مطالعه خواص مکانیکی پلیمر پلی‌وینیلیدن فلوراید با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی آزمون‌های کشش و dma

پلیمر پلی‌وینیلیدن فلوراید به علت داشتن ترکیبی شامل عنصر فلئور که بیشترین الکترونگاتیوی در بین عناصر را دارد، دارای خواص منحصر به فردی همچون پیزو الکتریک و مقاومت مکانیکی، حرارتی، و شیمیایی بالا می‌باشد. در این مقاله، با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی ماده پلیمری پلی‌وینیلیدن فلوراید آمورف که دارای مونومرهای قطبیده می‌باشد، خواص مکانیکی آن مورد مطالعه قرار گرفته است. به این صورت که ابتدا، با استفاده از آزمون کشش، مدول الاستیک و تنش نهایی تعیین گردیده و تغییرات آن‌ها بر اثر تغییر دما و نرخ کرنش مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، با استفاده از آزمون dma، مدول مختلط دینامیکی کششی و برشی محاسبه شده و تغییرات آن‌ها هنگامی که نرخ کرنش تغییر می‌کند، مطالعه شده است. این برای اولین بار است که شبیه‌سازی دینامیک مولکولی آزمون dma صورت می‌گیرد. علاوه بر تعیین خواص ویسکوالاستیک ماده، حذف ساده اغتشاشات دمایی به جهت تبعیت توابع تنش و کرنش بر حسب زمان از الگوی سینوسی، از مزایای آزمون dma محسوب می‌شود. تطابق رفتاری نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی با واقعیت، کارامدی مدل ارائه شده را نشان می‌دهد.

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

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.