非晶聚乙烯中高压氢气减压的分子学研究

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聚乙烯（PE）广泛用作高压复合材料储氢罐的衬里材料。在常规运行或维护过程中，气体减压会导致聚合物内部压力差，若减压速率过高，将引起聚合物降解甚至失效。因此，深入理解PE在快速减压过程中的失效机制对指导安全操作规程的制定至关重要。本研究采用原子模拟方法，在压力、温度和应力的影响下，研究了非晶PE在快速减压过程中的微观结构变化。研究表明，氢在非晶PE中的溶解度随温度和压力增加而增加，与文献中的实验结果一致，在玻璃转变温度以上表现出双模式吸附行为。减压开始时，PE内的自由体积分数（FFV）增加，自由体积孔隙的数量和尺寸相应增加，这被认为标志着空穴损伤的开始。氢含量和初始压力的增加显著促进减压过程中的自由体积生成，从而增加空穴形成风险。更高的温度和拉伸应力也会增加自由体积生成。在分子水平上，快速减压机制涉及体积膨胀，导致内部自由体积增加，氢分子进一步促进自由体积生成。这些分子层面的认识有助于深化对PE失效机制的理解，有利于预测高压氢气减压过程中的材料降解和失效。

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