов и физических условий экс-
плуатации.
В докладе обсуждаются вопросы разработки схемы многомасштабного моделирования по-
лимерных композитов с наночастицами и двухфазных неоднородных полимерных систем. Раз-
рабатываемая схема позволяет строить образцы моделируемых систем заданного композици-
онного состава. При этом формирование полимерной матрицы происходит в ходе моделирова-
ния реакции полимеризации. Построение расчетной схемы выполнено с использованием наших
предыдущих разработок в составе Комплекса для компьютерного моделирования физико-
химических свойств органических матричных нанокомпозитов [http://fap.sbras.ru/node/4009].
Моделирование образцов материала при разных внешних нагрузках и температурах позво-
ляет изучать отклик внутренней структуры материала и изучать теплофизические и механиче-
ские свойства материала. При этом требуется проведение достаточно больших объемов вычис-
лений, что может быть реализовано на современных суперкомпьютерах, позволяющих изучать
образцы полимерных нанокомпозитов в широком диапазоне параметров.
Для иллюстрации реализации части расчетной схемы в докладе обсуждаются первые ре-
зультаты выполненных расчетов по изучению влияния химического строения полиуретанов на
формируемые в матрице микродомены и механические свойства образца материала.
Работа выполнена с использованием ресурсов суперкомпьютерного комплекса МГУ имени
М.В. Ломоносова при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (согла-
шение о предоставлении субсидии № 14.613.21.0027 от 28.11.2014 в рамках Федеральной целе-
вой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-
технологического комплекса на 2014-2020 годы»).
553
Суперкомпьютерные дни в России 2015 // Russian Supercomputing Days 2015 // RussianSCDays.org
Influence of spontaneously formed crystalline inclusions on the
mechanical properties of amorphous polymer matrix
Dmitry Gusarov, Viktor Ivanov, Pavel Komarov, Alexei Khokhlov, Yuung-Ching Sheen, Yang-
Shan Lin and Cheng-Hung San
Keywords: multiscale computer modeling, polymer nanocomposites, mechanical properties
of polymeric materials
One of the possible ways to increase the strength of the polymeric materials is the formation
of reinforcement domains treated in situ during the microphase separation of the polymer
matrix after adding various fillers. To narrow the field of experimental research, hybrid
calculation schemes can be involved based on the concept of multi-scale modeling. In this
approach, you can study almost any material on the basis of their chemical structure, the
quantitative ratios of the components and physical conditions. The report discusses the
development of the scheme of multiscale modeling of polymer composites with nanoparticles
and two-phase heterogeneous polymer systems. Simulation of material samples at different
external loads and temperatures allows us to study the response of the internal structure of the
material and study thermal and mechanical properties of the material. This requires a fairly
large amount of computations that can be implemented on modern supercomputers that allow
to study samples of polymer nanocomposites in a wide range of parameters. To illustrate the
implementation of the scheme, the report discusses the first results of the calculations on the
effect of the chemical structure of polyurethanes formed microdomains in the matrix and the
mechanical properties of the sample material.