升温过程中水在矿物油和纤维素界面扩散和聚集行为的分子模拟

受取样及测量等技术手段的限制,水分在油纸界面的迁移和聚集行为缺乏深入的研究.本文从分子层面对升温过程中水在矿物油与纤维素界面的迁移和聚集行为进行研究.建立了105原子量级的矿物油与纤维素复合介质模型,对其从293 K升温到353 K的过程进行了模拟,计算分析了水分子的聚集状态、扩散系数、自由体积和径向分布函数,并比较了电场和温度场在此过程中的作用.研究结果表明,当纤维素中水分含量超过4％时,快速升温会导致水分子在油纸界面通过分子间氢键作用聚集成水分子簇,形成局部液态水;当水分含量超过5％时,则会形成较大的液态水分区.电场的极化作用加强了水分子间的氢键作用力,增加了高水分区出现的概率,减少了水分子的扩散系数和自由体积,并使其扩散系数呈现各向异性.