[发明专利]一种基于分子模拟的耐火电缆材料关键性能筛选方法

说明书

本发明公开了一种基于分子模拟的耐火电缆材料关键性能筛选方法，包括步骤1)建立聚合物和各功能助剂模型；2)对各模型进行几何优化，得到最稳定的各有机物橡胶基体和其他成分的几何构型；3)按照各成分配比建立若干个不定型结构并进行筛选；4)对筛选出的结构进行退火；5)对退火后的结构进行不同温度下的分子动力学模拟；6)对各温度下稳定结构的关键性能参数进行计算：根据不同温度下的稳定微观结构在力场下的势能E进行关键性能计算，得到关键性能参数：自由体积分数FFV和内聚能密度CED；7)不同材料间进行关键性能参数的横向对比，并筛选材料。本发明筛选结果可靠性高，可用于指导电缆耐火材料的研发与生产。

技术领域

本发明涉及一种耐火材料筛选方法，特别是涉及一种基于分子模拟的耐火电缆材料关键性能筛选方法。

背景技术

耐火电缆是指在外层结构被点燃后能够保持一定时间安全运行的电缆。耐火电缆广泛应用于城市基础设施、重要的工矿企业等或是消防安全要求较高的场合，尤其是应用于消防设备及紧急向导灯等应急设施的供电或控制线路。

耐火电缆特定结构，如三芯电缆填充层的材料选型成为一种刚需。评价耐火电缆材料性能优劣的标准，一是材料的热稳定性，即热学性质；二是材料的机械性质，包含杨氏模量、剪切模量、泊松比等力学性质以及硬度、刚度等典型指标。工业领域中对于电缆材料热学性质的检验方法大多是将材料置于高温环境下，如采用煅烧的方法，并进行不同样品间的对照实验，力学性质检验则大多采用制作哑铃状切片，并进行拉伸实验。传统的拉伸实验有较大的缺陷，例如拉伸实验结果往往受到诸多主客观因素的影响而产生误差，

因此本领域技术人员致力于开发一种基于分子模拟的耐火电缆材料关键性能筛选方法，能快速准确、客观的评价电缆材料的关键性能，从而筛选出最佳耐火材料。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种于分子模拟的耐火电缆材料关键性能筛选方法，能快速准确、客观的评价电缆材料的关键性能，从而筛选出最佳耐火材料。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于分子模拟的耐火电缆材料关键性能筛选方法，包括以下步骤：

1)建立聚合物和各功能助剂模型：使用分子模拟软件构建耐火电缆材料中各有机物橡胶基体和其他成分的单体模型；

2)对各模型进行几何优化，得到最稳定的各有机物橡胶基体和其他成分的几何构型；

3)按照各成分配比建立若干个不定型结构并进行筛选：根据各有机物橡胶基体和其他成分的几何构型，设定组分配比、温度和密度，建立若干个不定型微观结构，通过对比不定型微观结构的体系总势能，筛选出最稳定的不定型微观结构，并进行几何优化；

4)对筛选出的结构进行退火；

5)对退火后的结构进行不同温度下的分子动力学模拟，在不同温度下，借助力场对几何优化后的不定型微观结构进行分子动力学计算，得到不同温度下的稳定微观结构；

6)对各温度下稳定结构的关键性能参数进行计算：根据不同温度下的稳定微观结构在力场下的势能E进行关键性能计算，得到关键性能参数：自由体积分数FFV和内聚能密度CED；

7)不同材料间进行关键性能参数的横向对比，并筛选材料。

较佳的，所述步骤7)中关键性能参数的横向对比的方法为：首先对比各组材料在同一温度下的内聚能密度及不同温度下的变化趋势；筛选出同一温度下总内聚能密度最大的配方；若存在不同组之间内聚能密度折线交叉情况，则温度较高时内聚能密度大的优选；若存在两组配方在不同温度下内聚能密度均相同的情况，则比较各组在同一温度下的自由体积分数，同一温度下自由体积分数更小的优选；若存在不同组之间内聚能密度折线交叉情况，则温度较高时自由体积分数小的优选。

较佳的，所述步骤6)中，势能E的表达式为：