Previsão de desempenho e análise da relação estrutura-propriedade de poliuretanos Diels-Alder baseada em mineração de dados e construção hierárquica de características com conhecimento do domínio

Jun-jie Yuanli ,  

Xiao-tian Chen ,  

Zheng-wei You ,  

摘要

Os elastômeros de poliuretano contendo ligações covalentes dinâmicas de Diels-Alder (DA) apresentam excelentes propriedades mecânicas e capacidade térmica reversível de auto-reparação, sendo uma importante área de pesquisa no campo dos elastômeros auto-reparáveis. Este trabalho, baseado em um método orientado por dados da literatura, investiga a relação estrutura-propriedade para três propriedades do poliuretano DA (DAPU): resistência à tração, alongamento na ruptura e eficiência de cura. Através de uma seleção sistemática de dados de formulação e desempenho na literatura relevante, foi construído um sistema de parâmetros que abrange três níveis: composição, características químicas e mecanismos estruturais. Posteriormente, foram selecionados regressão por vetor de suporte (SVR), aumento de gradiente extremo (XGBoost) e regressão de processo gaussiano (GPR) para estabelecer modelos quantitativos analíticos para as três propriedades, com coeficientes de determinação (R²) de 0,76, 0,66 e 0,81, respectivamente. Os resultados mostram que o sistema de características construído representa bem a relação entre as principais variáveis estruturais e as propriedades dos elastômeros DAPU. A análise SHapley Additive exPlanations (SHAP) indicou ainda que a cristalinidade do segmento macio e o peso molecular do segmento macio são os parâmetros mais críticos que influenciam a resistência mecânica e a eficiência de cura, o teor do monômero funcional DA é a variável chave para controlar a ductilidade, e as três propriedades apresentam uma relação complexa e não monótona. Estes resultados podem servir como referência para uma compreensão mais profunda da relação estrutura-propriedade dos elastômeros DAPU e orientar o desenvolvimento de formulações.

关键词

poliuretano; ligação dinâmica Diels-Alder; elastômero auto-reparável; aprendizado de máquina; relação estrutura-propriedade; orientado por dados

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