مطالعه خواص مكانيكي پليمر پلي‌وينيليدن فلورايد با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي آزمون‌هاي كشش و DMA

Molecular Dynamics Study of Mechanical Properties of Polyvinylidene Fluoride Polymer by Tensile Test and Dynamic Mechanical Analysis

پليمر پلي‌وينيليدن فلورايد به علت داشتن تركيبي شامل عنصر فلئور كه بيشترين الكترونگاتيوي در بين عناصر را دارد، داراي خواص منحصر به فردي همچون پيزو-الكتريك و مقاومت مكانيكي، حرارتي، و شيميايي بالا مي‌باشد. در اين مقاله، با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي ماده پليمري پلي‌وينيليدن فلورايد آمورف كه داراي مونومرهاي قطبيده مي‌باشد، خواص مكانيكي آن مورد مطالعه قرار گرفته است. به اين صورت كه ابتدا، با استفاده از آزمون كشش، مدول الاستيك و تنش نهايي تعيين گرديده و تغييرات آن‌ها بر اثر تغيير دما و نرخ كرنش مورد بررسي قرار گرفته است. در ادامه، با استفاده از آزمون DMA، مدول مختلط ديناميكي كششي و برشي محاسبه شده و تغييرات آن‌ها هنگامي كه نرخ كرنش تغيير مي‌كند، مطالعه شده است. اين براي اولين بار است كه شبيه‌سازي ديناميك مولكولي آزمون DMA صورت مي‌گيرد. علاوه بر تعيين خواص ويسكوالاستيك ماده، حذف ساده اغتشاشات دمايي به جهت تبعيت توابع تنش و كرنش بر حسب زمان از الگوي سينوسي، از مزاياي آزمون DMA محسوب مي‌شود. تطابق رفتاري نتايج به دست آمده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي با واقعيت، كارامدي مدل ارائه شده را نشان مي‌دهد.

Polyvinylidene fluoride polymer poses unique properties such as piezoelectric and high mechanical, thermal, and chemical resistance due to the consisting of the most electronegative element, fluorine, in its combination. In this paper, molecular dynamics simulation of amorphous polyvinylidene fluoride polymer containing polarized monomers is utilized to study its mechanical properties. Firstly, by using tensile test, elastic modulus and ultimate stress are determined and their changes due to temperature and strain rate change are studied. Then, by using dynamic mechanical analysis, tensile and shear dynamic complex modulus are calculated and their changes are studied while strain rate changes. This is for the first time that dynamic mechanical analysis is simulated by molecular dynamics. In addition to determining the viscoelastic properties of the material, straight forward elimination of temperature disturbances due to the sinusoidal pattern of stress and strain functions in terms of time is one of the advantages of the dynamic mechanical analysis. Consistency between simulated and actual trends shows the efficiency of the proposed model.