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, 王学磊3, 师伟3&&&&
1. 华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室 北京 102206;2. 华北电力大学 高电压与电磁兼容北京市重点实验室 北京 102206;3. 山东大学电气工程学院 济南 250061
基金项目: 国家自然科学基金国际重点合作项目(基金号)、国家自然科学基金项目(基金号)和北京市自然科学基金(基金号3142018)资助项目.
通讯联系人，E-mail: lqmeee@
摘要: 以PU改性乙烯基树脂(polyurethane/vinyl ester resin, PU/VER)为研究对象,通过反应分子动力学(reactive force field, ReaxFF)力场仿真分析,从原子层面揭示其在不同反应温度下的高温裂解微观特性.对含有1395个原子的体系进行仿真计算,该体系以不同的速度升温至 K的反应温度.结果表明,PU改性所产生的O—O键最先断裂,将含C—N键的支链部分与主链分开;主链中氧桥键O—C在支链上C—N键断裂之后发生的断裂是乙烯基树脂主链断裂的主要原因,由此引发的链式反应最终导致高分子链解聚;位于主链端部的乙烯基(H2C=CH—)由于碳碳双键的解离能较高,其在3种主要的热解产物H2、CO2和C2H2的生成过程中均有参与.本文采用ReaxFF动力学方法模拟得到的小分子气体产物及其生成路径与实际试验结果相一致,这说明ReaxFF动力学方法是一种阐释有机高分子化合物热解化学反应机理的有效方法.
风机叶片&&&&PU改性乙烯基树脂&&&&高温裂解&&&&ReaxFF&&&&反应分子动力&&&&
ReaxFF-based Reactive Molecular Dynamics Simulation of Pyrolysis of Polyurethane/Vinyl Ester Resin Used for Wind Turbine Blades
Xu-wei Huang1, 2, Xu Lu1, 2, Shuai Han3, Qing-min Li1, 2
, Xue-lei Wang3, Wei Shi3&&&&
1. State Key Lab of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Beijing 102206;2. Beijing Key Lab of HV and EMC, North China Electric Power University, Beijing 102206;3. School of Electrical Engineering, Shandong University, Jinan 250061
Abstract: Reactive force field (ReaxFF) molecular dynamics simulation was adopted to study the pyrolysis mechanism of polyurethane/vinyl ester resin (PU/VER) at an atomic level.The reaction systems,containing 1395 atoms,were simulated at various heating rates and temperatures,ranging from 100 K/ps to 500 K/ps and 2800 K to 4800 K respectively.The relevance between the simulation results and the experimental observations was also discussed.In the pyrolysis process,due to the initial dissociation of the PU-modified O—O bonds,the branched chains including C—N were separated from the main chains.Then the oxygen-bridge bonds in the main chains broke subsequently,which presented the primary cause of vinyl resin main-chain scission.Hence,the consecutive chain reaction would ultimately lead to the de-polymerization of the entire polymer structure.Because of intensive activity of the carbon-carbon double bonds,the vinyl (H2C=CH—) at the end of PU/VER main chains was involved in the generation process of the final three dominant products,including hydrogen (H2),carbon dioxide (CO2) and acetylene (C2H2).Furthermore,the primary products and the corresponding generation paths of PU/VER pyrolysis extracted from the ReaxFF simulations coincided well with the experimental observations.The proposed research demonstrates that,the ReaxFF-based simulation methodology can provide deep insight into the chemical reaction mechanisms in polymer pyrolysis.
Key words:
Wind turbine blades&&&&Polyurethane/Vinyl Ester Resin&&&&High temperature pyrolysis&&&&ReaxFF&&&&Reactive molecular dynamics&&&&
乙烯基树脂(vinyl ester resins，VER)兼有环氧树脂和不饱和聚酯的最佳性能，已经被广泛用作热固性基质[, , , , , , , ].未来一段时间内，乙烯基树脂将会逐渐取代目前广泛使用的环氧树脂成为风机叶片主要树脂材料[].而由于大型风力发电机组叶片巨大，且一般安装于开阔的平原、山地或者海上，风力发电机组叶片遭受雷击的概率较大[, , ].这对风力发电的安全运行造成的很大威胁.在雷击风机叶片时，瞬时强电流使得其材料内部空隙电场增强，引发介质雪崩式电离形成等离子放电通道，而放电通道的温度会在波头时间(1~5 μs)内迅速升高至数千摄氏度，从而使叶片材料迅速热解，出现材料破裂，进而发生风力发电机组事故.
雷击风机叶片导致的乙烯基树脂热解是一个复杂的过程，其放电通道内急剧升高的温度必定导致乙烯基树脂发生剧烈的热解反应.因而鉴于实验技术的局限性，乙烯基树脂高温热解的微观动力学过程很难从实验结果直接得到，人们对其微观机制的认识有待提高.幸运的是，随着计算机技术的迅速发展，计算机模拟已经成为了研究各种复杂体系热力学和微观动力学行为的重要手段.因为该化学反应是在不断发生的，这就需要选用一种可以动态处理键断裂和形成的模拟方法.虽然量子化学等模拟方法一直都被用于研究化学反应[]，但由于量子力学仅适用于模拟原子数小于100的反应体系，对于包含上千原子的乙烯基树脂体系需要极大的运算量，这明显是不现实的.由van Duin等提出的反应动力学力场ReaxFF(reactive force field)[]结合了量子化学和分子力学方法的优势，有效地实现了动态的键断裂和形成，已成功地应用于研究大量化学反应，例如烃化物的氧化[]等碳氢化合物反应，硼烷氨脱氢和燃烧[]，高能晶体冲击下的引爆等高能物质的化学反应[, , , ]，BiMoO等金属氧化物的相关反应[, , , ]，过渡金属催化形成碳纳米管反应[]，锂硫电池电解液中Teflon材料的电解反应[]，高分子化合物的热解反应[, , , ]，尤其是Diao[]等对环氧树脂等材料的热解反应模拟得到实验验证，证明了ReaxFF模拟方法对树脂类高分子有机物高温裂解在分子层面的研究是有效的.虽然利用ReaxFF方法对于常规分子动力学模拟的时间尺度仅限于亚纳秒范围内，但对研究乙烯基树脂的过程已经足够.
本文运用ReaxFF反应分子动力学方法模拟乙烯基树脂的高温热解反应，通过对初期裂解反应机制、裂解过程中动态反应产物及主要最终产物的形成路径进行分析，从微观层面揭示了乙烯基树脂在大陡度高温条件下的裂解过程，厘清了雷击风机叶片导致的乙烯基树脂材料劣化机理.
反应力场与模拟
ReaxFF反应力场
2001年，Adri van Duin等提出的反应动力学力场ReaxFF[]与传统的反应力场不同，是基于键级(bond order，BO)和键距(bond distance，BD)以及键级(BO)与能量(energy)的关系，以确定当前时刻任意两原子间的连接性，表征原子间化学键的断裂和形成[].
设当前时刻两原子间距为rij，则该两原子之间未矫正的键级如式(1)所示.
其中，r0σ,r0π,r0ππ为原子参数，pbo为键参数.在此基础上，ReaxFF对过配位的情况进行矫正，得到了矫正后的键级BOij.根据键级BOij的不同，ReaxFF反应力场将两原子的关系分为3种情况[]：(1)小于0.15 nm时σ键形成，大0.25 nm 时σ键断裂；(2)小于0.12 nm时第一个π键形成，大于0.175 nm时第一个π键断裂；(3)小于0.1 nm时第二个π键形成，大于0.14 nm时第二个π键断裂.
基于当前时刻原子间的能量，计算下一时刻两原子间的距离，并由此计算出下一时刻两原子之间的连接情况.ReaxFF定义了键级函数，以表征原子间相互作用的能量，其势能函数的表达式如式(2)所示.
ReaxFF在原有键级表达式的基础上，利用中心原子过配位的函数对键级进行矫正，使用矫正后的BOij函数，得到两原子间键能表达式，如式(3)所示.
其中De,pbond均为键参数.
键角能量项Eval，Epen
在ReaxFF中，键角能量Eval同时表现为如式(4)所示的键级函数.
其中，Δj为配位数，Θ0为平衡键角，取决于π键键级总和，Θijk为原子间键角，pval为键角参数.
为处理键角中心原子两边各连2个双键的情况，ReaxFF中加入键角能量惩罚项Epen.
其中，ppen为键角参数.
另外，ReaxFF力场还将四体共轭项Etors、Econj，能量矫正项Eover、Eunder以及非键互相作用EvdWaals、Ecoulomb纳入了势能函数.
根据原子间的相互作用能量，ReaxFF可通过计算下一时刻两原子的间距rij进一步计算键级BOij，并判断原子间的连接情况.如此循环迭代，实现对化学反应过程的模拟.
目前关于风机叶片新材料的研究，主要针对以乙烯基树脂作为主体树脂材料[]，而图1所示的PU改性乙烯基树脂(polyurethane/vinyl ester resin，PU/VER)材料通过氨基甲酸酯(如TDI)对环氧乙烯基树脂改性而成，兼有链内不饱和性和链端不饱和性，具有优异的耐腐蚀性、柔韧性和良好工艺性[]，并与纤维有较高的相容性，在风机叶片的制造、应用方面优势明显，因此本文将其作为乙烯基树脂的分子结构进行仿真研究.
Fig. 1 Molecular structure of polyurethane/vinyl ester resin (PU/VER)
根据其分子结构图，本文利用反应分子动力学计算软件ADF构建了三维分子模型.为确定选用的乙烯基树脂聚合度，本文对不同聚合度n值的结构模型进行了测试，发现在大体系热解模拟过程中反应受n值的影响较小，可予忽略.考虑到计算速度，本文选用n=1时的分子进行模拟仿真，其模型如图2所示.
Fig. 2 Preparation of the PU/VER structure
为表征PU/VER材料的热解过程，本文采用Amsterdam Density Functional(ADF)分子模拟软件对具有15个PU/VER分子链、尺寸为4 nm×
4 nm×4 nm的多分子周期性元胞进行建模，如图2所示.然后采用ADF软件中的ReaxFF模块进行反应分子动力学模拟计算，所用的ReaxFF力场参数是根据文献[, , ]从量子力学数据导出.从模型中可以观察到，结构中主要有C—C、CC、C—O、CO、C—N等键，涵括16种共价键类型、38种价角度类型、31种扭转角类型及4种氢键类型.相关键的解离能BDEs(bond dissociation energies)如表1所示[].
Table 1 Bond dissociation energies (BDEs) of some bonds of C—O,C—N and C—C
The broken bonds
BDEs (kJ/mol)
CH3O—OCH3
157.17±8.36
358.23±2.09
CH3—OC(O)H
CH3—CH2OH
364.60±4.18
HOCH2—C(O)OH
371.18±5.43
CH2CHC(O)—OCH3
411.31±8.36
C2H3—C6H5
481.54±5.43
采用ADF软件中的ReaxFF力场计算模块[]对PU/VER模型进行动力学模拟.为模拟雷击过程中乙烯基树脂的高温热解过程，首先对体系模型进行了从ps级到μs级的模拟计算，发现在大约90 ps之后，热解反应趋于稳定，其体系总分子数及主要产物数量基本不变(如图3所示)，于是本文的模拟时长选用90 ps.由于雷击风机叶片产生的瞬时高温不是一个恒定值，同时其升温速度也与环境、雷击角度等具体情况相关[]，故本文选用、和4800 K作为不同的反应温度，并讨论了3800 K时100、250和500 K/ps的升温速度对PU/VER热解反应的影响.
Fig. 3 Number of fragment in the long-term MD
对构建好的模拟体系，经过4步模拟操作：(1)首先对初始构建的元胞能量最小化(energy minimization)计算；(2)几何优化后的反应周期性元胞在常温(300 K)下进行基于NPT(粒子数、压力和温度恒定)系综的分子动力学优化操作(adjust density and temperature)，持续时间20 ps；(3)利用前述满足要求的ReaxFF力场分别将NPT优化后反应体系于300 K时进行10 ps的NVT(粒子数、体积和温度恒定)平衡优化(Equilibration)使之达到平衡；(4)最后使平衡体系进行90 ps的NVT升温热解模拟，该过程中对升温速率为500 K/ps，温度从300 K分别升高至、和4800 K，同样分别以100、250和500 K/ps的升温速度从300 K升高至3800 K的反应过程进行模拟.为研究高温裂解反应中产物的生成情况和路径，本文进行的NVT反应动力学模拟，计算设置温度控制参数为0.1 ps. 经计算，预设条件下体系反应时间尺度为3.08×10-14s，为满足仿真计算精度要求，选用无量纲步长典型值Δt=0.005，则此时步长计算值为1.54×10-16 s＝0.154 fs,为此，设置时间步长为0.1 fs[]，并每隔200 fs记录实时的体系状态，运动方程数值积分采用Verlet算法，体系的温度控制采用Berendsen热浴法[, ].
Fig. 4 Main reaction pathways in the process of the initial stages
模拟结果和讨论
初始裂解反应机理
通过对模型化合物模拟初始阶段(即反应开始到PU/VER分子主链开始断裂)生成产物、反应路径进行统计分析，结果表明，模拟初期，在热场应力的作用下，体系中各原子运动加剧，整个分子链出现扭动，但短时间内由于自身化学键的束缚各原子无法脱离；随着模拟进程的推进和温度条件的提高，PU/VER分子中改性支链与树脂主链之间的氧—氧键(O—O)由于解离能(表1所示)较低，首先发生断裂(图4中S1所示)但由于是发生在改性支链，未影响分子聚合度；随着反应体系中能量的逐渐累积，并伴随着化学键的多次断裂、重连，之后在4 ps左右，主链开始发生首次断裂，统计4次模拟中各分子的反应结果发现，主链初次断键的类型主要是主链内部的醚键
(—C—O—C—)、含氧桥键(—O—C—C—)，而这也契合了其解离能较低的特点，所引发的反应主要如图4中S2-P1、S2-P2、S2-P3和S2-P4所示.虽然P2和P4反应都涉及醚键(—C—O—C—)断裂，但由于P4中醚键上的C原子一侧存在羰基结构(—CO)，碳氧双键上的氧原子电负性较大，吸引电子能力较强，致使该处醚键较弱，更易断裂.Regnie等[]对乙烯基酯预聚物进行Py-GC/MS试验，发现其高分子链是从端基或内部的活性中心开始，逐渐产生单体或发生解聚，并在热解过程中从侧链往分子内发生链式反应与本文模拟初始裂解结果相符，同时，也说明在反应模拟过程中高分子聚合度n的取值与反应过程没有强关联性.经过主链及支链裂解反应中生成的小分子自由基，如C3H3O2·、C6H7O3·、C5H6O32·和C3H3O·等继续参与反应，使PU/VER分子按链式反应形式逐渐热解，最终导致材料劣化失效，造成风机叶片的严重雷击事故.综上对PU/VER分子高温下初始裂解过程的分析表明，改性结构的氧氧键(O—O)最容易断裂，而主链上首先发生断裂的是主链内部的醚键(C—O—C)或者含氧桥键(—O—C—C—)断裂，是引起主链断裂的主要原因.
大体系裂解微观过程分析
为了研究不同温度条件下PU/VER分子的整个裂解过程，本文对含有15个PU改性的乙烯基树脂的反应体系按500 K/ps的升温速率，从300 K分别升温至、和4800 K，并在该温度下进行90 ps模拟.随着温度的升高各小分子含量出现了明显的增加，其中H2O、H2、C2H2含量的差异相对更加明显，如图5所示.在2800 K时，H2O和H2含量均在10以下，而当温度提高，上述二者含量均有提高，但H2含量到达最大值40个左右后便出现饱和.在各温度下CO2的初始产生状况相似，在反应过程中，PU/VER分子由于弱键(O—O)的存在，在2 ps之前发生裂解，随后的支链结构由于C—N键断裂紧随着分解生成CO2，可认为这是反应中CO2最早的生成途径.CO2在各温度下的最大值均为50个左右，其中稍低温时，含量达到饱和，但4800 K时，CO2在高温情况下分解，这使得其在后期含量减少，这与文献[]中对双酚A乙烯基树脂的Py-GC/MS热重实验测得结果基本符合.而就乙炔(C2H2)而言，在各温度下初始生成时间均为7 ps左右，但其最终含量却受温度影响比较大：在2800 K时的含量较低，仅为10以下；3300 K时，含量达30个左右，这与体系中端部的乙烯基数量(15×2)相符；随着温度升高，其含量出现大幅度提升，在3800 K出现一个陡升现象，可认为此时突破了苯环共轭键可承受的热作用极限，单双键交替的结构受热断裂，形成大量的的CC结构，模拟结束时C2H2含量跃升至60左右，C2H2开始成为最主要的热解产物，在4800 K时由于苯环的共轭体系遭到大量破坏，导致C2H2最大值达到约90个之多.
Fig. 5 Species analyses for the decomposition of PU/VER molecule heated to 00,4300 and 4800 K at a rate of 500 K/ps
为研究升温速率对PU/VER材料高温裂解的影响，本文将反应体系从300 K分别以100、250和500 K/ps的升温速度升至3800 K，然后保持该温度进行模拟直到90 ps模拟结束.模拟结果表明，随着升温速度的提高，PU/VER分子热解反应的相应速度加快，如图6所示.将最早的小分子产物CO2的第二次生成作为响应标志，统计发现：当升温速度为100、250和500 K/ps时的响应时间分别大约为16.9、13.2和11.4 ps，这说明提高升温速度会缩短热解反应的引发时间.而从图6中可以观察到CO2等小分子产物的生成随着升温速度的提高而更早达到饱和，最终产物的数量没有特别明显的增加，这说明在温度一定时升温速度对反应的进一步发展没有明显积极作用，化学键的断裂主要依赖于系统所处的环境温度，由于在NVT系综中温度与系统总能量是正相关的[]，这说明系统能量决定了键的断裂和生成.
Fig. 6 Species analyses for the decomposition of PU/VER molecule heated from 300 K to 3800 K at various heating rates: 100,250 and 500 K/ps
乙烯基树脂高温裂解主要产物的生成机理
相对于环氧树脂，乙烯基树脂最大的特点是用活性更强的乙烯基取代了传统环氧树脂主链端部的环氧醚，将环氧醚中的O原子转移到临位碳原子上构成CO键从而形成乙酸甲酯基(—C(O)—O—C—)，并在端部形成碳碳双键的乙烯基(—CC—)结构.与文献[]中对环氧树脂高温裂解模拟相比，本文对乙烯基树脂的模拟更是明显体现了上述的区别，对3800 K下的热解模拟统计分析可以得到：在反应过程中，最多产生了25个丙烯酸基(C3H3O2·)及5个丙烯醛基(C3H3O·)结构(如图5(c)所示)，这与反应体系中2×15个端部乙烯基及乙酸甲酯基结构的数量吻合.在进一步的热解反应中，该结构参与了乙烯基树脂热解最主要的3种小分子气体终产物(CO2、H2和C2H2，如图7所示)的部分生成过程.由于该结构处于高分子链的端部，其较强的活性既能积极参与反应又不影响分子聚合度，有利于进行固化等处理.
Fig. 7 The proportion of products in 90 ps
为了揭示PU/VER模型受热裂解过程的微观动态反应路径和产物形成机理，对3800 K下C2H2、CO2和H2的生成过程进行进一步分析研究.通过元素标记示踪法跟踪反应过程，观察到CO2主要有两个来源，由于主链和支链间的O—O键的解离能很低，C37H42N2O12首先分解为支链部分C10H11N2O4和主链部分C27H31O8：支链部分C10H11N2O4上与主链临近的碳氮键(C—N)发生断裂，最早产生热解的小分子产物CO2，之后产生的类甲基(5-氨基-2-甲基苯基)氨基甲酸碎片(C9H11N2O2)在C—N键处发生断裂，生成的C2H3O2再经过C—O键的断裂生成CO2，这是其主要的来源；主链部分C27H31O8上类乙酸甲酯碎片(—C(O)—O—C—)中醚键(—C—O—C—)断裂生成类丙烯酸碎片(C3H3O2·)，并最终裂解生成CO2和C2H3碎片.其中来自主链部分的CO2的生成路径如图8所示，高亮部分为形成CO2的C、O原子.
Fig. 8 Formation path of CO2 molecule in the main chains: (a) 0 ps,(b) 2.5 ps,(c) 7.2 ps and (d) 14.2 ps
作为PU/VER分子热解的另一个主要产物，本文同样利用元素标记示踪法跟踪H2的生成过程，其主要生成方式如图9所示，其中图9(a)分子间或者分子内脱氢反应；图9(b)氢自由基的夺氢反应，该氢自由基主要是苯环及与之相邻的碳氢键(—CH—)在高温下脱氢生成，统计发现氢自由基的含量决定H2的含量，随着温度的升高，氢自由基含量升高，H2含量也随之升高(见图10)，这与Diao等[]得出的结果相似.
Fig. 9 The main pathways of formation of H2: (a) inter-or intra-molecular dehydrogenation and (b) hydrogen abstraction by hydrogen radical
Fig. 10 Time evolutions of H2 molecules and H-radicals for various temperatures at a rate of 500 K/ps: (a)2800 K,(b)3800 K and (c)4800 K
相对于H2和CO2，C2H2随着温度升高含量变化更加明显(如图5).利用元素标记示踪法，标记3800 K时C2H2的产生过程，得到2种C2H2主要来源(如图11(a)所示)：(1)苯环上的碳碳键，(2)主链端部的乙烯基.其中由于来自端部乙烯基的存在，乙烯基树脂热解产生的C2H2数量比环氧树脂多，这是系统能量不足以导致苯环共轭键断裂时C2H2的主要来源，其主要路径是：在前述的初始引发链式反应后，端部(如图12(a))从主链脱落，生成类丙烯酸碎片(C3H3O2·)(如图12(b))，随后在高温作用下的类醋酸基小分子(—O(O)C—)脱落，C—O单键上的氧原子所带电子与C—C键断裂后C原子所带电子形成羰基(CO)生成CO2，同时生成乙烯基碎片(C2H3·)(如图9(c))，在高温下氢自由基作用于
乙烯基碎片夺取氢原子生成氢气，并使2个碳原子(·CHHC·)所带电子结合形成CC生成乙炔(C2H2)和氢气(H2)(如图12(d)~12(e)).
Fig. 11 The C2H2 molecules and their sources: (a) sources and (b) C2H2 molecules
Fig. 12 Formation path of C2H2 and H2 molecules:
(a) 4.6 ps,(b) 7.5 ps,(c)14.6 ps,(d) 16.2
ps and (e) 19 ps
雷击风机叶片树脂高温裂解微观机理
通过对PU改性的乙烯基树脂模型进行不同温度下的高温裂解反应分子动力学模拟，分析了风机叶片在遭受雷击急剧升温时树脂材料的微观动态反应路径及裂解反应主要产物的形成机理，得到强雷击时风机叶片高温裂解的微观机理如下：高电压大电流的雷电直击风机叶片，在
叶片材料内部迅速产生数千度的高温，致使叶片树脂材
料PU/VER分子主链与改性支链首先分离，随后主链上端部醚键(—C—O—C—)和含氧桥键(—O—C—C—)断裂，使得主链分子上的π-π、π-ｐ等共轭体系遭到破坏，随之产生的自由基碎片引发主链发生链式反应，导致分子聚合度减小，并生成CO2、H2、C2H2等小分子气体挥发，使该乙烯基树脂材料内部逐步产生空隙，增加叶片材料内部压力，影响其机械强度，直到最后断裂.这种高温热解在雷电冲击下不一定会使树脂材料发生断裂，但产生的空隙会大大减小其机械强度，缩短风机叶片寿命；而热解产生的气体在空隙中积聚，导致叶片树脂材料内部的压强急剧升高也是其发生爆裂的重要原因，这与文献[]中对雷击风机叶片事故的现象吻相合.
本文选取PU/VER模型利用反应分子动力学ReaxFF力场方法模拟非交联乙烯基树脂在瞬间高温作用下的裂解特性，以此阐释风机叶片树脂材料遭受雷击瞬间受热劣化原子层面的微观机理，结果表明：
PU/VER分子改性环节支链首先发生断裂，而其主链热解反应由醚键(—C—O—C—)和含氧桥键(—O—C—C—)的断裂引发，随之发生的链式反应导致主链解裂.
CO2、H2和C2H2是PU/VER高温裂解主要小分子产物，温度对热解过程和反应产物有较大的影响.CO2从支链最先析出，热作用产生的氢自由基的夺氢反应促使H2析出，高温时在氢自由基的作用下夺取乙烯基上的氢，致使得到的(·CHHC·)结构孤对电子结合成碳碳三键(CC)，并随之产生C2H2；随着温度升高，苯环上共轭结构破坏大量析出C2H2，使其生成量有大幅增加.
雷击风机叶片树脂材料产生瞬时高温高分子聚合度降低，影响其机械强度；产生的大量小分子气体产物，大幅增加叶片内部的压强，最终导致风机叶片受力断裂或者爆裂事故发生.
ReaxFF反应动力学模拟结果和实验结果基本一致说明该方法为从分子上研究高分子有机物的高温热解反应提供了一种有效的途径.
本文的研究从微观层面阐释了雷击风机叶片时树脂材料的劣化机理，对风力发电机防雷研究具有一定的参考意义.
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