JP2020027402A - Method for creating polymer material model, method for simulating polymer material, and method for manufacturing polymer material - Google Patents

Method for creating polymer material model, method for simulating polymer material, and method for manufacturing polymer material Download PDF

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Abstract

To create a polymer material model capable of reproducing the cross-linked dense structure.SOLUTION: This is a method for creating, using a computer, a polymer material model for numerical analysis of polymer material in which molecular chains are crosslinked. This creating method comprises: a step of inputting, to a computer, a molecular chain model obtained by connecting a plurality of particle models based on the structure of the molecular chain; a step of defining the plurality of molecular chain models inside a cell which is a virtual space corresponding to a part of the polymer material; a step S82 of dividing the inside of the cell into a plurality of regions; a step S83 of setting mutually different cross-link densities in the respective regions; and a step S84 of setting, by the computer, a cross-linking point where a pair of the particle model of molecular chain models are connected to each other. The step S84 of setting the cross-linking point includes a step of setting more cross-linking points in a region having a higher cross-link density based on the cross-link density.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、コンピュータによる数値解析に用いることが可能な高分子材料モデルを作成するための方法などに関する。   The present invention relates to a method for creating a polymer material model that can be used for numerical analysis by a computer, and the like.

近年、加硫ゴム等の高分子材料の開発のために、高分子材料の性質を、コンピュータを用いて評価するためのシミュレーション方法(数値計算)が種々提案されている。この種の方法では、数値計算を行うのに先立ち、高分子材料モデルが作成される。   In recent years, for the development of polymer materials such as vulcanized rubber, various simulation methods (numerical calculations) for evaluating the properties of the polymer materials using a computer have been proposed. In this type of method, a polymer material model is created before performing a numerical calculation.

下記特許文献1は、高分子材料モデルの作成方法を提案している。この方法では、高分子材料の高分子鎖を、複数の粗視化粒子を用いてモデル化した粗視化モデルが設定され、次に、予め定められた空間内に、粗視化モデルが配置される。これにより、高分子材料モデルが設定される。   Patent Document 1 listed below proposes a method for creating a polymer material model. In this method, a coarse-grained model obtained by modeling a polymer chain of a polymer material using a plurality of coarse-grained particles is set, and then the coarse-grained model is arranged in a predetermined space. Is done. Thereby, a polymer material model is set.

特開2017−224202号公報JP 2017-224202 A

一般に、加硫ゴム等の分子鎖同士が架橋した高分子材料には、架橋密度が高い部分と低い部分とが混在する、いわゆる架橋の疎密構造が存在することが知られている。このような架橋の疎密構造は、高分子材料の物性に影響する。   In general, it is known that a polymer material in which molecular chains such as vulcanized rubber are crosslinked has a so-called crosslinked dense / dense structure in which a portion having a high crosslinking density and a portion having a low crosslinking density are mixed. Such a cross-linked dense structure affects the physical properties of the polymer material.

しかしながら、上記特許文献1の方法では、架橋の疎密構造が考慮されていないため、上記手順には改善の余地があった。   However, in the method of Patent Document 1, there is room for improvement in the above-described procedure because the density of cross-links is not considered.

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、架橋の疎密構造を再現可能な高分子材料モデルの作成方法などを提供することを主たる目的としている。   The present invention has been devised in view of the above situation, and has as its main object to provide a method for creating a polymer material model capable of reproducing a dense and cross-linked structure.

本発明は、分子鎖が架橋した高分子材料の数値解析用の高分子材料モデルを、コンピュータを用いて作成するための方法であって、前記分子鎖の構造に基づいて、複数の粒子モデルを連結した分子鎖モデルを、前記コンピュータに入力する工程と、前記高分子材料の一部に対応する仮想空間であるセルの内部に、複数の前記分子鎖モデルを定義する工程と、前記セルの内部を、複数の領域に区分する工程と、前記各領域に、互いに異なる架橋密度をそれぞれ設定する工程と、前記各領域において、前記コンピュータが、一対の前記分子鎖モデルの前記粒子モデルを互いに結合した架橋点を設定する工程とを含み、前記架橋点を設定する工程は、前記架橋密度に基づいて、前記架橋密度が大きい領域ほど、多くの前記架橋点を設定する工程を含むことを特徴とする。   The present invention is a method for creating, using a computer, a polymer material model for numerical analysis of a polymer material in which a molecular chain is crosslinked, and a plurality of particle models based on the structure of the molecular chain. Inputting the connected molecular chain model to the computer; defining a plurality of the molecular chain models in a cell which is a virtual space corresponding to a part of the polymer material; and Is divided into a plurality of regions, and the steps of setting different crosslinking densities in the respective regions, and in each of the regions, the computer couples the particle models of the pair of molecular chain models to each other. Setting a cross-linking point, the step of setting the cross-linking point includes a step of setting more cross-linking points in a region where the cross-linking density is higher based on the cross-linking density. It is characterized in.

本発明に係る前記高分子材料モデルの作成方法において、前記領域を区分する工程は、3種類の前記領域に区分する工程を含んでもよい。   In the method of creating a polymer material model according to the present invention, the step of dividing the region may include a step of dividing the region into three types.

本発明に係る前記高分子材料モデルの作成方法において、前記架橋密度を設定する工程は、全ての領域の前記架橋密度の平均値が、前記高分子材料の架橋密度と等しくなるように、前記各領域の前記架橋密度を設定する工程を含んでもよい。   In the method for creating a polymer material model according to the present invention, the step of setting the crosslink density is such that an average value of the crosslink density of all regions is equal to the crosslink density of the polymer material. The method may include a step of setting the crosslink density of the region.

本発明に係る前記高分子材料モデルの作成方法において、前記高分子材料の不均一網目構造部分のサイズを測定する工程をさらに含み、前記領域を区分する工程は、前記不均一網目構造部分の前記サイズに基づいて、前記各領域の大きさを決定する工程を含んでもよい。   In the method of creating a polymer material model according to the present invention, the method further includes a step of measuring the size of the non-uniform network structure portion of the polymer material, the step of dividing the region, the step of the non-uniform network structure portion The method may include a step of determining the size of each of the regions based on the size.

本発明に係る前記高分子材料モデルの作成方法において、前記不均一網目構造部分の架橋密度を求める工程をさらに含み、前記架橋密度を設定する工程は、前記不均一網目構造部分の前記架橋密度に基づいて、前記各領域の前記架橋密度を決定する工程を含んでもよい。   In the method for creating a polymer material model according to the present invention, the method further includes a step of determining a crosslink density of the non-uniform network structure portion, wherein the step of setting the crosslink density includes: The method may include a step of determining the crosslink density of each of the regions based on the information.

本発明は、高分子材料のシミュレーション方法であって、請求項1乃至5のいずれかに記載の前記高分子材料モデルの変形を計算する工程と、前記変形の計算結果に基づいて、前記高分子材料の性能を評価する工程とを含むことを特徴とする。   The present invention is a method for simulating a polymer material, wherein the step of calculating a deformation of the polymer material model according to any one of claims 1 to 5, and the step of calculating the deformation of the polymer based on the calculation result of the deformation. Evaluating the performance of the material.

本発明は、高分子材料の製造方法であって、請求項6記載の前記シミュレーション方法において、前記性能が良好であると評価された前記高分子材料モデルに基づいて、前記高分子材料を製造する工程を含むことを特徴とする。   The present invention is a method for producing a polymer material, wherein in the simulation method according to claim 6, the polymer material is produced based on the polymer material model evaluated as having good performance. It is characterized by including a step.

本発明の高分子材料モデルの作成方法は、分子鎖の構造に基づいて、複数の粒子モデルを連結した分子鎖モデルを、コンピュータに入力する工程と、高分子材料の一部に対応する仮想空間であるセルの内部に、複数の前記分子鎖モデルを定義する工程とを含んでいる。   A method for creating a polymer material model according to the present invention includes the steps of: inputting a molecular chain model obtained by connecting a plurality of particle models to a computer based on the structure of the molecular chain; and a virtual space corresponding to a part of the polymer material. Defining a plurality of the molecular chain models inside the cell.

さらに、本発明の前記作成方法は、前記セルの内部を、複数の領域に区分する工程と、前記各領域に、互いに異なる架橋密度をそれぞれ設定する工程と、前記各領域において、前記コンピュータが、一対の前記分子鎖モデルの前記ポリマー粒子モデルを互いに結合した架橋点を設定する工程とを含んでいる。このような前記架橋点により、前記高分子材料モデルは、前記分子鎖が架橋した高分子材料を再現することができる。   Further, in the creation method of the present invention, the step of dividing the inside of the cell into a plurality of regions, the step of setting different cross-link densities to the respective regions, and the computer in each of the regions, Setting a cross-linking point where the polymer particle models of the pair of molecular chain models are connected to each other. With such a crosslinking point, the polymer material model can reproduce the polymer material in which the molecular chains are crosslinked.

前記架橋点を設定する工程は、前記架橋密度に基づいて、前記架橋密度が大きい領域ほど、多くの前記架橋点を設定する工程を含んでいる。これにより、本発明の前記作成方法は、前記領域ごとに、前記架橋点の数を異ならせることができるため、架橋密度の高い領域と低い領域とを設定することができる。したがって、架橋の疎密構造を再現した高分子材料モデルを作成することができる。   The step of setting the cross-linking point includes a step of setting more cross-linking points in a region having a higher cross-link density based on the cross-link density. Accordingly, in the production method of the present invention, the number of the cross-linking points can be different for each of the regions, so that a region having a high cross-link density and a region having a low cross-link density can be set. Therefore, it is possible to create a polymer material model that reproduces the dense / dense structure of the bridge.

また、前記高分子材料モデルが変形計算を行うシミュレーションに用いられることにより、前記架橋の疎密構造を考慮した高分子材料の粘弾性や破壊特性を評価するのに役立つ。   In addition, since the polymer material model is used in a simulation for performing a deformation calculation, the polymer material model is useful for evaluating the viscoelasticity and fracture characteristics of the polymer material in consideration of the dense / dense structure of the bridge.

高分子材料モデルの作成方法、及び、高分子材料のシミュレーション方法を実行するためのコンピュータの一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a computer for executing a method for creating a polymer material model and a method for simulating a polymer material. 高分子材料の一例を示す構造式である。2 is a structural formula showing an example of a polymer material. 高分子材料モデルの作成方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a method for creating a polymer material model. フィラーモデル、分子鎖モデル、及び、カップリング剤モデルが定義されたセルの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the cell in which the filler model, the molecular chain model, and the coupling agent model were defined. フィラーモデルのフィラー粒子モデルの拡大図である。It is an enlarged view of a filler particle model of a filler model. 分子鎖モデルの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of a molecular chain model. フィラーモデル、分子鎖モデル及びカップリング剤モデルのポテンシャルの一例を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining an example of the potential of a filler model, a molecular chain model, and a coupling agent model. (a)、(b)は、フィラーモデルと分子鎖モデルとを連結したカップリング剤モデルの一例を示す概念図である。(A), (b) is a conceptual diagram which shows an example of the coupling agent model which connected the filler model and the molecular chain model. 架橋点設定工程の処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the processing procedure of a bridge point setting process. 複数の領域に区分されたセルの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing an example of a cell divided into a plurality of fields. 架橋点が設定された第1領域の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing an example of the 1st field in which a bridge point was set. 高分子材料モデルのシミュレーション方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a simulation method of a polymer material model. (a)は、変形計算前の高分子材料モデルの一部を示す概念図、(b)は、変形計算後の高分子材料モデルの一部を示す概念図である。(A) is a conceptual diagram showing a part of the polymer material model before deformation calculation, and (b) is a conceptual diagram showing a part of the polymer material model after deformation calculation. 空孔を有する高分子材料モデルの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the polymer material model which has a hole. (a)は、実施例の架橋点を示す概念図、(b)は、比較例の架橋点を示す概念図である。(A) is a conceptual diagram showing a crosslinking point of an example, and (b) is a conceptual diagram showing a crosslinking point of a comparative example. 空孔の合計体積と、緩和時間との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between a total volume of holes and a relaxation time.

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態の高分子材料モデルの作成方法(以下、単に「作成方法」ということがある。)は、高分子材料の数値解析用の高分子材料モデルを、コンピュータを用いて作成するための方法である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The method for creating a polymer material model of the present embodiment (hereinafter, sometimes simply referred to as “creation method”) is a method for creating a polymer material model for numerical analysis of a polymer material using a computer. It is.

図1は、高分子材料モデルの作成方法、及び、高分子材料のシミュレーション方法を実行するためのコンピュータの一例を示す斜視図である。コンピュータ1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c、及び、ディスプレイ装置1dを含んでいる。本体1aには、例えば、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリ、磁気ディスクなどの記憶装置、及び、ディスクドライブ装置1a1、1a2が設けられている。記憶装置には、本実施形態の作成方法、及び、シミュレーション方法を実行するためのソフトウェア等が予め記憶されている。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of a computer for executing a method for creating a polymer material model and a method for simulating a polymer material. The computer 1 includes a main body 1a, a keyboard 1b, a mouse 1c, and a display device 1d. The main body 1a is provided with, for example, an arithmetic processing unit (CPU), a ROM, a working memory, a storage device such as a magnetic disk, and disk drive devices 1a1 and 1a2. The storage device stores in advance software and the like for executing the creation method and the simulation method of the present embodiment.

高分子材料は、分子鎖が架橋したものである。架橋は、互いに異なる分子鎖同士、あるいは、同一分子鎖において生じる。本実施形態の高分子材料は、架橋剤を含有している。高分子材料としては、例えば、ゴム、樹脂又はエラストマー等が含まれる。本実施形態では、cis-1,4ポリイソプレン(以下、単に「ポリイソプレン」ということがある。)が例示される。図2は、高分子材料の一例を示す構造式である。   The polymer material has a crosslinked molecular chain. Crosslinking occurs in mutually different molecular chains or in the same molecular chain. The polymer material of the present embodiment contains a crosslinking agent. Examples of the polymer material include rubber, resin, and elastomer. In the present embodiment, cis-1,4 polyisoprene (hereinafter, sometimes simply referred to as “polyisoprene”) is exemplified. FIG. 2 is a structural formula showing an example of a polymer material.

図2では、cis-1,4ポリイソプレン(以下、単に「ポリイソプレン」ということがある。)が例示される。ポリイソプレンを構成する分子鎖2は、メチン基等(例えば、−CH=、>C=)、メチレン基(−CH−)、及び、メチル基(−CH)によって構成されるイソプレンのモノマー(イソプレン分子)3が、重合度nで連結されて構成されている。架橋剤としては、例えば、モノスルフィド架橋、ジスルフィド架橋、又は、ポリスルフィド架橋を形成する硫黄や、パーオキサイド架橋を形成する有機過酸化物が例示される。 In FIG. 2, cis-1,4 polyisoprene (hereinafter sometimes simply referred to as “polyisoprene”) is exemplified. Molecular chain 2 constituting the polyisoprene methine group (e.g., -CH =,> C =) , methylene group (-CH 2 -), and a monomer isoprene constituted by a methyl group (-CH 3) (Isoprene molecules) 3 are connected at a degree of polymerization n. Examples of the crosslinking agent include, for example, sulfur that forms a monosulfide bridge, disulfide bridge, or polysulfide bridge, and organic peroxide that forms a peroxide bridge.

本実施形態の高分子材料は、フィラーと、フィラーに分子鎖を結合させるためのカップリング剤とをさらに含んでいる。フィラーとしては、シリカである場合が例示される。また、カップリング剤としては、シランカップリング剤(TESPD)である場合が例示される。   The polymer material of the present embodiment further includes a filler and a coupling agent for binding a molecular chain to the filler. Examples of the filler include silica. The case where the coupling agent is a silane coupling agent (TESPD) is exemplified.

図3は、高分子材料モデルの作成方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の作成方法では、先ず、高分子材料の一部に対応する仮想空間であるセル4が、コンピュータ1に入力される(工程S1)。図4は、フィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8が定義されたセル4の一例を示す概念図である。   FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a method for creating a polymer material model. In the creation method according to the present embodiment, first, the cell 4, which is a virtual space corresponding to a part of the polymer material, is input to the computer 1 (step S1). FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of the cell 4 in which the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 are defined.

セル4は、少なくとも互いに向き合う一対の面5、5、本実施形態では、互いに向き合う三対の面5、5を有しており、直方体又は立方体(本実施形態では、立方体)として定義されている。各面5、5には、周期境界条件が定義されている。このようなセル4が用いられることにより、後述の粗視化分子動力学計算において、例えば、後述の分子鎖モデル7について、一方側の面5aから出て行った分子鎖モデル7の一部が、他方側の面5bから入ってくるように計算することができる。従って、セル4は、一方側の面5aと、他方側の面5bとが連続している(繋がっている)ものとして取り扱うことができる。   The cell 4 has at least a pair of surfaces 5 and 5 facing each other, in this embodiment, three pairs of surfaces 5 and 5 facing each other, and is defined as a rectangular parallelepiped or a cube (in the present embodiment, a cube). . A periodic boundary condition is defined for each surface 5,5. By using such a cell 4, in the coarse-grained molecular dynamics calculation described later, for example, a part of the molecular chain model 7 that has gone out of the surface 5 a on one side is described. , Can be calculated so as to enter from the other surface 5b. Therefore, the cell 4 can be handled as if the one surface 5a and the other surface 5b are continuous (connected).

セル4の一辺の各長さL1は、適宜設定することができる。本実施形態の長さL1は、後述の分子鎖モデル7の拡がりを示す量である慣性半径(図示省略)の3倍以上が望ましい。これにより、セル4は、後述の粗視化分子動力学計算において、周期境界条件による自己のイメージとの衝突の発生を防いで、分子鎖モデル7の空間的拡がりを適切に計算することができる。また、セル4の大きさは、例えば1気圧で安定な体積に設定される。これにより、セル4は、解析対象の高分子材料の少なくとも一部の体積を定義することができる。セル4は、コンピュータ1に記憶される。   Each length L1 of one side of the cell 4 can be appropriately set. The length L1 of the present embodiment is desirably three times or more the radius of inertia (not shown) which is an amount indicating the expansion of the molecular chain model 7 described later. Thus, in the coarse-grained molecular dynamics calculation described later, the cell 4 can appropriately calculate the spatial spread of the molecular chain model 7 while preventing collision with its own image due to the periodic boundary condition. . The size of the cell 4 is set to a stable volume at, for example, 1 atmosphere. Thereby, the cell 4 can define the volume of at least a part of the polymer material to be analyzed. Cell 4 is stored in computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、セル4の内部に、フィラーをモデリングしたフィラーモデル6が定義される(工程S2)。本実施形態のフィラーモデル6は、セル4の内部で凝集した複数のフィラー粒子モデル11によって定義されている。本実施形態では、実際の高分子材料の電子線透過画像のフィラーの位置に基づいて、フィラー粒子モデル11が配置されている。これにより、フィラーモデル6は、実際のフィラーの形状を精度よく表現することができる。   Next, in the creation method of the present embodiment, a filler model 6 that models a filler is defined inside the cell 4 (step S2). The filler model 6 of the present embodiment is defined by a plurality of filler particle models 11 aggregated inside the cell 4. In the present embodiment, the filler particle model 11 is arranged based on the position of the filler in the electron beam transmission image of the actual polymer material. Thus, the filler model 6 can accurately represent the actual filler shape.

図5は、フィラーモデル6のフィラー粒子モデル11の拡大図である。各フィラー粒子モデル11は、複数の小粒子12を含んで構成されている。フィラー粒子モデル11には、隣接する小粒子12、12間の相対位置を固定する拘束条件が定義されてもよいし、隣接する小粒子12、12間を拘束する結合鎖モデル(図示省略)が定義されても良い。これにより、フィラーモデル6は、後述の粗視化分子動力学計算において、フィラー粒子モデル11の形状が維持され、フィラーモデル6の形状をフィラーに近似させることができる。   FIG. 5 is an enlarged view of the filler particle model 11 of the filler model 6. Each filler particle model 11 is configured to include a plurality of small particles 12. In the filler particle model 11, a constraint condition for fixing the relative position between the adjacent small particles 12, 12 may be defined, and a binding chain model (not shown) for restricting between the adjacent small particles 12, 12 may be defined. May be defined. Thereby, in the filler model 6, the shape of the filler particle model 11 is maintained in the coarse-grained molecular dynamics calculation described later, and the shape of the filler model 6 can be approximated to the filler.

小粒子12、12間を拘束する結合鎖モデル(図示省略)は、例えば、論文( Kurt Kremer & Gary S. Grest 著、「Dynamics of entangled linear polymer melts: A molecular-dynamics simulation」、J. Chem Phys. vol.92, No.8, 15 April 1990、p5057-5086)に記載されているLJポテンシャルとFENEポテンシャルとの和で定義することができる。また、ポテンシャルに定義される各定数については、上記論文に基づいて、適宜設定することができる。また、小粒子12は、粗視化分子動力学計算において、運動方程式の質点として取り扱われる。即ち、小粒子12には、質量、直径、電荷又は初期座標などのパラメータが定義される。フィラーモデル6は、コンピュータ1に記憶される。   For example, a binding chain model (not shown) constraining the small particles 12, 12 is described in a paper (Kurt Kremer & Gary S. Grest, "Dynamics of entangled linear polymer melts: A molecular-dynamics simulation", J. Chem Phys. vol.92, No.8, 15 April 1990, p5057-5086) and can be defined by the sum of the LJ potential and the FENE potential. Further, each constant defined for the potential can be appropriately set based on the above-mentioned paper. Further, the small particles 12 are treated as mass points of the equation of motion in the coarse-grained molecular dynamics calculation. That is, parameters such as mass, diameter, charge, or initial coordinates are defined for the small particles 12. The filler model 6 is stored in the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、セル4の内部に、分子鎖2をモデリングした分子鎖モデル7が定義される(工程S3)。図6は、分子鎖モデル7の一例を示す概念図である。   Next, in the creation method of the present embodiment, a molecular chain model 7 that models the molecular chain 2 is defined inside the cell 4 (step S3). FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of the molecular chain model 7.

工程S3では、先ず、図2に示した分子鎖2の構造に基づいて、複数の粒子モデル15を連結した分子鎖モデル7を、コンピュータ1に入力する工程が行われる。隣接する粒子モデル15、15は、結合鎖モデル16で連結されている。   In step S3, first, a step of inputting a molecular chain model 7 in which a plurality of particle models 15 are connected to the computer 1 based on the structure of the molecular chain 2 shown in FIG. Adjacent particle models 15 and 15 are connected by a binding chain model 16.

粒子モデル15は、分子鎖2のモノマー又はモノマーの一部分をなす構造単位を置換したものである。分子鎖2がポリイソプレンである場合には、上記論文に基づいて、例えば1.73個分のモノマー3(図2に示す)を構造単位として、1個の粒子モデル15に置換される。これにより、各分子鎖モデル7には、複数(例えば、10〜5000個)の粒子モデル15が設定される。粒子モデル15は、粗視化分子動力学計算において、運動方程式の質点として取り扱われる。即ち、粒子モデル15には、例えば、質量、直径、電荷又は初期座標などのパラメータが定義される。   The particle model 15 is obtained by substituting a monomer of the molecular chain 2 or a structural unit forming a part of the monomer. In the case where the molecular chain 2 is polyisoprene, it is replaced with one particle model 15 based on the above-mentioned paper, for example, using 1.73 monomers 3 (shown in FIG. 2) as a structural unit. Thereby, a plurality (for example, 10 to 5000) of particle models 15 are set in each molecular chain model 7. The particle model 15 is treated as a mass point of the equation of motion in the coarse-grained molecular dynamics calculation. That is, in the particle model 15, for example, parameters such as mass, diameter, charge, or initial coordinates are defined.

図7は、フィラーモデル6、分子鎖モデル7及びカップリング剤モデル8のポテンシャルの一例を説明する概念図である。結合鎖モデル16は、粒子モデル15、15間に、伸びきり長が設定されたポテンシャルP1によって定義される。ポテンシャルP1については、適宜定義することができる。ポテンシャルP1には、例えば、従来と同様に、LJポテンシャルとFENEポテンシャルとの和で定義することができる。ポテンシャルに定義される各定数については、上記論文に基づいて、適宜設定することができる。これにより、粒子モデル15が伸縮自在に拘束された直鎖状の分子鎖モデル7を定義することができる。分子鎖モデル7は、コンピュータ1に記憶される。   FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an example of the potential of the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8. The bond chain model 16 is defined by a potential P1 in which the extended length is set between the particle models 15, 15. The potential P1 can be appropriately defined. The potential P1 can be defined by, for example, the sum of the LJ potential and the FENE potential, as in the related art. Each constant defined for the potential can be appropriately set based on the above-mentioned paper. Thereby, the linear molecular chain model 7 in which the particle model 15 is elastically constrained can be defined. The molecular chain model 7 is stored in the computer 1.

次に、本実施形態の工程S3では、セル4の内部に、複数の分子鎖モデル7を定義する工程が行われる。本実施形態では、セル4の内部において、フィラーモデル6が配置されてない領域に、複数(例えば、10個〜1,000,000個)の分子鎖モデル7が配置される。これにより、工程S3では、セル4の内部において、フィラーモデル6との重なりを回避しながら、複数の分子鎖モデル7を定義することができる。   Next, in step S3 of the present embodiment, a step of defining a plurality of molecular chain models 7 inside the cell 4 is performed. In the present embodiment, a plurality (for example, 10 to 1,000,000) of molecular chain models 7 are arranged in a region where the filler model 6 is not arranged inside the cell 4. Thereby, in step S3, a plurality of molecular chain models 7 can be defined inside the cell 4 while avoiding overlapping with the filler model 6.

次に、本実施形態の作成方法では、セル4の内部に、カップリング剤をモデリングしたカップリング剤モデル8が定義される(工程S4)。カップリング剤モデル8は、図7に示されるように、カップリング剤の分子構造(図示省略)を、少なくとも1つの粒子モデル19でモデリングしたものである。複数の粒子モデル19で構成されるカップリング剤モデル8おいて、隣接する粒子モデル19、19は、結合鎖モデル20で連結されている。   Next, in the creation method of the present embodiment, a coupling agent model 8 that models a coupling agent is defined inside the cell 4 (step S4). The coupling agent model 8 is obtained by modeling the molecular structure (not shown) of the coupling agent with at least one particle model 19, as shown in FIG. In the coupling agent model 8 composed of a plurality of particle models 19, adjacent particle models 19, 19 are connected by a bond chain model 20.

粒子モデル19は、カップリング剤の構造単位を置換したものである。本実施形態の粒子モデル19は、各々が30〜550の分子量を有している。ここで、粒子モデル19の分子量を30〜550としたのは、分子鎖の分子構造のモデリング(分子鎖モデル7)に用いられる一般的な粒子モデル15が、30〜550程度の分子量を有していることに基づいている。   The particle model 19 is obtained by replacing the structural unit of the coupling agent. Each of the particle models 19 of the present embodiment has a molecular weight of 30 to 550. Here, the reason why the molecular weight of the particle model 19 is set to 30 to 550 is that the general particle model 15 used for modeling the molecular structure of the molecular chain (molecular chain model 7) has a molecular weight of about 30 to 550. It is based on that.

本実施形態の粒子モデル19は、後述の粗視化分子動力学計算において、運動方程式の質点として取り扱われる。即ち、粒子モデル19には、例えば、質量、直径、電荷、又は、初期座標などのパラメータが定義される。   The particle model 19 of this embodiment is treated as a mass point of the equation of motion in coarse-grained molecular dynamics calculation described later. That is, in the particle model 19, for example, parameters such as mass, diameter, charge, or initial coordinates are defined.

結合鎖モデル20は、粒子モデル19、19間に伸びきり長が設定されたポテンシャルP2によって定義される。ポテンシャルP2については、適宜定義することができる。ポテンシャルP2には、例えば、従来と同様に、LJポテンシャルとFENEポテンシャルとの和で定義することができる。ポテンシャルに定義される各定数については、上記論文に基づいて、適宜設定することができる。これにより、粒子モデル19が伸縮自在に拘束された直鎖状のカップリング剤モデル8を定義することができる。   The binding chain model 20 is defined by a potential P2 in which a length is set between the particle models 19 and 19. The potential P2 can be appropriately defined. The potential P2 can be defined by, for example, the sum of the LJ potential and the FENE potential, as in the related art. Each constant defined for the potential can be appropriately set based on the above-mentioned paper. Thereby, the linear coupling agent model 8 in which the particle model 19 is elastically constrained can be defined.

本実施形態の工程S4では、セル4の内部において、フィラーモデル6及び分子鎖モデル7が配置されてない領域に、少なくとも一つ(例えば、10個〜1000個)のカップリング剤モデル8が配置される。これにより、工程S4では、フィラーモデル6及び分子鎖モデル7との重なりを回避しながら、カップリング剤モデル8を配置することができる。カップリング剤モデル8は、コンピュータ1に記憶される。   In step S4 of the present embodiment, at least one (for example, 10 to 1000) coupling agent models 8 are arranged in a region where the filler model 6 and the molecular chain model 7 are not arranged inside the cell 4. Is done. Thus, in step S4, the coupling agent model 8 can be arranged while avoiding the overlap between the filler model 6 and the molecular chain model 7. The coupling agent model 8 is stored in the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法では、隣接するフィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8に、ポテンシャルが定義される(工程S5)。本実施形態の工程S5では、図7に示されるように、フィラーモデル6の小粒子12、分子鎖モデル7の粒子モデル15、又は、カップリング剤モデル8の粒子モデル19に、下記のポテンシャルP3〜P8が定義される。
ポテンシャルP3:フィラーモデル6の小粒子12と
フィラーモデル6の小粒子12との間
ポテンシャルP4:分子鎖モデル7の粒子モデル15と
分子鎖モデル7の粒子モデル15との間
ポテンシャルP5:カップリング剤モデル8の粒子モデル19と
カップリング剤モデル8の粒子モデル19との間
ポテンシャルP6:フィラーモデル6の小粒子12と
分子鎖モデル7の粒子モデル15との間
ポテンシャルP7:フィラーモデル6の小粒子12と
カップリング剤モデル8の粒子モデル19との間
ポテンシャルP8:分子鎖モデル7の粒子モデル15と
カップリング剤モデル8の粒子モデル19との間
Next, in the creation method of the present embodiment, a potential is defined for the adjacent filler model 6, molecular chain model 7, and coupling agent model 8 (step S5). In step S5 of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the following potential P3 is applied to the small particles 12 of the filler model 6, the particle model 15 of the molecular chain model 7, or the particle model 19 of the coupling agent model 8. To P8 are defined.
Potential P3: with small particles 12 of filler model 6
Potential P4 between small particles 12 of filler model 6 and particle model 15 of molecular chain model 7
Potential P5 between particle model 15 of molecular chain model 7 and particle model 19 of coupling agent model 8
Potential P6 between the coupling agent model 8 and the particle model 19 and the small particles 12 of the filler model 6
Potential P7 between particle model 15 of molecular chain model 7 and small particle 12 of filler model 6
Potential P8 between the coupling agent model 8 and the particle model 19 and the particle model 15 of the molecular chain model 7
Between the coupling agent model 8 and the particle model 19

上記ポテンシャルP3〜P8は、従来と同様に、LJポテンシャルで定義することができる。ポテンシャルP3〜P8の各定数については、上記論文に基づいて、適宜設定することができる。これらのポテンシャルP3〜P8は、コンピュータ1に記憶される。   The potentials P3 to P8 can be defined by LJ potentials as in the related art. Each constant of the potentials P3 to P8 can be appropriately set based on the above-mentioned paper. These potentials P3 to P8 are stored in the computer 1.

次に、本実施形態の作成方法は、コンピュータ1が、粗視化分子動力学計算に基づいて、図4に示したセル4の構造緩和を計算する(工程S6)。本実施形態の粗視化分子動力学計算では、例えば、セル4について所定の時間、フィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8が古典力学に従うものとして、ニュートンの運動方程式が適用される。そして、各時刻でのフィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8の動きが、シミュレーションの単位時間ごとに追跡される。   Next, in the creation method of the present embodiment, the computer 1 calculates the structural relaxation of the cell 4 shown in FIG. 4 based on the coarse-grained molecular dynamics calculation (step S6). In the coarse-grained molecular dynamics calculation of the present embodiment, for example, assuming that the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 follow the classical mechanics for a predetermined time for the cell 4, Newton's equation of motion is Applied. Then, the movements of the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 at each time are tracked for each unit time of the simulation.

本実施形態の構造緩和の計算は、セル4において、圧力及び温度が一定、又は、体積及び温度が一定に保たれる。これにより、工程S6では、実際の高分子材料の分子運動に近似させて、フィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8の初期配置を精度よく緩和することができる。このような構造緩和の計算は、例えば(株)JSOL社製のソフトマテリアル総合シミュレーター(J−OCTA)に含まれるVSOP又はCOGNACを用いて処理することができる。   In the calculation of the structural relaxation according to the present embodiment, in the cell 4, the pressure and the temperature are kept constant, or the volume and the temperature are kept constant. Thereby, in the step S6, the initial arrangement of the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 can be accurately relaxed by approximating the actual molecular motion of the polymer material. Such calculation of structural relaxation can be performed using VSOP or COGNAC included in a soft material integrated simulator (J-OCTA) manufactured by JSOL Corporation, for example.

工程S6では、フィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8の初期配置が十分に緩和できるまで計算される。これにより、工程S6では、フィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8の平衡状態(構造が緩和した状態)を、確実に計算することができる。   In step S6, calculation is performed until the initial arrangement of the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 can be sufficiently relaxed. Thus, in step S6, the equilibrium state (state in which the structure is relaxed) of the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 can be reliably calculated.

次に、本実施形態の作成方法では、コンピュータ1が、カップリング剤モデル8を介して、フィラーモデル6と分子鎖モデル7とを連結する(工程S7)。図8(a)、(b)は、フィラーモデル6と分子鎖モデル7とを連結したカップリング剤モデル8の一例を示す概念図である。   Next, in the creation method of the present embodiment, the computer 1 connects the filler model 6 and the molecular chain model 7 via the coupling agent model 8 (Step S7). FIGS. 8A and 8B are conceptual diagrams showing an example of a coupling agent model 8 in which a filler model 6 and a molecular chain model 7 are connected.

本実施形態の工程S7では、カップリング剤モデル8の粒子モデル19を中心とする領域22内に配置されているフィラーモデル6の小粒子12と、分子鎖モデル7の粒子モデル15とを連結している。領域22の半径rについては、カップリング剤の物性等に応じて、適宜設定することができる。   In step S7 of the present embodiment, the small particles 12 of the filler model 6 and the particle model 15 of the molecular chain model 7, which are arranged in a region 22 centered on the particle model 19 of the coupling agent model 8, are connected. ing. The radius r of the region 22 can be appropriately set according to the physical properties of the coupling agent and the like.

本実施形態では、フィラーモデル6の小粒子12、又は、分子鎖モデル7の粒子モデル15が領域22内に配されている場合、カップリング剤モデル8の粒子モデル19から最も近いフィラーモデル6の小粒子12、又は、分子鎖モデル7の粒子モデル15と、カップリング剤モデル8の粒子モデル19とを連結させている。   In the present embodiment, when the small particles 12 of the filler model 6 or the particle model 15 of the molecular chain model 7 are arranged in the region 22, the filler model 6 closest to the particle model 19 of the coupling agent model 8 is used. The small particles 12 or the particle model 15 of the molecular chain model 7 and the particle model 19 of the coupling agent model 8 are connected.

図8(a)に示されるように、カップリング剤モデル8が一つの粒子モデル19で構成されている場合、その粒子モデル19に、フィラーモデル6の小粒子12、及び、分子鎖モデル7の粒子モデル15を連結させている。   As shown in FIG. 8A, when the coupling agent model 8 is composed of one particle model 19, the small particles 12 of the filler model 6 and the small particles 12 of the molecular chain model 7 are added to the particle model 19. The particle models 15 are connected.

図8(b)に示されるように、カップリング剤モデル8が複数の粒子モデル19で構成されている場合、カップリング剤モデル8の両端の粒子モデル19t、19tのうち、一方の粒子モデル19tにフィラーモデル6の小粒子12を連結させ、他方の粒子モデル19tに分子鎖モデル7の粒子モデル15を連結させている。   As shown in FIG. 8B, when the coupling agent model 8 is composed of a plurality of particle models 19, one of the particle models 19t and 19t at both ends of the coupling agent model 8 is one of the particle models 19t. Are connected to the small particles 12 of the filler model 6, and the other particle model 19t is connected to the particle model 15 of the molecular chain model 7.

本実施形態の工程S7では、カップリング剤モデル8の粒子モデル19とフィラーモデル6の小粒子12との間、及び、カップリング剤モデル8の粒子モデル19と分子鎖モデル7の粒子モデル15との間を、結合鎖モデル21を介して連結している。結合鎖モデル21は、伸びきり長が設定されたポテンシャルP9によって定義される。ポテンシャルP9については、適宜定義することができる。ポテンシャルP9には、例えば、従来と同様に、LJポテンシャルとFENEポテンシャルとの和で定義することができる。   In step S7 of the present embodiment, between the particle model 19 of the coupling agent model 8 and the small particles 12 of the filler model 6, and between the particle model 19 of the coupling agent model 8 and the particle model 15 of the molecular chain model 7, Are connected via a binding chain model 21. The binding chain model 21 is defined by a potential P9 in which the extension length is set. The potential P9 can be appropriately defined. The potential P9 can be defined by, for example, the sum of the LJ potential and the FENE potential as in the related art.

次に、本実施形態の作成方法では、コンピュータ1が、一対の分子鎖モデル7、7の粒子モデル15を互いに結合した架橋点を設定する(架橋点設定工程S8)。本実施形態の架橋点設定工程S8では、互いに異なる複数種類の架橋密度に基づいて、架橋点がそれぞれ設定される。架橋密度の種類数については、設定される架橋点に応じて、適宜定義することができる。本実施形態では、3種類の架橋密度が設定される。図9は、架橋点設定工程S8の処理手順の一例を示すフローチャートである。   Next, in the creation method of the present embodiment, the computer 1 sets a cross-linking point at which the paired molecular chain models 7 and 7 are connected to each other (cross-linking point setting step S8). In the bridging point setting step S8 of this embodiment, the bridging points are set based on a plurality of different types of crosslink densities. The number of types of crosslinking density can be appropriately defined according to the set crosslinking point. In this embodiment, three types of crosslinking densities are set. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the processing procedure of the bridge point setting step S8.

本実施形態の架橋点設定工程S8では、先ず、不均一網目構造部分(図示省略)のサイズが測定される(工程S81)。不均一網目構造部分は、高分子材料のうち、架橋密度が相対的に高い部分、又は、架橋密度が相対的に低い部分に相当する。本実施形態の工程S81では、不均一網目構造部分のサイズとともに、不均一網目構造部分の架橋密度(架橋疎密指標α)も求められる。   In the bridging point setting step S8 of the present embodiment, first, the size of the non-uniform network structure portion (not shown) is measured (step S81). The non-uniform network structure portion corresponds to a portion of the polymer material having a relatively high crosslink density or a portion having a relatively low crosslink density. In step S81 of the present embodiment, the cross-link density (cross-link density index α) of the non-uniform network structure portion is determined together with the size of the non-uniform network structure portion.

架橋疎密指標αは、その値が小さいほど、不均一網目構造部分(図示省略)の架橋密度が、他の部分の架橋密度に比べて高いことを示す。一方、架橋疎密指標αは、その値が大きいほど、不均一網目構造部分の架橋密度が、他の部分の架橋密度に比べて低いことを示す。したがって、架橋疎密指標αは、不均一網目構造部分と他の部分との相対的な架橋疎密を調べるのに有効なパラメータである。   The smaller the value of the cross-link density index α, the higher the cross-link density of the heterogeneous network structure portion (not shown) as compared with the cross-link density of the other portions. On the other hand, as the value of the cross-link density index α increases, the cross-link density of the heterogeneous network structure portion is lower than the cross-link density of the other portions. Therefore, the cross-linking density index α is an effective parameter for examining the relative cross-linking density between the heterogeneous network structure portion and other portions.

不均一網目構造部分(図示省略)のサイズ、及び、架橋密度(架橋疎密指標α)は、例えば、特開2016−223806号公報に記載の方法に基づいて、高分子材料の試料を用いて測定することができる。なお、不均一網目構造部分のサイズ及び架橋密度が既知の場合には、工程S81を省略することができる。また、不均一網目構造部分のサイズ及び架橋密度の測定は、本実施形態の架橋点設定工程S8が実施される前に行われていてもよい。不均一網目構造部分のサイズ、及び、その架橋密度(架橋疎密指標α)は、コンピュータ1に記憶される。   The size of the non-uniform network structure portion (not shown) and the crosslink density (crosslink density index α) are measured using a polymer material sample based on, for example, the method described in JP-A-2016-223806. can do. If the size and the crosslink density of the non-uniform network structure are known, step S81 can be omitted. Further, the measurement of the size and the crosslinking density of the non-uniform network structure portion may be performed before the crosslinking point setting step S8 of the present embodiment is performed. The size of the non-uniform network structure portion and its crosslink density (crosslink density index α) are stored in the computer 1.

次に、本実施形態の架橋点設定工程S8では、セル4の内部が、複数の領域Tに区分される(工程S82)。領域Tは、後述の工程S84において、セル4の内部に架橋点を設定するためのものである。図10は、複数の領域Tに区分されたセル4の一例を示す部分概念図である。図10において、第1領域T1及び第2領域T2を、網掛け(ハッチング)して表示している。   Next, in the bridging point setting step S8 of the present embodiment, the inside of the cell 4 is divided into a plurality of regions T (step S82). The region T is for setting a bridge point inside the cell 4 in a step S84 described later. FIG. 10 is a partial conceptual diagram illustrating an example of a cell 4 divided into a plurality of regions T. In FIG. 10, the first area T1 and the second area T2 are displayed by hatching.

本実施形態の工程S82では、架橋密度の種類数に応じて、セル4の内部が、複数種類の領域Tに区分される。上述したように、本実施形態では、3種類の架橋密度が設定される。このため、工程S82では、3種類の領域Tに区分される。   In step S82 of the present embodiment, the inside of the cell 4 is divided into a plurality of types of regions T according to the number of types of crosslink density. As described above, in the present embodiment, three types of crosslinking densities are set. Therefore, in step S82, the region T is divided into three types.

本実施形態の領域Tは、第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3を含んでいる。第1領域T1は、セル4の内部において、架橋密度が疎の部分を設定するためのものである。第2領域T2は、セル4の内部において、架橋密度が密の部分を設定するためのものである。第3領域T3は、セル4の内部において、架橋密度が疎密以外の部分(即ち、架橋密度が疎の部分よりも大、かつ、架橋密度が密の部分よりも小の部分)を設定するためのものである。   The region T according to the present embodiment includes a first region T1, a second region T2, and a third region T3. The first region T1 is for setting a portion having a low crosslinking density in the cell 4. The second region T2 is for setting a portion having a high crosslinking density inside the cell 4. The third region T <b> 3 is for setting a portion where the crosslink density is other than low density (that is, a portion where the crosslink density is higher than the low density portion and smaller than the high density portion) inside the cell 4. belongs to.

本実施形態の工程S82では、先ず、セル4の内部において、複数の第1領域T1、及び、複数の第2領域T2がランダムに区分される。これにより、セル4の内部には、第1領域T1及び第2領域T2が設定されるとともに、第1領域T1及び第2領域T2以外の領域に区分される第3領域T3が設定される。   In step S82 of the present embodiment, first, inside the cell 4, a plurality of first regions T1 and a plurality of second regions T2 are randomly divided. Thereby, inside the cell 4, the first region T1 and the second region T2 are set, and the third region T3 divided into regions other than the first region T1 and the second region T2 is set.

第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3は、セル4の内部において、フィラーモデル6(フィラー粒子モデル11)が配置されてない部分にのみ区分される。これは、実際の高分子材料において、フィラーの内部に、架橋点が生じないためである。また、第1領域T1及び第2領域T2は、他の領域T1、T2と互いに重複しないように設定されている。これは、後述の工程S84において、第1領域T1、T1の重複部分、第2領域T2、T2の重複部分、及び、第1領域T1と第2領域T2との重複部分において、架橋点が重複して設定されるのを防ぐためである。   The first region T1, the second region T2, and the third region T3 are divided only inside the cell 4 into portions where the filler model 6 (the filler particle model 11) is not arranged. This is because no cross-linking point is generated inside the filler in the actual polymer material. The first area T1 and the second area T2 are set so as not to overlap with the other areas T1 and T2. This is because in the step S84 described later, the bridging points overlap in the overlapping portion of the first regions T1, T1, the overlapping portion of the second regions T2, T2, and the overlapping portion of the first region T1 and the second region T2. This is to prevent the setting.

第1領域T1及び第2領域T2の形状については適宜設定することができる。本実施形態の第1領域T1及び第2領域T2は、直径D1を有する球状に設定されている。これにより、第1領域T1及び第2領域T2は、その領域Tの中心座標と、直径D1とが設定されることで容易に定義することができるため、コンピュータ1のメモリ等の使用容量を最小限に抑えて、処理時間の短縮を図ることができる。   The shapes of the first region T1 and the second region T2 can be set as appropriate. The first region T1 and the second region T2 of the present embodiment are set in a spherical shape having a diameter D1. As a result, the first area T1 and the second area T2 can be easily defined by setting the center coordinates of the area T and the diameter D1. And the processing time can be shortened.

第1領域T1及び第2領域T2の直径D1については、適宜設定することができる。本実施形態の直径D1は、不均一網目構造部分のサイズに基づいて設定されている。上述したように、不均一網目構造部分は、高分子材料のうち、架橋密度が相対的に高い部分、又は、架橋密度が相対的に低い部分に相当する。このような不均一網目構造部分のサイズに基づいて、第1領域T1及び第2領域T2の直径D1が設定されることで、実際の高分子材料の架橋の疎密構造を再現することができる。なお、第1領域T1及び第2領域T2は、互いに異なる直径に設定されてもよい。   The diameter D1 of the first region T1 and the second region T2 can be set as appropriate. The diameter D1 of the present embodiment is set based on the size of the non-uniform network structure portion. As described above, the non-uniform network structure portion corresponds to a portion of the polymer material having a relatively high crosslink density or a portion having a relatively low crosslink density. By setting the diameter D1 of the first region T1 and the second region T2 based on the size of such a non-uniform network structure portion, it is possible to reproduce an actual cross-linked structure of the polymer material. Note that the first region T1 and the second region T2 may be set to different diameters.

第1領域T1及び第2領域T2の直径D1は、例えば、フィラーの一次粒子の直径(フィラー粒子モデル11の直径D2)と略同一(例えば、10〜30nm程度)に設定されてもよい。これにより、架橋密度の極限に相当する剛体に近いフィラー領域、フィラー領域よりは変形しやすい架橋密度が密の領域(第2領域T2)、及び、密の領域よりも変形しやすい架橋密度が疎の領域(第1領域T1)において、高分子材料モデル10の変形計算時にかかる応力や、各領域近傍に与える影響などを、略同一のスケールで計算することができるため、それらの領域を相対的に比較し易くすることができる。   The diameter D1 of the first region T1 and the second region T2 may be set to be substantially the same (for example, about 10 to 30 nm) as the diameter of the primary particles of the filler (the diameter D2 of the filler particle model 11). Thereby, the filler region close to the rigid body corresponding to the limit of the crosslinking density, the region where the crosslinking density is more easily deformed than the filler region (the second region T2), and the crosslinking density which is more easily deformed than the dense region are less dense. In the region (first region T1), the stress applied when the deformation of the polymer material model 10 is calculated and the influence on the vicinity of each region can be calculated on substantially the same scale. Can be easily compared.

セル4(図4に示す)の体積Vに対する第1領域T1の合計体積V1の比率V1/V、及び、セル4の体積Vに対する第2領域T2の合計体積V2の比率V2/Vについては、適宜設定することができる。本実施形態の比率V1/Vは、架橋密度が相対的に低い不均一網目構造部分の合計サイズについて、高分子材料の試料のサイズに対する比率で設定することができる。一方、比率V2/Vは、架橋密度が相対的に高い不均一網目構造部分の合計サイズについて、高分子材料の試料のサイズに対する比率で設定することができる。これにより、工程S82では、実際の高分子材料の架橋の疎密構造に基づいて、第1領域T1及び第2領域T2を設定することができる。   Regarding the ratio V1 / V of the total volume V1 of the first region T1 to the volume V of the cell 4 (shown in FIG. 4) and the ratio V2 / V of the total volume V2 of the second region T2 to the volume V of the cell 4, It can be set appropriately. In the present embodiment, the ratio V1 / V can be set by a ratio of the total size of the heterogeneous network structure portion having a relatively low crosslink density to the size of the sample of the polymer material. On the other hand, the ratio V2 / V can be set as a ratio of the total size of the heterogeneous network structure portion having a relatively high crosslinking density to the size of the sample of the polymer material. Thus, in step S82, the first region T1 and the second region T2 can be set based on the actual density structure of the crosslinked polymer material.

次に、本実施形態の架橋点設定工程S8では、各領域Tに、互いに異なる架橋密度がそれぞれ設定される(工程S83)。本実施形態の工程S83では、第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3に、互いに異なる架橋密度が設定される。本実施形態の工程S83では、第1領域T1に、第3領域T3よりも小さい架橋密度が設定される。また、工程S83では、第2領域T2に、第3領域T3よりも大きい架橋密度が設定される。   Next, in the bridging point setting step S8 of the present embodiment, different crosslink densities are set in the respective regions T (step S83). In step S83 of the present embodiment, different crosslink densities are set in the first region T1, the second region T2, and the third region T3. In step S83 of the present embodiment, a lower bridge density is set in the first region T1 than in the third region T3. In step S83, a higher crosslinking density is set in the second region T2 than in the third region T3.

第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3の各架橋密度については、適宜設定することができる。本実施形態の工程S83では、不均一網目構造部分(図示省略)の架橋密度(架橋疎密指標α)に基づいて、各領域T1、T2、T3の架橋密度が決定されている。   Each crosslink density of the first region T1, the second region T2, and the third region T3 can be set as appropriate. In step S83 of the present embodiment, the crosslink density of each of the regions T1, T2, and T3 is determined based on the crosslink density (crosslink density index α) of the non-uniform network structure portion (not shown).

上述したように、架橋疎密指標αは、不均一網目構造部分と他の部分との相対的な架橋疎密を示すパラメータである。架橋密度が相対的に低い不均一網目構造部分の架橋疎密指標αは、第3領域T3(即ち、他の部分)の架橋密度に対する第1領域T1(即ち、架橋密度が相対的に低い不均一網目構造部分)の架橋密度の比率(倍率)を示している。この架橋疎密指標αに、第3領域T3の架橋密度(以下、単に「第3架橋密度」ということがある。)が乗じられることで、第1領域T1の架橋密度(以下、単に「第1架橋密度」ということがある。)が求められる。第1架橋密度は、第1領域T1にそれぞれ設定される。   As described above, the cross-link density index α is a parameter indicating the relative cross-link density between the non-uniform network structure portion and the other portions. The cross-link density index α of the non-uniform network structure portion having a relatively low cross-link density is determined by comparing the cross-link density of the third region T 3 (that is, the other portion) with the first region T 1 (that is, the non-uniform cross-link density is relatively low). The ratio (magnification) of the crosslink density of the network structure portion) is shown. By multiplying the cross-link density index α by the cross-link density of the third region T3 (hereinafter sometimes simply referred to as “third cross-link density”), the cross-link density of the first region T1 (hereinafter simply referred to as “first Crosslink density "). The first crosslink density is set in each of the first regions T1.

本実施形態の第3架橋密度としては、高分子材料の架橋密度(平均架橋密度)が設定される。第3架橋密度は、第3領域T3に設定される。   As the third crosslinking density of the present embodiment, the crosslinking density (average crosslinking density) of the polymer material is set. The third crosslinking density is set in the third region T3.

一方、架橋密度が相対的に高い不均一網目構造部分の架橋疎密指標αは、第3領域T3の架橋密度に対する第2領域T2(即ち、架橋密度が相対的に高い不均一網目構造部分)の架橋密度の比率(倍率)を示している。この架橋疎密指標αに、第3架橋密度が乗じられることで、第2領域T2の架橋密度(以下、単に「第2架橋密度」ということがある。)が求められる。第2架橋密度は、第2領域T2にそれぞれ設定される。   On the other hand, the cross-link density index α of the non-uniform network structure portion having a relatively high cross-link density is the cross-link density index α of the second region T2 (that is, the non-uniform network structure portion having a relatively high cross-link density) relative to the cross-link density of the third region T3. The ratio (magnification) of the crosslink density is shown. By multiplying the cross-link density index α by the third cross-link density, the cross-link density of the second region T2 (hereinafter, may be simply referred to as “second cross-link density”) is obtained. The second crosslink density is set in each of the second regions T2.

架橋点設定工程S8では、全ての領域T(本実施形態では、第1領域T1、第2領域T2、及び、第3領域T3)の架橋密度の平均値(即ち、セル内の平均架橋密度)が、実際の高分子材料の架橋密度(平均架橋密度)と等しくなるように、各領域Tの架橋密度が設定されるのが望ましい。これにより、架橋点設定工程S8では、架橋の疎密構造を再現しつつ、セル4内の平均架橋密度を、実際の高分子材料の架橋密度(平均架橋密度)に設定することができる。   In the bridge point setting step S8, the average value of the bridge densities of all the regions T (in the present embodiment, the first region T1, the second region T2, and the third region T3) (that is, the average crosslink density in the cell) However, it is desirable that the crosslink density of each region T is set so as to be equal to the actual crosslink density (average crosslink density) of the polymer material. Thereby, in the crosslink point setting step S8, the average crosslink density in the cell 4 can be set to the actual crosslink density (average crosslink density) of the polymer material while reproducing the dense / dense structure of the crosslinks.

次に、本実施形態の架橋点設定工程S8では、各領域T(本実施形態では、第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3)において、一対の分子鎖モデル7の粒子モデル15を互いに結合した架橋点が設定される(工程S84)。本実施形態の工程S84では、第1架橋密度、第2架橋密度及び第3架橋密度に基づいて、各領域T1、T2及びT3の架橋点がそれぞれ設定される。図11は、架橋点17が設定された第1領域T1の一例を示す概念図である。   Next, in the bridging point setting step S8 of the present embodiment, in each region T (in the present embodiment, the first region T1, the second region T2, and the third region T3), the particle model 15 of the pair of molecular chain models 7 is used. Are set to each other (Step S84). In step S84 of the present embodiment, the cross-linking points of the regions T1, T2, and T3 are respectively set based on the first cross-link density, the second cross-link density, and the third cross-link density. FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an example of the first region T1 in which the bridge points 17 are set.

架橋点17は、隣接する一対の分子鎖モデル7の粒子モデル15を互いに結合するためのものである。架橋点17には、伸びきり長が設定されたポテンシャルP10が定義される。ポテンシャルP10には、例えば、従来と同様に、LJポテンシャルとFENEポテンシャルとの和で定義することができる。このような架橋点17により、高分子材料モデル10は、分子鎖が架橋した高分子材料を再現することができる。   The cross-linking points 17 are for connecting the particle models 15 of the pair of adjacent molecular chain models 7 to each other. At the bridging point 17, a potential P10 in which the extended length is set is defined. The potential P10 can be defined by, for example, the sum of the LJ potential and the FENE potential, as in the related art. With such crosslink points 17, the polymer material model 10 can reproduce a polymer material in which molecular chains are crosslinked.

本実施形態の工程S84では、先ず、第1架橋密度に基づいて、各第1領域T1の架橋点17が設定される。図11に示されるように、本実施形態の各第1領域T1では、第1領域T1に配置される分子鎖モデル7について、第1領域T1の架橋密度が第1架橋密度になるまで、架橋点17がランダムに設定される。これにより、第1領域T1には、セル4の内部において、架橋密度が疎の部分が設定される。   In step S84 of the present embodiment, first, the bridging points 17 of each first region T1 are set based on the first bridging density. As shown in FIG. 11, in each of the first regions T1 of the present embodiment, for the molecular chain model 7 arranged in the first region T1, the cross-linking density of the first region T1 becomes the first cross-link density. Point 17 is set randomly. As a result, in the first region T1, a portion having a low crosslinking density is set inside the cell 4.

次に、本実施形態の工程S84では、第2架橋密度に基づいて、各第2領域T2(図10に示す)の架橋点17が設定される。本実施形態の各第2領域T2では、第2領域T2に配置される分子鎖モデル7について、第2領域T2の架橋密度が第2架橋密度になるまで、架橋点17がランダムに設定される。これにより、第2領域T2には、セル4の内部において、架橋密度が密の部分が設定される。   Next, in step S84 of the present embodiment, the bridging points 17 of each second region T2 (shown in FIG. 10) are set based on the second bridging density. In each of the second regions T2 of the present embodiment, for the molecular chain model 7 arranged in the second region T2, the crosslinking points 17 are randomly set until the crosslinking density of the second region T2 becomes the second crosslinking density. . As a result, in the second region T2, a portion having a high crosslinking density is set inside the cell 4.

次に、本実施形態の工程S84では、第3架橋密度に基づいて、第3領域T3の架橋点17(図10に示す)が設定される。本実施形態の第3領域T3では、第3領域T3の架橋密度が第3架橋密度になるまで、架橋点17がランダムに設定される。これにより、第3領域T3には、セル4の内部において、架橋密度が疎密以外の部分(中間部分)が設定される。   Next, in step S84 of the present embodiment, a bridge point 17 (shown in FIG. 10) of the third region T3 is set based on the third bridge density. In the third region T3 of the present embodiment, the crosslinking points 17 are randomly set until the crosslinking density of the third region T3 becomes the third crosslinking density. As a result, in the third region T3, a portion (intermediate portion) having a crosslink density other than sparse / dense is set inside the cell 4.

このように、工程S84では、各領域T(本実施形態では、第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3)に設定された架橋密度に基づいて、架橋密度が大きい領域T(例えば、第2領域T2)ほど、多くの架橋点17が設定される。一方、本実施形態の工程S84では、架橋密度が小さい領域T(例えば、第1領域T1)ほど、架橋点17が少なく設定される。これにより、本実施形態の作成方法は、各領域T1、T2及びT3ごとに、架橋点17の数を異ならせることができるため、架橋密度の高い領域(本実施形態では、領域T2)と低い領域(本実施形態では、領域T1)とを含む架橋の疎密構造を再現した高分子材料モデル10を作成することができる。   As described above, in step S84, based on the bridge density set in each region T (in the present embodiment, the first region T1, the second region T2, and the third region T3), the region T having a large bridge density (for example, , The second region T2), more bridging points 17 are set. On the other hand, in step S84 of the present embodiment, the number of cross-linking points 17 is set to be smaller in a region T (for example, the first region T1) having a lower cross-link density. Thereby, the creation method of the present embodiment can make the number of the cross-linking points 17 different for each of the regions T1, T2, and T3, so that the region having a high cross-link density (the region T2 in the present embodiment) is low. The polymer material model 10 that reproduces the dense / dense structure of the bridge including the region (the region T1 in the present embodiment) can be created.

さらに、本実施形態の架橋点設定工程S8では、セル4の内部を区分した領域T(本実施形態では、第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3)ごとに、予め定められた架橋密度になるまで架橋点17が設定されている。これにより、本実施形態の架橋点設定工程S8は、例えば、分子動力学計算で緩和した後の分子鎖モデル7の位置等によって架橋点17の数が左右されることがない。したがって、本実施形態の作成方法は、架橋の疎密構造を再現した高分子材料モデル10を確実に作成することができる。   Further, in the bridging point setting step S8 of the present embodiment, a predetermined region T (in the present embodiment, the first region T1, the second region T2, and the third region T3) that divides the inside of the cell 4 is predetermined. Crosslinking points 17 are set until the crosslinking density is reached. Thus, in the crosslinking point setting step S8 of the present embodiment, for example, the number of the crosslinking points 17 does not depend on the position of the molecular chain model 7 after relaxation by the molecular dynamics calculation. Therefore, the production method of the present embodiment can surely produce the polymer material model 10 that reproduces the dense / dense structure of the bridge.

次に、本実施形態の作成方法では、コンピュータ1が、粗視化分子動力学計算に基づいて、セル4の構造緩和を再計算する(工程S9)。構造緩和の計算は、工程S6と同一の処理手順に基づいて、図8に示したカップリング剤モデル8を介して連結されたフィラーモデル6及び分子鎖モデル7、並びに、図11に示した架橋点17で連結された分子鎖モデル7が十分に緩和できるまで計算される。これにより、分子鎖が架橋され、かつ、カップリング反応後のフィラーモデル6、分子鎖モデル7及びカップリング剤モデル8の平衡状態(構造が緩和した状態)を計算することができる。緩和計算後の高分子材料モデル10は、コンピュータ1に記憶される。   Next, in the creation method of the present embodiment, the computer 1 recalculates the structural relaxation of the cell 4 based on the coarse-grained molecular dynamics calculation (step S9). The calculation of the structural relaxation is performed based on the same processing procedure as in step S6, based on the filler model 6 and the molecular chain model 7 connected via the coupling agent model 8 shown in FIG. 8, and the crosslinking shown in FIG. The calculation is performed until the molecular chain model 7 connected at the point 17 can be sufficiently relaxed. Thereby, the molecular chains are crosslinked, and the equilibrium state (state in which the structure is relaxed) of the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 after the coupling reaction can be calculated. The polymer material model 10 after the relaxation calculation is stored in the computer 1.

本実施形態の作成方法では、セル4の内部が、3種類の領域T(即ち、第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3)に区分されたが、このような態様に限定されるわけではなく、例えば、2種類の領域T(例えば、第1領域T1及び第2領域T2)に区分されてもよいし、4種類以上の領域Tに区分されてもよい。領域Tの種類(架橋密度の種類)は、例えば、求められる架橋の疎密構造に基づいて適宜設定することができる。   In the creation method according to the present embodiment, the inside of the cell 4 is divided into three types of regions T (that is, the first region T1, the second region T2, and the third region T3). For example, it may be divided into two types of regions T (for example, a first region T1 and a second region T2), or may be divided into four or more types of regions T. The type of the region T (the type of the crosslink density) can be appropriately set, for example, based on the required density structure of the crosslinks.

これまでの実施形態の架橋点設定工程S8では、セル4の内部を領域T(例えば、第1領域T1、第2領域T2及び第3領域T3)に区分した(工程S83)後に、各領域Tに架橋密度を設定し(工程S84)、各領域Tで架橋点17が設定されたが、このような態様に限定されない。例えば、セル4の内部の区分、架橋密度の設定、及び、架橋点17の設定が、領域Tごとに行われてもよい。   In the bridging point setting step S8 of the above-described embodiments, after dividing the inside of the cell 4 into regions T (for example, a first region T1, a second region T2, and a third region T3) (step S83), each region T Is set (step S84), and the cross-linking points 17 are set in each region T, but the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the division inside the cell 4, the setting of the crosslinking density, and the setting of the crosslinking point 17 may be performed for each region T.

これまでの実施形態の作成方法では、セル4の内部に、フィラーモデル6及びカップリング剤モデル8を含む高分子材料モデル10が設定されたが、このような態様に限定されない。解析対象の高分子材料に配合される成分に応じて、フィラーモデル6やカップリング剤モデル8を省略したり、他の成分のモデルを追加したりすることができる。   In the creation method of the embodiment described above, the polymer material model 10 including the filler model 6 and the coupling agent model 8 is set inside the cell 4, but the invention is not limited to such a mode. The filler model 6 and the coupling agent model 8 can be omitted, or models of other components can be added, depending on the components to be blended in the polymer material to be analyzed.

次に、本発明の作成方法で作成された高分子材料モデル10を用いた高分子材料のシミュレーション方法、及び、高分子材料の製造方法について説明する。図12は、高分子材料モデル10のシミュレーション方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。   Next, a simulation method of a polymer material using the polymer material model 10 created by the creation method of the present invention and a method of manufacturing the polymer material will be described. FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a simulation method of the polymer material model 10.

本実施形態のシミュレーション方法では、先ず、コンピュータ1が、高分子材料モデル10の変形計算を行う(工程S11)。高分子材料モデル10の変形計算は、例えば、特開2016−081297号公報に記載された内容の手順に従って、高分子材料モデル10の一端(図4に示したセル4の一方側の面5a)、及び、高分子材料モデル10の他端(図5に示したセル4の他方側の面5b)が互いに離間するように、高分子材料モデル10の伸長が計算される。本例では、z軸方向において、高分子材料モデル10の一端及び他端を離間させて、高分子材料モデル10の伸長が計算されている。   In the simulation method of the present embodiment, first, the computer 1 performs a deformation calculation of the polymer material model 10 (step S11). The deformation calculation of the polymer material model 10 is performed, for example, according to the procedure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-081297, on one end of the polymer material model 10 (one surface 5a of the cell 4 shown in FIG. 4). The elongation of the polymer material model 10 is calculated so that the other end of the polymer material model 10 (the other surface 5b of the cell 4 shown in FIG. 5) is separated from each other. In this example, the elongation of the polymer material model 10 is calculated by separating one end and the other end of the polymer material model 10 in the z-axis direction.

図13(a)は、変形計算前の高分子材料モデル10の一部を示す概念図である。図13(b)は、変形計算後の高分子材料モデル10の一部を示す概念図である。図13(a)及び図13(b)において、セル4の内部には、例えば、立方体状に区分された複数の小領域25が定義されている。高分子材料モデル10の変形計算前において、各小領域25には、上述した構造緩和計算により、フィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8の何れかが配置されている。   FIG. 13A is a conceptual diagram showing a part of the polymer material model 10 before the deformation calculation. FIG. 13B is a conceptual diagram showing a part of the polymer material model 10 after the deformation calculation. In FIG. 13A and FIG. 13B, for example, a plurality of small regions 25 divided into a cubic shape are defined inside the cell 4. Before the deformation calculation of the polymer material model 10, any one of the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 is arranged in each small region 25 by the above-described structural relaxation calculation.

工程S11では、高分子材料モデル10の伸長計算により、フィラーモデル6、分子鎖モデル7及びカップリング剤モデル8の熱運動が計算される。このような熱運動は、高分子材料モデル10に与えられた歪み、図7、図8及び図11に示した上記ポテンシャルP1〜P10、及び、運動方程式に基づいて計算される。これにより、セル4には、フィラーモデル6、分子鎖モデル7、及び、カップリング剤モデル8が配置されない小領域25が形成される。このような小領域25は、高分子材料モデル10に形成された空孔(ボイド)26として定義される。このような空孔26により、高分子材料モデル10の破壊が再現される。図14は、空孔26を有する高分子材料モデル10の一例を示す概念図である。   In step S11, the thermal motion of the filler model 6, molecular chain model 7, and coupling agent model 8 is calculated by elongation calculation of the polymer material model 10. Such thermal motion is calculated based on the strain given to the polymer material model 10, the potentials P1 to P10 shown in FIGS. 7, 8 and 11, and the equation of motion. Thus, a small region 25 in which the filler model 6, the molecular chain model 7, and the coupling agent model 8 are not arranged is formed in the cell 4. Such a small region 25 is defined as a void (void) 26 formed in the polymer material model 10. Such holes 26 reproduce the destruction of the polymer material model 10. FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating an example of the polymer material model 10 having the holes 26.

一般に、架橋密度が疎の部分に、空孔が形成される傾向がある。このため、架橋の疎密構造を有する高分子材料は、架橋の疎密構造を有しない高分子材料に比べて、多くの空孔が形成される。本実施形態のシミュレーション方法では、架橋の疎密構造が再現された高分子材料モデル10が用いられることにより、架橋の疎密構造を考慮した高分子材料モデル10の破壊を計算することができる。したがって、本実施形態のシミュレーション方法では、架橋の疎密構造を考慮した高分子材料の破壊特性や粘弾性を評価することができる。   Generally, pores tend to be formed in portions where the crosslinking density is low. For this reason, a polymer material having a cross-linked dense structure has more holes formed than a polymer material having no cross-linked dense structure. In the simulation method of the present embodiment, the use of the polymer material model 10 in which the dense / dense structure of the crosslinks is reproduced allows calculation of the destruction of the polymer material model 10 in consideration of the dense / dense structure of the crosslinks. Therefore, in the simulation method of the present embodiment, it is possible to evaluate the fracture characteristics and the viscoelasticity of the polymer material in consideration of the cross-linked dense / dense structure.

次に、本実施形態のシミュレーション方法では、高分子材料モデル10の変形の計算結果に基づいて、高分子材料の性能が評価される(工程S12)。工程S12では、セル4に形成された全ての空孔26の合計体積を計算し、その合計体積が予め定められた閾値よりも小さい場合に、高分子材料モデル10の性能(耐破壊性、及び、耐摩耗性)が優れていると評価している。閾値については、高分子材料に求められる性能に応じて、適宜設定される。   Next, in the simulation method of the present embodiment, the performance of the polymer material is evaluated based on the calculation result of the deformation of the polymer material model 10 (Step S12). In step S12, the total volume of all the holes 26 formed in the cell 4 is calculated, and when the total volume is smaller than a predetermined threshold, the performance (fracture resistance, and , Abrasion resistance). The threshold is appropriately set according to the performance required of the polymer material.

工程S12において、空孔26の大きさが閾値よりも小さい場合、高分子材料モデル10の性能が良好である評価される(工程S12において、「Y」)。この場合、高分子材料モデル10(高分子材料モデル10に設定された諸条件)に基づいて、高分子材料が製造される(工程S13)。   If the size of the holes 26 is smaller than the threshold value in step S12, the performance of the polymer material model 10 is evaluated as being good ("Y" in step S12). In this case, a polymer material is manufactured based on the polymer material model 10 (various conditions set in the polymer material model 10) (step S13).

一方、工程S12において、空孔26の大きさが閾値以上である場合、高分子材料モデル10の性能が良好ではないと評価される(工程S12において、「N」)。この場合、高分子材料の諸条件(例えば、架橋剤や、カップリング剤の分子構造)を変更し(工程S14)、図2に示した手順に基づいて、高分子材料モデル10を再作成して(工程S15)、工程S11〜工程S12が再度実施される。   On the other hand, when the size of the holes 26 is equal to or larger than the threshold value in the step S12, it is evaluated that the performance of the polymer material model 10 is not good (“N” in the step S12). In this case, the conditions (for example, the molecular structure of the cross-linking agent or the coupling agent) of the polymer material are changed (step S14), and the polymer material model 10 is re-created based on the procedure shown in FIG. (Step S15), Steps S11 to S12 are performed again.

このように、本実施形態のシミュレーション方法、及び、製造方法では、高分子材料の性能が良好になるまで、高分子材料の諸条件が変更されるため、良好な性能を有する(耐破壊性、及び、耐摩耗性に優れる)高分子材料を、効率よく製造することができる。   As described above, in the simulation method and the manufacturing method according to the present embodiment, various conditions of the polymer material are changed until the performance of the polymer material is improved. In addition, a polymer material having excellent wear resistance) can be efficiently produced.

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。   As described above, particularly preferred embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and can be implemented in various forms.

図3に示した処理手順に従って、分子鎖が架橋した高分子材料の数値解析用の高分子材料モデルが作成された(実施例、比較例)。   According to the processing procedure shown in FIG. 3, a polymer material model for numerical analysis of a polymer material in which molecular chains were cross-linked was created (Example, Comparative Example).

実施例では、図9に示した処理手順に従って、セルの内部を、複数の領域に区分する工程、各領域に互いに異なる架橋密度をそれぞれ設定する工程、及び、架橋密度に基づいて、架橋密度が大きい領域ほど、多くの架橋点を設定する工程が実施された。一方、比較例では、セルの内部の架橋密度が均一となるように、ランダムに架橋点が設定された。図15(a)は、実施例の架橋点を示す概念図である。図15(b)は、比較例の架橋点を示す概念図である。図15(a)では、架橋密度が相対的に高い第2領域の架橋点を代表して示している。   In the example, according to the processing procedure shown in FIG. 9, the step of dividing the inside of the cell into a plurality of regions, the step of setting different crosslinking densities in each region, and the crosslinking density based on the crosslinking density The step of setting more cross-linking points in a larger area was performed. On the other hand, in the comparative example, the cross-linking points were randomly set so that the cross-linking density inside the cells became uniform. FIG. 15A is a conceptual diagram illustrating a cross-linking point in the example. FIG. 15B is a conceptual diagram illustrating a cross-linking point of a comparative example. In FIG. 15A, the cross-linking points in the second region having a relatively high cross-link density are shown as representatives.

そして、図12に示した処理手順に従って、実施例及び比較例の高分子材料モデルの変形計算が実施された。変形計算では、z軸方向の引張計算を実施した後に、上記論文と同一の摩擦係数を設定し、高分子材料モデルの体積を固定してから900τの緩和計算が実施された。共通仕様は、次のとおりである。
セル:
一辺の長さL1:350σ
小領域の一辺の長さ:1.5σ
フィラーモデル:
体積分率:16.2%
フィラー粒子モデルの個数:1973個
フィラー粒子モデルの直径D2:28.2σ
フィラー粒子モデルを構成する小粒子の個数:16,589個
分子鎖モデル:
個数:100,000個
1つの分子鎖モデルを構成する粒子モデルの個数:1,000個
カップリング剤モデル:
1つのカップリング剤モデルを構成する粒子モデルの個数:1個
1つのフィラー粒子モデルあたりのカップリング剤モデルの個数:80個
実施例の架橋点:
セル内の平均架橋密度:0.007245(1/σ3
領域:
第1領域の架橋密度:第3領域の架橋密度の1/10倍
第2領域の架橋密度:第3領域の架橋密度の10倍
第3領域の架橋密度:0.007245(1/σ3
第1領域及び第2領域の体積分率:5%
第1領域及び第2領域の直径D1:20nm
比較例の架橋点
セル内の平均架橋密度:0.007245(1/σ3
変形計算:
歪み:0.15
初期摩擦係数:上記論文の10倍
初期変形速度:6.3τ/歪み
Then, according to the processing procedure shown in FIG. 12, the deformation calculation of the polymer material models of the example and the comparative example was performed. In the deformation calculation, after the tensile calculation in the z-axis direction was performed, the same friction coefficient as in the above-mentioned paper was set, and the relaxation calculation of 900τ was performed after fixing the volume of the polymer material model. The common specifications are as follows.
cell:
Length of one side L1: 350σ
Length of one side of small area: 1.5σ
Filler model:
Volume fraction: 16.2%
The number of filler particle models: 1973 The diameter D2 of the filler particle model: 28.2σ
Number of small particles constituting the filler particle model: 16,589 Molecular chain model:
Quantity: 100,000 pieces Number of particle models constituting one molecular chain model: 1,000 pieces Coupling agent model:
Number of particle models constituting one coupling agent model: 1 Number of coupling agent models per one filler particle model: 80 Crosslinking points of Examples:
Average crosslink density in cell: 0.007245 (1 / σ 3 )
region:
Crosslink density of the first region: 1/10 times the crosslink density of the third region
Crosslink density of the second region: 10 times the crosslink density of the third region
Crosslink density of third region: 0.007245 (1 / σ 3 )
Volume fraction of the first region and the second region: 5%
Diameter D1: 20 nm of first region and second region
Crosslinking point of comparative example Average crosslink density in cell: 0.007245 (1 / σ 3 )
Deformation calculation:
Distortion: 0.15
Initial friction coefficient: 10 times that of the above paper
Initial deformation speed: 6.3τ / strain

図16は、空孔の合計体積と緩和時間との関係を示すグラフである。テストの結果、実施例の高分子材料モデルは、比較例の高分子材料モデルに比べて、多くの空孔が形成された。上述したように、架橋の疎密構造を有する高分子材料は、架橋の疎密構造を有しない高分子材料に比べて、多くの空孔が形成される傾向がある。したがって、実施例の高分子材料モデルは、比較例の高分子材料モデルに比べて、架橋の疎密構造を再現することができた。   FIG. 16 is a graph showing the relationship between the total volume of holes and the relaxation time. As a result of the test, more holes were formed in the polymer material model of the example than in the polymer material model of the comparative example. As described above, a polymer material having a crosslinked dense / closed structure tends to form more holes than a polymer material having no crosslinked dense / closed structure. Therefore, the polymer material model of the example was able to reproduce the cross-linked dense structure compared to the polymer material model of the comparative example.

S82 セルの内部を複数の領域に区分する工程
S83 各領域に架橋密度を設定する工程
S84 各領域に架橋点を設定する工程
S82 Step of dividing the inside of the cell into a plurality of areas S83 Step of setting a bridge density in each area S84 Step of setting a bridge point in each area

Claims (7)

分子鎖が架橋した高分子材料の数値解析用の高分子材料モデルを、コンピュータを用いて作成するための方法であって、
前記分子鎖の構造に基づいて、複数の粒子モデルを連結した分子鎖モデルを、前記コンピュータに入力する工程と、
前記高分子材料の一部に対応する仮想空間であるセルの内部に、複数の前記分子鎖モデルを定義する工程と、
前記セルの内部を、複数の領域に区分する工程と、
前記各領域に、互いに異なる架橋密度をそれぞれ設定する工程と、
前記各領域において、前記コンピュータが、一対の前記分子鎖モデルの前記粒子モデルを互いに結合した架橋点を設定する工程とを含み、
前記架橋点を設定する工程は、前記架橋密度に基づいて、前記架橋密度が大きい領域ほど、多くの前記架橋点を設定する工程を含む、
高分子材料モデルの作成方法。
A method for creating, using a computer, a polymer material model for numerical analysis of a polymer material having a crosslinked molecular chain,
Based on the structure of the molecular chain, a step of inputting a molecular chain model connecting a plurality of particle models to the computer,
A step of defining a plurality of the molecular chain models inside a cell which is a virtual space corresponding to a part of the polymer material,
Dividing the inside of the cell into a plurality of regions;
In each of the regions, a step of setting a mutually different crosslinking density,
In each of the regions, the computer sets a cross-linking point where the particle models of the pair of molecular chain models are connected to each other,
The step of setting the cross-linking point includes a step of setting a larger number of the cross-linking points in a region where the cross-linking density is larger, based on the cross-linking density.
How to create a polymer material model.
前記領域を区分する工程は、3種類の前記領域に区分する工程を含む、請求項1記載の高分子材料モデルの作成方法。   The method for creating a polymer material model according to claim 1, wherein the step of dividing the region includes a step of dividing the region into three types. 前記架橋密度を設定する工程は、全ての領域の前記架橋密度の平均値が、前記高分子材料の架橋密度と等しくなるように、前記各領域の前記架橋密度を設定する工程を含む、請求項1又は2記載の高分子材料モデルの作成方法。   The step of setting the crosslink density includes the step of setting the crosslink density of each region such that the average value of the crosslink density of all the regions is equal to the crosslink density of the polymer material. 3. The method for creating a polymer material model according to 1 or 2. 前記高分子材料の不均一網目構造部分のサイズを測定する工程をさらに含み、
前記領域を区分する工程は、前記不均一網目構造部分の前記サイズに基づいて、前記各領域の大きさを決定する工程を含む、請求項1乃至3のいずれかに記載の高分子材料モデルの作成方法。
The method further includes the step of measuring the size of the non-uniform network structure portion of the polymer material,
4. The method according to claim 1, wherein the step of dividing the region includes a step of determining a size of each of the regions based on the size of the non-uniform network structure portion. How to make.
前記不均一網目構造部分の架橋密度を求める工程をさらに含み、
前記架橋密度を設定する工程は、前記不均一網目構造部分の前記架橋密度に基づいて、前記各領域の前記架橋密度を決定する工程を含む、請求項4記載の高分子材料モデルの作成方法。
The method further includes a step of determining a crosslinking density of the non-uniform network structure portion,
The method for creating a polymer material model according to claim 4, wherein the step of setting the crosslink density includes a step of determining the crosslink density of each of the regions based on the crosslink density of the non-uniform network structure portion.
請求項1乃至5のいずれかに記載の前記高分子材料モデルの変形を計算する工程と、
前記変形の計算結果に基づいて、前記高分子材料の性能を評価する工程とを含む、
高分子材料のシミュレーション方法。
Calculating a deformation of the polymer material model according to any one of claims 1 to 5,
Evaluating the performance of the polymer material based on the calculation result of the deformation,
Simulation method for polymer materials.
請求項6記載の前記シミュレーション方法において、前記性能が良好であると評価された前記高分子材料モデルに基づいて、前記高分子材料を製造する工程を含む、
高分子材料の製造方法。
The simulation method according to claim 6, further comprising a step of manufacturing the polymer material based on the polymer material model evaluated as having good performance,
A method for producing a polymer material.
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