类玻璃体多颗粒系统热重塑行为的离散元模拟

吴治诚; 郭巍; 张泽昊; 朱清哲; 张乔根; 王国利; 高超

西安交通大学学报 ›› 2026, Vol. 60 ›› Issue (2) : 175 -182.

吴治诚, 郭巍, 张泽昊, 朱清哲, 张乔根, 王国利, 高超

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摘要

针对难降解环氧固废所带来的资源环境问题，基于高温下动态交联键可重排的类玻璃体高分子(Vitrimer)材料，开展了多颗粒系统热重塑行为的离散元模拟研究。考虑到颗粒间复杂的相互作用，引入Vitrimer本构模型，并结合堆积角标定实验来确定颗粒摩擦因数，建立了多颗粒系统“形变-接触-反应”的热-力耦合离散元模型，实现了热重塑过程中颗粒间应力、温度与孔隙演变的数值模拟。结果表明：Vitrimer多颗粒系统热重塑过程中，颗粒间切向压力是法向压力的3.7倍，热重塑反应过程主要沿切向来进行；颗粒间存在较大温度梯度，最大温差为43℃,可采用梯度温控策略以抑制键网络异构化；热重塑压力要与材料储能模量相匹配，从而可协同调控孔隙率与结构的完整性。经过实验验证，热重塑后材料三点弯曲断裂载荷实测值、模拟值分别为10.4、 9.9 N,表明模型可有效模拟Vitrimer多颗粒系统的热重塑过程。研究结果可为探究Vitrimer多颗粒系统热重塑的外部条件、颗粒行为提供一定的理论依据，并可为发展绿色循环材料体系提供技术支撑。