静电纺丝是一种利用高压电场将溶液或熔体加工成纤维的制造技术,具有广泛的应用前景。现有的有关静电纺丝的理论非常不完善,难以很好地指导静电纺丝工艺创新和优化。为此,本文基于聚丙烯的全原子模型和可极化粗粒度模型,利用分子动力学模拟,从分子水平上,研究了熔体静电纺丝的电场力形成和作用机制。主要研究内容和结论如下:(1)模拟了聚丙烯熔滴在强电场中的诱导极化效应及形变行为,分析了电场强度对熔滴的诱导偶极矩、形状、尺寸和微观结构的影响。模拟结果表明,强电场能够诱导熔体产生极化形成诱导偶极,并且这种诱导极化的偶极矩会随着电场强度的增强而线性增大。电场的施加不会对熔滴的形状产生显著影响但能导致熔滴膨胀,并且在垂直于电场的方向上膨胀得更大。这种行为的产生可能跟电场诱导聚丙烯主链上的侧链进行取向进而导致主链在垂直于电场的方向发生伸展有关。这些结果进一步说明,电场对熔体的诱导极化效应并不能在电场方向上形成足以拉伸熔体发生显著变形的电场力。因此,电场对聚合物熔体的诱导极化效应并不是熔体静电纺丝的主要作用机制。(2)模拟研究了电子、阴离子和阳离子在聚丙烯熔滴表面的吸附行为,分析了带电量、近程对势相互作用参数、带电粒子尺寸、温度等因素对吸附行为的影响,并用均方根涨落确定了带电粒子在熔滴上的吸附量。结果表明,电子能够较稳定地被吸附在聚丙烯熔滴上,并且吸附量比阴离子和阳离子都大。这说明聚丙烯熔体对电子比对阴离子和阳离子具有更强的吸引作用。这些结果同时表明,电子在电场力中所产生的电场力能够较有效地传递给聚丙烯熔体,进而使熔体进行运动和发生变形。另外,上述结果也更进一步地增加了熔体静电纺丝的电场力源于喷头金属表面逸出的电子的可能性。(3)为了构建聚丙烯的可极化粗粒度模型,提出了一种新的确定粗粒度模型对势相互作用参数的方法。该方法以不同温度下的密度作为参考,因此能确保所得参数具有较好的温度可迁移性。为了研究熔体静电纺丝的微观过程,利用此方法在现有的聚丙烯粗粒度模型基础上,首先构建了聚丙烯的温度可迁移粗粒度模型,然后进一步构建了聚丙烯的可极化粗粒度模型。通过实验数据对所构建的模型进行了验证,验证结果表明该模型具有较好的准确性和温度可迁移性,能够描述聚丙烯的密度和介电响应行为对温度的依赖关系。该模型不仅可应用于研究熔体静电纺丝的分子动力学行为,还能用来探索聚丙烯在强电场中的电流变学行为以及电致响应行为。(4)基于聚丙烯可极化粗粒度模型,模拟研究了电场驱动作用下电子在聚丙烯熔体中的扩散和迁移行为。结果表明,在不施加电场的情况下,电子在聚丙烯熔体中的扩散系数与聚丙烯基本相同。在施加电场之后,电子在矩形熔体中的迁移速率仍然很慢。这表明电子在聚丙烯熔体中,受高分子链的吸引和束缚作用较强,电子难于与聚合物分子发生相对运动。在纳米流体中这种束缚作用能够得到一定程度的削弱。这些结果进一步说明,在熔体静电纺丝过程中电场较难使电子向熔体表面聚集。