The glass transition temperature investigation of polymers by molecular dynamic simulations

Abstract

In this paper, the process of glass transition is studied, the theory of which is not fully developed. Computer modeling can be used to understand the theory of this phenomenon. The glass transition temperature is influenced by a large number of polymer parameters: cooling rate, pressure, presence of diluent, structural features, etc. We are considering a number of different polymers to test the ability of the pcff+ force field to determine the glass transition temperature. The effect of tactility, composition, pressure and the presence of a diluent on the glass transition temperature of polymers will be shown using molecular dynamics (MD) and pcff+ force-field modeling. The effect of tact was studied using the use of atactic, isotactic and syndiotactic poly(methyl methacrylate) and atactic, isotactic and syndiotactic polypropylene. The LAMMPS code integrated into the MedeA computing environment was used to simulate the molecular dynamics of polymers. The calculation of the glass transition temperature at different cooling rates is closely related to the balanced initial systems. Due to the inability of current atomistic simulations to achieve the required cooling rates, as in experiments, the gap was not sharp and quite obvious. The data obtained show that the pcf+ force field describes tactics quite effectively and gives differences in the glass transition temperature for different types of tact. For polymers diluted with CO2, the glass transition temperature decreases almost linearly, which is in good agreement with the experiment. As expected, the pressure increases the glass transition temperature. However, at high pressure, the slope fracture disappears, and the determination of Tg becomes extremely difficult. The simulated annealing process will be applied to a set of polymers to obtain graphs of the specific volume versus temperature and determine the glass transition temperature.Мақалада шынылау процесі зерттелген, себебі оның теориясы толық дамымаған. Берілген құбылыстың теориясын түсіну үшін компьютерлік модельдеуді қолдануға болады. Шыны температурасына полимерлердің көптеген параметрлері әсер етеді: салқындату жылдамдығы, қысым, еріткіштің болуы, құрылымдық ерекшеліктері және т.б. Біз pcff+ қуат өрісінің шыны температурасын анықтау қабілетін тексеру үшін бірқатар әртүрлі полимерлерді қарастырамыз. Полимерлердің шынылану температурасына тактильділік, құрамы, қысымы және еріткіштің болуының әсері молекулалық динамика (MD) және pcff+ force-field өрісінің модельдеулері арқылы көрсетілген. Тактикалық әсері атактикалық, изотактикалық және синдиотактикалық полиді(метилметакрилат), сонымен қатар атактикалық, изотактикалық және синдиотактикалық полипропиленді қолдану арқылы зерттелді. Полимерлердің молекулалық динамикасын модельдеу үшін MedeA есептеу ортасына біріктірілген LAMMPS коды қолданылды. Әртүрлі салқындату жылдамдығындағы шынының температурасын есептеу теңдестірілген бастапқы жүйелермен тығыз байланысты. Ағымдағы атомдық модельдеулердің эксперименттердегідей қажетті салқындату жылдамдығына қол жеткізуге қабілетсіздігіне байланысты үзіліс жеткілікті түрде өткір немесе айқын болмады. Алынған деректер pcff+ күш өрісі тактиканы жеткілікті тиімді сипаттайтынын және тактиканың әртүрлі түрлері үшін шыны ауысу температурасының айырмашылығын беретінін көрсетеді. СО2 сұйылтылған полимерлер үшін шыны ауысу температурасы дерлік сызықты түрде төмендейді, бұл тәжірибемен жақсы сәйкес келеді. Күтілгендей, қысым шыны ауысу температурасын арттырады. Бірақ жоғары қысымда көлбеу қисаюы жойылып, Tg анықтау өте қиынға соғады. Температураға қарсы нақты көлемнің сызбаларын алу және шыны ауысу температурасын анықтау үшін полимерлер жиынтығына имитациялық жасыту процесі қолданылады.В статье изучен процесс стеклования, теория которой не разработана полностью. Компьютерное моделирование можно использовать для понимания теории данного явления. На температуру стеклования оказывает влияние большое количество параметров полимеров: скорость охлаждения, давление, присутствие разбавителя, структурные особенности и т.д. Мы рассматриваем ряд различных полимеров для проверки способности силового поля pcff+ по определению температуры стеклования. Влияние тактильности, состава, давления и присутствия разбавителя на температуру стеклования полимеров будет показано с помощью моделирования молекулярной динамики (MD) и pcff+ force-field. Эффект тактичности был изучен с помощью применения атактического, изотактического и синдиотактического поли(метилметакрилата) и атактического, изотактического и синдиотактического полипропилена. Для моделирования молекулярной динамики полимеров использовался код LAMMPS, интегрированный в вычислительную среду MedeA. Расчет температуры стеклования при различных скоростях охлаждения тесно связан с уравновешенными исходными системами. Из-за неспособности нынешних атомистических симуляций достичь необходимых скоростей охлаждения, как в экспериментах, разрыв не был резким и достаточно очевидным. Полученные данные показывают, что силовое поле pcff+ достаточно эффективно описывает тактику и дает различия в температуре стеклования для разных типов тактичности. Для полимеров, разбавленных CO2, температура стеклования снижается почти линейно, что хорошо согласуется с экспериментом. Как и ожидалось, давление увеличивает температуру стеклования. Однако при высоком давлении излом наклона исчезает, и определение Tg становится крайне затруднительным. Имитированный процесс отжига будет применен к набору полимеров, чтобы получить графики зависимости удельного объема от температуры и определить температуру стеклования.