本發明公開了一種基于分子模擬的耐火電纜材料關鍵性能篩選方法，包括步驟1)建立聚合物和各功能助劑模型；2)對各模型進行幾何優化，得到最穩定的各有機物橡膠基體和其他成分的幾何構型；3)按照各成分配比建立若干個不定型結構并進行篩選；4)對篩選出的結構進行退火；5)對退火后的結構進行不同溫度下的分子動力學模擬；6)對各溫度下穩定結構的關鍵性能參數進行計算：根據不同溫度下的穩定微觀結構在力場下的勢能E進行關鍵性能計算，得到關鍵性能參數：自由體積分數FFV和內聚能密度CED；7)不同材料間進行關鍵性能參數的橫向對比，并篩選材料。本發明篩選結果可靠性高，可用于指導電纜耐火材料的研發與生產。

技術領域

本發明涉及一種耐火材料篩選方法，特別是涉及一種基于分子模擬的耐火電纜材料關鍵性能篩選方法。

背景技術

耐火電纜是指在外層結構被點燃后能夠保持一定時間安全運行的電纜。耐火電纜廣泛應用于城市基礎設施、重要的工礦企業等或是消防安全要求較高的場合，尤其是應用于消防設備及緊急向導燈等應急設施的供電或控制線路。

耐火電纜特定結構，如三芯電纜填充層的材料選型成為一種剛需。評價耐火電纜材料性能優劣的標準，一是材料的熱穩定性，即熱學性質；二是材料的機械性質，包含楊氏模量、剪切模量、泊松比等力學性質以及硬度、剛度等典型指標。工業領域中對于電纜材料熱學性質的檢驗方法大多是將材料置于高溫環境下，如采用煅燒的方法，并進行不同樣品間的對照實驗，力學性質檢驗則大多采用制作啞鈴狀切片，并進行拉伸實驗。傳統的拉伸實驗有較大的缺陷，例如拉伸實驗結果往往受到諸多主客觀因素的影響而產生誤差，

因此本領域技術人員致力于開發一種基于分子模擬的耐火電纜材料關鍵性能篩選方法，能快速準確、客觀的評價電纜材料的關鍵性能，從而篩選出最佳耐火材料。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種于分子模擬的耐火電纜材料關鍵性能篩選方法，能快速準確、客觀的評價電纜材料的關鍵性能，從而篩選出最佳耐火材料。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于分子模擬的耐火電纜材料關鍵性能篩選方法，包括以下步驟：

1)建立聚合物和各功能助劑模型：使用分子模擬軟件構建耐火電纜材料中各有機物橡膠基體和其他成分的單體模型；

2)對各模型進行幾何優化，得到最穩定的各有機物橡膠基體和其他成分的幾何構型；

3)按照各成分配比建立若干個不定型結構并進行篩選：根據各有機物橡膠基體和其他成分的幾何構型，設定組分配比、溫度和密度，建立若干個不定型微觀結構，通過對比不定型微觀結構的體系總勢能，篩選出最穩定的不定型微觀結構，并進行幾何優化；

4)對篩選出的結構進行退火；

5)對退火后的結構進行不同溫度下的分子動力學模擬，在不同溫度下，借助力場對幾何優化后的不定型微觀結構進行分子動力學計算，得到不同溫度下的穩定微觀結構；

6)對各溫度下穩定結構的關鍵性能參數進行計算：根據不同溫度下的穩定微觀結構在力場下的勢能E進行關鍵性能計算，得到關鍵性能參數：自由體積分數FFV和內聚能密度CED；

7)不同材料間進行關鍵性能參數的橫向對比，并篩選材料。

較佳的，所述步驟7)中關鍵性能參數的橫向對比的方法為：首先對比各組材料在同一溫度下的內聚能密度及不同溫度下的變化趨勢；篩選出同一溫度下總內聚能密度最大的配方；若存在不同組之間內聚能密度折線交叉情況，則溫度較高時內聚能密度大的優選；若存在兩組配方在不同溫度下內聚能密度均相同的情況，則比較各組在同一溫度下的自由體積分數，同一溫度下自由體積分數更小的優選；若存在不同組之間內聚能密度折線交叉情況，則溫度較高時自由體積分數小的優選。

較佳的，所述步驟6)中，勢能E的表達式為：