INVESTIGATION OF WELDING PROCESS OF VITRIMER-BASED MATERIAL: MESO-SCALE SIMULATION

Abstract

Рассматривается самовосстанавливающийся эпоксидный материал на основе диглицидилового эфира бисфенола A и отвердителя трикарбоновой жирной кислоты, относящийся к новому классу полимеров, называемых витримерами. Восстановление целостности таких систем при повреждениях происходит благодаря реакции обмена ковалентными связями между сомономерами, образующими полимерную сетку. В нашей предыдущей работе мы разработали модель данного материала на основе метода реакционной диссипативной динамики частиц. В данной работе мы применяем нашу модель для изучения процесса сварки образцов витримера, разрезанного на две части. Контроль целостности структуры систем проводился с помощью топологического анализа посредством расчета распределений по длинам простых циклов и плотности числа несущих нагрузку цепей. Показано, что скорость восстановления целостности систем определяется концентрацией катализатора и степенью сшитости полимера. Полученные результаты также свидетельствуют, что в случае высокой степени сшитости полимера, а также низкой концентрации катализатора структура системы получается сильно неоднородной. A self-healing epoxy material is considered, based on bisphenol A diglycidyl ether and a tricarboxylic fatty acid hardener, belonging to a new class of polymers called vitrimers. The restoration of the integrity of such systems in the case of a damage occurs due to the exchange reaction of covalent bonds between the comonomers forming a polymer network. In our previous work, we have developed a model of this material based on the method of reactive dissipative particle dynamics. In this work, we apply our model to study the welding process of vitrimer samples cut into two parts. The control of the integrity of the structure of the systems was carried out using a topological analysis by calculating the distributions over the lengths of simple cycles and the density of the number of load-bearing circuits. It has been shown that the rate of restoration of the integrity of the systems is determined by the concentration of the catalyst and the degree of crosslinking of the polymer. The results obtained also indicate that in the case of a high degree of crosslinking of the polymer, as well as a low catalyst concentration, the structure of the system is highly inhomogeneous.