基于MATLAB和C#语言对聚氯乙烯耐热性的研究与应用.docVIP

基于MATLAB和C#语言对聚氯乙烯耐热性的研究与应用 　　摘要：本文采用微软.net中新的开发语言C#并结合MALAB开发了WindowsForm应用程序，开发环境是Microsoft Visual Studio 2010，将材料学与计算机科学得到了结合。同时利用该程序模拟了聚氯乙颗粒料（PVC）的玻璃化转变温度（Tg），其模拟温度为344.79K，实验测得温度为358.23K，文献参考值为360.15K，其误差在可信范围内。 　　关键词：C#语言；聚氯乙烯；计算机模拟；玻璃化转变温度；误差 　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）46-0163-02 　　一、前言 　　计算机模拟式在第二次世界大战后出现，当初被当作开发计算机用的一种工具。在20世纪50年代初，计算机模拟才真正开始。计算机模拟的奇特之处在于人们对一些方程不用笔和纸，用计算机就可以得到准确的答案。本文构想：利用DSC分析测试设备中测定PVC的玻璃化转变温度（Tg），并利用关联指数法建立一个数学模型，利用数学模型编写一个小型的计算机程序。将测试结果与计算机程序模拟结果对比，分析其误差和模拟结果的可靠性。 　　二、计算机在高分子科学中的应用 　　计算机已应用于高分子材料的性能预测、聚合物反应的模拟及计算机辅助分子设计、成型加工的质量控制与条件优化等各个领域，其中应用最广泛的就是计算机模拟在高分子科学的应用。常用的模拟方法有分子动力学（简称MD）、蒙特卡罗方法（简称MC）和分子力学方法（简称MM）。 　　三、实验部分 　　聚氯乙烯颗粒料（PVC）的Tg测试。实验设备：示差扫描量热仪（Pyris Diamond DSC），千分位电子天平（AE200）及其他常用实验设备。测得的玻璃化转变温度为：Tg=85.08℃=358.23K，其DSC曲线如下： 　　四、理论模型的建立和计算机程序的编写及结果校验 　　1.关联指数法对PVC的Tg预测。关联指数法是美国高分子科学家Jozef Bicerano与上世纪90年代提出的，这是一种基于空间拓扑学及原子之间相互关系的半经验公式，对简单聚合物的性能预测结果较为准确。关联指数法是图论的具体化形式。近年来，关联指数法在聚合物的性能预测方面已拓展了许多，其目的是想获取一种既简单、有效又合理精确地预测聚合物的性能的方法。 　　2.聚氯乙烯的关联指数。下面介绍PVC关联指数法的求算方法与过程。聚氯乙烯关联指数法主要是计算器零级关联指数和一级关联指数，用于以后的参数校正。作出聚氯乙烯的分子结构，将氢原子从结构图中排出的到隐氢图。如图2和图3 　　一级原子指数（δ）和二级原子指数（δv）和价键指数 βij=δi*δj βijV=δVi*δVj，在前述基础上，产生零级关联指数（0x与0xv）和一级关联指数（1x与1xv）。零级（原子关联指数）0x与0xv，和一级（键）关联指数1x与1xv，其表达式分别是：0x=■（1/■） 0xV=■（1/■） 1x=■（1/■） 　　1xV=■（1/■）综上，PVC结构单元相应的诸关联指数分别为：0x=2.2845 0xv=2.4183 1x=1.3938 1xv=1.47115 　　3.关联指数法预测聚合物的Tg的温度方程和结构校正参数。①温度方程：对于普通的聚合物可以通过溶度参数δ、结构参数X13和Ntg/N，在参数普遍参数的条件下预测：Tg≈351.00+51.6*δ+31.68*NTg/N+23.94*X13 其中NTg为校正参数。NTg=15*X1-4*X2+23*X3+12*X4-8*X5-4*X6-8*X7+ 　　5*X8+11*X9+8*X10-11*X11-4*X12。②结构校正参数：X1到X13为结构校正参数。③结构校正参数总结：以上X1到X13结构参数中除了X5和X6，大多数的结构参数的为零。最终我们得到X5=1；X6=2，在程序中进行了PVC玻璃化温度的预测。 　　4.程序的编写与验证。本文采用了微软.net中的开发语言C#开发了这个WindowsForm应用程序并用到了MATLAB进行混合编程。开发环境是Microsoft Visual Studio 2010，将材料学与计算机科学得到了结合。①MATLAB编程：MALTAB是一种计算工程计算及模拟用的数学软件，其计算能力十分强大其为跨平台的编程提供了很好的利用方法，可实现与C++，Java，C#等语言的混合编程。具体方式如下，数学模式进行编程，编写好后将MATLAB程序编写成所需的DLL文件（可选择编译的语言，该过程自动完成）。②C# Windows Form程序开发：建立Windows Form开发项目，将编写好的DLL文件引入到该项目中来，进行程序的开