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本文利用Material Studio对合成革的主要组成成分——聚氨酯的微观空间结构变化过程进行了模拟,研究其舒适性能。利用分子动力学在COMPASSII力场下以合成革用聚氨酯(其聚合度n为20的初级聚氨酯聚合物,简称聚氨酯)作为实验对象,分别模拟了它在263K、268K、273K、278K、283K、293K、303K和313K八个不同温度下的微观动力学过程,分析获得了它们的运动轨迹和相关物理量(即回转半径Rg、径向分布函数RDF、均方位移函数MSD)随着模拟温度变化的趋势,并且研究了温度影响聚氨酯舒适性能的作用机理。研究内容具体如下:(1)聚氨酯的分子形态和能量随温度的变化:随着温度升高,聚氨酯分子链由直线状变为弯曲状,分子链两端的原子有向分子链中间部分收缩成团的趋势,分子内原子的紧密程度加大,使整个分子体积逐渐变小。聚氨酯分子内部运动越剧烈,产生能量越多,说明随着温度的升高,分子体积变小,整个分子内部原子间的距离变得越小。(2)聚氨酯的回转半径Rg随温度的变化:随着温度的升高,回转半径Rg的平均值从46.25?逐渐减小到40.75?,说明随着温度的升高,整个分子体系内所有原子内部空隙变小,则导致原子结合的越紧密,原子间的距离变小,让空气和水汽分子透过的机率越来越小。(3)聚氨酯的径向分布函数RDF随温度的变化:随着温度升高,径向距离r不变时,RDF的函数值g(r)的平均值从2.46上升到2.63,说明随着温度升高,聚氨酯分子体系内原子越容易堆积,分子间作用力变大,可以反映出分子内部的位置变得狭小,原子之间的距离变得更加紧密。(4)聚氨酯的均方位移函数MSD随温度的变化:随着温度的升高,均方位移函数MSD平均值先从114.9(Angstrom^~2)逐渐下降到75.4(Angstrom^~2),然后MSD平均值又从75.4(Angstrom^~2)上升到89.2(Angstrom^~2)。说明随着温度刚升高时,其MSD值在下降。当体系达到平衡后,其MSD的平均值缓慢上升,说明温度对聚氨酯分子体系的影响巨大,聚氨酯分子体系内所有粒子的运动加快,分子体系内所有原子活动频繁,稳定性变差,其性质越容易发生变化。总的来看,结合聚氨酯的形态、能量和三个物理量的分析结果可得到:随着环境温度的升高,聚氨酯的空间结构发生变化,分子内部有收缩成团的趋势,使整个分子体积逐渐变小;分子内部空隙变小,原子间的距离变得越紧密;分子越容易堆积成团,稳定性变差,聚氨酯柔性降低。证实了合成皮革在高温下容易收缩变形,舒适性能变差,从而从微观空间结构上解释了合成皮革的宏观现象特征。