JP2020038565A - Analysis method for polymer material and production method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンピュータを用いた高分子材料の解析方法及び製造方法に関する。 The present invention relates to a method for analyzing and manufacturing a polymer material using a computer.
近年、ゴム配合の開発のために、コンピュータを用いた高分子材料のシミュレーション（数値計算）が種々提案されている。下記特許文献１のシミュレーションでは、コンピュータに、高分子材料に対応する分子鎖モデルを入力する工程と、前記分子鎖モデルを対象とした分子の運動計算を実行して、分子鎖モデルの物理量を計算する工程とを含む。 In recent years, various computer simulations (numerical calculations) of polymer materials have been proposed for the development of rubber compounds. In the simulation of Patent Literature 1 described below, a step of inputting a molecular chain model corresponding to a polymer material to a computer and a calculation of the motion of a molecule targeting the molecular chain model are executed to calculate a physical quantity of the molecular chain model. And a step of performing.
一般に、前記物理量は、数値データとして、コンピュータの記憶装置等に保存されている。このため、オペレータは、分子鎖モデルの物理量を一見して把握することができないという問題があった。 Generally, the physical quantity is stored as numerical data in a storage device of a computer or the like. For this reason, there is a problem that the operator cannot grasp the physical quantity of the molecular chain model at a glance.
本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、分子鎖モデルの物理量を一見して把握することが可能な高分子材料の解析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 analyzing a polymer material and the like, which enables a physical quantity of a molecular chain model to be grasped at a glance.
本発明は、コンピュータを用いて、分子鎖を有する高分子材料を解析するための方法であって、前記分子鎖をモデリングした分子鎖モデルを、前記コンピュータに入力するモデリング工程と、前記コンピュータが、前記分子鎖モデルを対象とする分子の運動計算を実行して、前記分子鎖モデルの特徴量を計算するシミュレーション工程と、前記コンピュータが、予め定義されている前記特徴量の階級毎に異なる色が定義された色情報に基づいて、前記分子鎖モデルに色を設定する工程と、前記コンピュータが、前記色が設定された前記分子鎖モデルを可視情報として表示する工程とを含むことを特徴とする。 The present invention is a method for analyzing a polymer material having a molecular chain using a computer, wherein a modeling step of inputting a molecular chain model obtained by modeling the molecular chain to the computer, the computer comprising: A simulation step of executing a motion calculation of a molecule targeting the molecular chain model to calculate a feature amount of the molecular chain model, and the computer executes a process in which a different color is defined for each class of the feature amount defined in advance. Setting a color on the molecular chain model based on the defined color information; and displaying the molecular chain model on which the color is set as visible information by the computer. .
本発明に係る前記高分子材料の解析方法において、前記特徴量は、予め定められた基準方向と、前記分子鎖モデルの絡み合い点間を結ぶ直線とがなす角度を含んでもよい。 In the method for analyzing a polymer material according to the present invention, the characteristic amount may include an angle formed by a predetermined reference direction and a straight line connecting entanglement points of the molecular chain model.
本発明に係る前記高分子材料の解析方法において、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、前記分子鎖モデルを配置する工程をさらに含み、前記シミュレーション工程は、前記セルを予め定められた方向に変形させる工程を含み、前記基準方向は、前記セルの変形方向であってもよい。 In the method for analyzing a polymer material according to the present invention, the method further includes a step of arranging the molecular chain model inside a cell which is a virtual space corresponding to a part of the polymer material, and the simulation step includes: The method may include a step of deforming a cell in a predetermined direction, and the reference direction may be a deformation direction of the cell.
本発明に係る前記高分子材料の解析方法において、前記特徴量は、前記分子鎖モデルの絡み合い点間の距離を含んでもよい。 In the method for analyzing a polymer material according to the present invention, the feature quantity may include a distance between entanglement points of the molecular chain model.
本発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の前記可視情報に基づいて、前記高分子材料の性能を評価する工程と、前記性能が良好であると評価された前記高分子材料を製造する工程とを含むことを特徴とする。 The present invention provides a step of evaluating the performance of the polymer material based on the visible information according to any one of claims 1 to 4, and producing the polymer material evaluated as having good performance. And a step of performing
本発明の高分子材料の解析方法は、分子鎖をモデリングした分子鎖モデルを、コンピュータに入力するモデリング工程と、前記コンピュータが、前記分子鎖モデルを対象とする分子の運動計算を実行して、前記分子鎖モデルの特徴量を計算するシミュレーション工程とを含んでいる。 The method for analyzing a polymer material according to the present invention includes a modeling step of inputting a molecular chain model obtained by modeling a molecular chain to a computer, and the computer executes a motion calculation of a molecule targeting the molecular chain model, A simulation step of calculating the characteristic amount of the molecular chain model.
さらに、本発明の前記解析方法は、前記コンピュータが、予め定義されている前記特徴量の階級毎に異なる色が定義された色情報に基づいて、前記分子鎖モデルに色を設定する工程と、前記コンピュータが、前記色が設定された前記分子鎖モデルを可視情報として表示する工程とを含んでいる。 Further, the analysis method of the present invention, the computer, based on color information defined different colors for each class of the feature amount is defined in advance, the step of setting a color in the molecular chain model, Displaying the molecular chain model in which the color is set as visible information.
前記分子鎖モデルは、前記特徴量に応じて設定された前記色で可視化される。これにより、本発明の前記解析方法では、前記可視情報を視認したオペレータ等によって、前記分子鎖モデルの前記特徴量を一見して把握することができる。したがって、本発明の前記解析方法は、前記高分子材料を容易かつ迅速に解析するのに役立つ。 The molecular chain model is visualized in the color set according to the feature amount. Thus, in the analysis method of the present invention, the feature amount of the molecular chain model can be grasped at a glance by an operator or the like who visually recognizes the visible information. Therefore, the analysis method of the present invention is useful for analyzing the polymer material easily and quickly.
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の解析方法（以下、単に「解析方法」ということがある。）では、コンピュータを用いて、分子鎖を有する高分子材料が解析される。本実施形態では、高分子材料の性能が評価される。また、本実施形態の高分子材料の製造方法（以下、単に「製造方法」ということがある。）は、高分子材料の性能に基づいて、高分子材料が製造される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the method for analyzing a polymer material of the present embodiment (hereinafter, sometimes simply referred to as “analysis method”), a polymer material having a molecular chain is analyzed using a computer. In the present embodiment, the performance of the polymer material is evaluated. In the method for manufacturing a polymer material according to the present embodiment (hereinafter, sometimes simply referred to as “manufacturing method”), the polymer material is manufactured based on the performance of the polymer material.
図１は、高分子材料の解析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、本実施形態の解析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 analyzing 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. Software and the like for executing the analysis method of the present embodiment are stored in the storage device in advance.
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。 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（−ＣＨ２−）、及び、メチル基（−ＣＨ３）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。 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.
図３は、高分子材料の解析方法及び製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の解析方法では、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、分子鎖モデル７が配置されたセル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 analyzing and manufacturing a polymer material. In the analysis 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 molecular chain model 7 is arranged.
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、後述の分子の運動計算において、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、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 motion calculation of a molecule described later, for example, a part of the molecular chain model 7 coming out of one surface 5 a is Can be calculated so as to enter from the surface 5b. Therefore, it is possible to treat the one surface 5a and the other surface 5b as being 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、後述の分子の運動計算において、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. Thereby, the cell 4 can appropriately calculate the spatial spread of the molecular chain model 7 by preventing collision of the cell 4 with its own image due to the periodic boundary condition in the molecular motion calculation described later. 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、本実施形態の解析方法では、分子鎖をモデリングした分子鎖モデルを、コンピュータに入力する（モデリング工程Ｓ２）。図５は、分子鎖モデル７の一例を示す概念図である。 Next, in the analysis method of the present embodiment, a molecular chain model obtained by modeling a molecular chain is input to a computer (modeling step S2). FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an example of the molecular chain model 7.
分子鎖モデル７については、適宜設定することができる。本実施形態の分子鎖モデル７は、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８を連結したものである。隣接する粒子モデル８、８は、結合鎖モデル９で連結されている。 The molecular chain model 7 can be set as appropriate. The molecular chain model 7 of the present embodiment is obtained by connecting a plurality of particle models 8 based on the structure of the molecular chain 2 shown in FIG. Adjacent particle models 8 are connected by a binding chain model 9.
粒子モデル８は、図２に示した分子鎖２のモノマー３又はモノマー３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、論文１（ 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）に基づいて、例えば１．７３個分のモノマー３を構造単位として、１個の粒子モデル８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８が設定される。 The particle model 8 is obtained by substituting the monomer 3 of the molecular chain 2 shown in FIG. 2 or a structural unit forming a part of the monomer 3. In the case where the molecular chain 2 is polyisoprene, see Paper 1 (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), for example, using 1.73 monomers 3 as a structural unit and substituting with one particle model 8. Thereby, a plurality of (for example, 10 to 5000) particle models 8 are set in each molecular chain model 7.
本実施形態のモデリング工程Ｓ２では、分子鎖モデル７が複数定義される。モデリング工程Ｓ２では、セル４の内部に、複数（例えば、１０個〜１，０００，０００個）の分子鎖モデル７を配置している。 In the modeling step S2 of the present embodiment, a plurality of molecular chain models 7 are defined. In the modeling step S2, a plurality (for example, 10 to 1,000,000) of molecular chain models 7 are arranged inside the cell 4.
本実施形態のモデリング工程Ｓ２では、分子鎖モデル７が管モデル（管模型）として再定義される。図６は、管モデル１０として再定義された分子鎖モデル７の一部を示す図である。 In the modeling step S2 of the present embodiment, the molecular chain model 7 is redefined as a tube model (tube model). FIG. 6 is a diagram showing a part of the molecular chain model 7 redefined as the tube model 10.
管モデル１０とは、絡み合った分子鎖が運動できる領域を管に見立てて、管の運動を解くモデルである。管モデル１０は、例えば、レプテーション理論で定義される分子鎖のチューブ半径に基づいて、Kremer-Grestモデルの分子鎖モデル７（二点鎖線で示す）を取り囲みうる管１１によって定義される。 The tube model 10 is a model in which a region in which entangled molecular chains can move is regarded as a tube, and the movement of the tube is solved. The tube model 10 is defined by a tube 11 that can surround the molecular chain model 7 (shown by a two-dot chain line) of the Kremer-Grest model based on the tube radius of the molecular chain defined by the reptation theory, for example.
管モデル１０において、分子鎖の絡み合い点１２は、管１１の折れ曲がり点として扱われる。絡み合い点１２は、各管モデル１０に複数設けられている。管モデル１０は、他の管モデル１０との絡み合いと、管モデル内部の高分子のすべりによる力を受けて、セル４（図４に示す）内を運動する。 In the tube model 10, the entanglement point 12 of the molecular chain is treated as a bending point of the tube 11. A plurality of entanglement points 12 are provided in each pipe model 10. The tube model 10 moves in the cell 4 (shown in FIG. 4) by being entangled with another tube model 10 and subjected to a force caused by sliding of the polymer inside the tube model.
管モデル１０では、分子鎖２（図２に示す）の詳細な原子構造には立ち入らず、絡み合い点１２、１２間を繋ぐ伸縮可能な管１１によって一つの分子鎖２（図２に示す）が表現される。このため、管モデル１０は、図５に示したKremer-Grestモデル等よりも簡素化されるため、計算時間の短縮に役立つ。これらの分子鎖モデル７（管モデル１０）は、コンピュータ１に記憶される。 In the tube model 10, one molecular chain 2 (shown in FIG. 2) does not enter the detailed atomic structure of the molecular chain 2 (shown in FIG. 2). Is expressed. For this reason, the pipe model 10 is simpler than the Kremer-Grest model shown in FIG. These molecular chain models 7 (tube models 10) are stored in the computer 1.
次に、本実施形態の解析方法は、コンピュータ１が、分子の運動計算に基づいて、図４に示したセル４の構造緩和を計算する（工程Ｓ３）。本実施形態の分子の運動計算では、例えば、セル４について所定の時間、分子鎖モデル７（管モデル１０）が、論文２（Yuichi Masubuchi等著、「Brownian simulations of a network of reptating primitive chains」、J. Chem Phys. vol.115, No.9, 1 September 2001、p4387-4394）のPrimitive Chain Networkモデルに基づいて、絡み合い点の運動方程式が適用される。そして、各時刻での分子鎖モデル７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 analysis method of the present embodiment, the computer 1 calculates the structural relaxation of the cell 4 shown in FIG. 4 based on the calculation of the motion of the molecule (step S3). In the molecular motion calculation of the present embodiment, for example, the molecular chain model 7 (tube model 10) for the cell 4 for a predetermined time is described in the paper 2 (Yuichi Masubuchi et al., "Brownian simulations of a network of reptating primitive chains", Based on the Primitive Chain Network model of J. Chem Phys. Vol.115, No.9, 1 September 2001, p4387-4394), the equation of motion at the entanglement point is applied. Then, the movement of the molecular chain model 7 at each time is 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、体積が一定に保たれる。これにより、工程Ｓ３では、実際の高分子材料の分子運動に近似させて、分子鎖モデル７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ＮＡＰＬＥＳを用いて処理することができる。 In the calculation of the structural relaxation of the present embodiment, the volume of the cell 4 is kept constant. Thus, in the step S3, the initial arrangement of the molecular chain model 7 can be relaxed with high accuracy by approximating the actual molecular motion of the polymer material. Such calculation of structural relaxation can be performed using NAPLES included in a soft material integrated simulator (J-OCTA) manufactured by JSOL Corporation, for example.
工程Ｓ３では、分子鎖モデル７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Ｓ３では、分子鎖モデル７の平衡状態（構造が緩和した状態）が計算された高分子材料モデル６を定義することができる。 In step S3, calculation is performed until the initial arrangement of the molecular chain model 7 can be sufficiently relaxed. Thereby, in step S3, the polymer material model 6 in which the equilibrium state (the state in which the structure is relaxed) of the molecular chain model 7 is calculated can be defined.
次に、本実施形態の解析方法では、コンピュータ１が、分子鎖モデル７を対象とする分子の運動計算を実行して、分子鎖モデルの特徴量を計算する（シミュレーション工程Ｓ４）。本実施形態のシミュレーション工程Ｓ４では、セル４を予め定められた方向に変形させている。 Next, in the analysis method of the present embodiment, the computer 1 executes the motion calculation of the molecule for the molecular chain model 7 to calculate the characteristic amount of the molecular chain model (simulation step S4). In the simulation step S4 of the present embodiment, the cell 4 is deformed in a predetermined direction.
本実施形態のシミュレーション工程Ｓ４では、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６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６の他端（図４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６の伸長を計算する。本実施形態では、アフィン変形に基づいて、高分子材料モデル６の一端及び他端をＸ軸方向に離間（セル４を変形）させている。そして、シミュレーション工程Ｓ４では、伸長後の高分子材料モデル６の大きさが固定され、その歪を一定に保持した状態で、高分子材料モデル６の物理量、及び、分子鎖モデル７（管モデル１０）の特徴量が、分子の運動計算の単位ステップ毎に計算される。 In the simulation step S4 of the present embodiment, one end of the polymer material model 6 (one surface 5a on one side of the cell 4 shown in FIG. 4), for example, in accordance with the procedure described in JP-A-2006-081297. The elongation of the polymer material model 6 is calculated so that the other end of the polymer material model 6 (the other surface 5b of the cell 4 shown in FIG. 4) is separated from each other. In the present embodiment, one end and the other end of the polymer material model 6 are separated in the X-axis direction (the cell 4 is deformed) based on the affine deformation. In the simulation step S4, the physical quantity of the polymer material model 6 and the molecular chain model 7 (tube model 10) are fixed in a state where the size of the polymer material model 6 after elongation is fixed and the strain is kept constant. ) Are calculated for each unit step of the motion calculation of the molecule.
本実施形態のシミュレーション工程Ｓ４において、高分子材料モデル６の物理量は、隣接する分子鎖モデル７、７（管モデル１０、１０）の絡み合いに基づいて計算される。物理量の一例としては、伸長力や、ねじり力等が含まれる。 In the simulation step S4 of the present embodiment, the physical quantity of the polymer material model 6 is calculated based on the entanglement of the adjacent molecular chain models 7, 7 (tube models 10, 10). Examples of the physical quantity include an extension force, a torsion force, and the like.
特徴量は、高分子材料モデル６の物理量に影響する分子鎖モデル７（管モデル１０）の特徴を数値化したものである。本実施形態の特徴量は、予め定められた基準方向Ｄと、分子鎖モデル７（管モデル１０）の絡み合い点間を結ぶ直線（ベクトル）１４とがなす角度（以下、単に「角度」ということがある。）θが含まれている。基準方向Ｄは、適宜定義することができる。本実施形態の基準方向Ｄは、セル４の変形方向（本実施形態では、Ｘ軸方向）として定義される。本実施形態の角度θの範囲は、０〜９０度に設定されている。 The characteristic amount is a numerical value of the characteristic of the molecular chain model 7 (tube model 10) that affects the physical quantity of the polymer material model 6. The feature quantity of the present embodiment is an angle (hereinafter simply referred to as “angle”) formed by a predetermined reference direction D and a straight line (vector) 14 connecting the entanglement points of the molecular chain model 7 (tube model 10). Is included.) Θ is included. The reference direction D can be appropriately defined. The reference direction D in the present embodiment is defined as the deformation direction of the cell 4 (the X-axis direction in the present embodiment). In the present embodiment, the range of the angle θ is set to 0 to 90 degrees.
分子鎖モデル７（管モデル１０）は、その角度θが小さくなるほど（すなわち、０度に近づくほど）、セル４の変形方向（本実施形態では、Ｘ軸方向）に沿って配されている。このような分子鎖モデル７は、変形方向で隣接する分子鎖モデル７（図示省略）と絡みにくいため、高分子材料モデル６（図４に示す）の変形に伴う物理量の増大にあまり寄与しない。 The molecular chain model 7 (tube model 10) is arranged along the deformation direction of the cell 4 (the X-axis direction in the present embodiment) as the angle θ decreases (ie, approaches 0 °). Since such a molecular chain model 7 is hardly entangled with a molecular chain model 7 (not shown) adjacent in the deformation direction, it does not contribute much to an increase in the physical quantity accompanying the deformation of the polymer material model 6 (shown in FIG. 4).
一方、分子鎖モデル７（管モデル１０）は、その角度θが大きくなるほど（すなわち、９０度に近づくほど）、セル４の変形方向（本実施形態では、Ｘ軸方向）と交わる方向に沿って配されている。このような分子鎖モデル７は、変形方向で隣接する分子鎖モデル７（図示省略）と絡みやすいため、高分子材料モデル６（図４に示す）の変形に伴う物理量の増大に寄与する。 On the other hand, the molecular chain model 7 (tube model 10) is arranged so that the angle θ increases (ie, approaches 90 degrees), the direction intersecting with the deformation direction of the cell 4 (the X-axis direction in the present embodiment). Are arranged. Such a molecular chain model 7 is likely to be entangled with a molecular chain model 7 (not shown) adjacent in the deformation direction, and thus contributes to an increase in physical quantity accompanying the deformation of the polymer material model 6 (shown in FIG. 4).
このように、角度θは、高分子材料モデル６（図４に示す）の変形に伴う物理量の変化に影響する分子鎖モデル７（管モデル１０）の特徴を示すことができる。高分子材料モデル６の物理量、及び、分子鎖モデル７の特徴量は、分子の運動計算の単位ステップ毎に、コンピュータ１に記憶される。 As described above, the angle θ can indicate the characteristic of the molecular chain model 7 (tube model 10) that affects the change in the physical quantity accompanying the deformation of the polymer material model 6 (shown in FIG. 4). The physical quantity of the polymer material model 6 and the feature quantity of the molecular chain model 7 are stored in the computer 1 for each unit step of molecular motion calculation.
次に、本実施形態の解析方法では、コンピュータ１が、予め定義されている色情報に基づいて、分子鎖モデル７（管モデル１０）に色を設定する（工程Ｓ５）。色情報は、特徴量の階級毎に異なる色が定義されたものである。図７は、分子の運動計算の開始前の分子鎖モデル７の可視情報の一例を示す図である。 Next, in the analysis method of the present embodiment, the computer 1 sets a color in the molecular chain model 7 (tube model 10) based on color information defined in advance (step S5). The color information defines different colors for each class of the feature amount. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of visible information of the molecular chain model 7 before the start of the motion calculation of the molecule.
本実施形態では、色情報１３は、カラーバーとして定義されている。色情報１３は、グレースケールで定義されているが、カラースケールで定義されてもよい。色情報１３は、分子鎖モデル７（管モデル１０）の角度θ（図６に示す）が小さくなるほど（すなわち、０度に近づくほど）、白色に（色が薄く）定義されている。一方、色情報１３は、角度θが大きくなるほど（すなわち、９０度に近づくほど）、黒色に（色が濃く）定義されている。 In the present embodiment, the color information 13 is defined as a color bar. The color information 13 is defined in a gray scale, but may be defined in a color scale. The color information 13 is defined as white (the color becomes lighter) as the angle θ (shown in FIG. 6) of the molecular chain model 7 (tube model 10) becomes smaller (ie, approaches 0 degrees). On the other hand, the color information 13 is defined as black (the color becomes darker) as the angle θ increases (ie, as the angle approaches 90 degrees).
工程Ｓ５では、先ず、色情報１３において、分子鎖モデル７（管モデル１０）の特徴量（本実施形態では、図６に示した角度θ）に該当する階級が特定される。そして、工程Ｓ５では、特定された階級の色が、分子鎖モデル７に設定される。本実施形態では、分子の運動計算の各単位ステップにおいて、全ての分子鎖モデル７に色が設定される。 In step S5, first, in the color information 13, a class corresponding to the feature amount (in the present embodiment, the angle θ shown in FIG. 6) of the molecular chain model 7 (tube model 10) is specified. Then, in step S5, the color of the specified class is set in the molecular chain model 7. In this embodiment, a color is set for all the molecular chain models 7 in each unit step of the molecular motion calculation.
次に、本実施形態の解析方法では、コンピュータ１が、色が設定された分子鎖モデル７（管モデル１０）を可視情報として表示する（工程Ｓ６）。可視情報は、例えば、図１に示したディスプレイ装置１ｄに表示されてもよいし、コンピュータ１に接続されたプリンター（図示省略）によって出力されてもよい。 Next, in the analysis method of the present embodiment, the computer 1 displays the molecular chain model 7 (tube model 10) in which the color is set as visible information (step S6). The visible information may be displayed, for example, on the display device 1d shown in FIG. 1 or may be output by a printer (not shown) connected to the computer 1.
このように、本実施形態の解析方法では、特徴量に応じて設定された色で、各分子鎖モデル７（管モデル１０）が可視化される。これにより、本実施形態の解析方法では、可視情報を視認したオペレータ等に、分子鎖モデル７の特徴量を一見して把握させることができる。したがって、本実施形態の解析方法は、高分子材料を容易かつ迅速に解析するのに役立つ。 Thus, in the analysis method of the present embodiment, each molecular chain model 7 (tube model 10) is visualized in a color set according to the feature amount. Accordingly, in the analysis method of the present embodiment, an operator or the like who has visually recognized the visible information can grasp at a glance the feature amount of the molecular chain model 7. Therefore, the analysis method of the present embodiment is useful for easily and quickly analyzing a polymer material.
本実施形態の工程Ｓ６では、分子の運動計算（本実施形態では、高分子材料モデル６の伸長）の開始から終了までの間、分子の運動計算の単位ステップ毎に、色が設定された分子鎖モデル７（管モデル１０）が可視情報として表示されている。本実施形態の工程Ｓ６では、分子鎖モデル７とともに、セル４が表示されている。図８は、分子の運動計算の中間時点での分子鎖モデル７の可視情報の一例を示す図である。図９は、分子の運動計算の終了後の分子鎖モデル７の可視情報の一例を示す図である。これにより、本実施形態の解析方法では、これらの可視情報を視認したオペレータ等に、分子の運動計算によって変化する各分子鎖モデル７の特徴量を、単位ステップ毎に一見して把握させることができる。 In step S6 of the present embodiment, a molecule whose color is set for each unit step of the molecule motion calculation from the start to the end of the motion calculation of the molecule (in this embodiment, the extension of the polymer material model 6). The chain model 7 (tube model 10) is displayed as visible information. In step S6 of the present embodiment, the cell 4 is displayed together with the molecular chain model 7. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of visible information of the molecular chain model 7 at an intermediate point in the motion calculation of the molecule. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of visible information of the molecular chain model 7 after the completion of the molecular motion calculation. Accordingly, in the analysis method of the present embodiment, the operator or the like who visually recognizes the visible information can grasp at a glance the feature amount of each molecular chain model 7 that changes by the calculation of the motion of the molecule at each unit step. it can.
次に、本実施形態の解析方法では、分子鎖モデル７の可視情報に基づいて、高分子材料の性能が評価される（工程Ｓ７）。本実施形態では、高分子材料モデル６の物理量が、予め定められた閾値よりも小さい場合に、応力が集中する箇所が少なく、高分子材料の性能（例えば、破壊特性や粘弾性）が良好であると評価している。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 analysis method of the present embodiment, the performance of the polymer material is evaluated based on the visible information of the molecular chain model 7 (Step S7). In the present embodiment, when the physical quantity of the polymer material model 6 is smaller than a predetermined threshold value, there are few places where stress concentrates, and the performance (for example, fracture characteristics and viscoelasticity) of the polymer material is good. We evaluate that there is. The threshold is appropriately set according to the performance required of the polymer material.
本実施形態の解析方法では、高分子材料の性能が良好であると評価された場合（工程Ｓ７において、「Ｙ」）、高分子材料が製造される（工程Ｓ８）。工程Ｓ８では、高分子材料モデル６に設定された高分子材料の諸条件（例えば、図２に示した分子鎖２の重合度、分岐度、トポロジー（形状）、及び、ブレンド比など）に基づいて、高分子材料が製造される。 In the analysis method of the present embodiment, when the performance of the polymer material is evaluated to be good (“Y” in step S7), the polymer material is manufactured (step S8). In step S8, based on various conditions of the polymer material set in the polymer material model 6 (for example, the degree of polymerization, the degree of branching, the topology (shape), and the blend ratio of the molecular chain 2 shown in FIG. 2). Thus, a polymer material is manufactured.
一方、本実施形態の解析方法では、高分子材料の性能が良好ではないと評価された場合（工程Ｓ７において、「Ｎ」）、高分子材料の諸条件を変更し（工程Ｓ９）、工程Ｓ１〜工程Ｓ７が再度実施される。 On the other hand, in the analysis method of the present embodiment, when it is evaluated that the performance of the polymer material is not good (“N” in step S7), various conditions of the polymer material are changed (step S9), and the process S1 is performed. Step S7 is performed again.
上述したように、図６に示した角度θが大きい分子鎖モデル７（管モデル１０）は、セル４の変形方向（本実施形態では、Ｘ軸方向）で隣接する分子鎖モデル７（図示省略）と絡みやすい。このような分子鎖モデル７が、図７に示す分子の運動計算の開始直前から極端に多く存在する場合、工程Ｓ９では、これらの分子鎖モデル７の角度θが小さくなるように、例えば、高分子材料の諸条件（例えば、図２に示した分子鎖２の重合度、分岐度、及び、トポロジー（形状）、及び、ブレンド比など）のいずれか一つを変更するのが望ましい。これにより、隣接する分子鎖モデル７、７の絡み合いを抑制し、高分子材料の物理量の増大（応力が集中する箇所の増大）を抑制することができる。 As described above, the molecular chain model 7 (tube model 10) having a large angle θ shown in FIG. 6 is adjacent to the molecular chain model 7 (X-axis direction in the present embodiment) in the deformation direction of the cell 4 (not shown). ) And easy to get entangled. When such a molecular chain model 7 is extremely large immediately before the start of the motion calculation of the molecule shown in FIG. 7, in step S9, the angle θ of the molecular chain model 7 is set to be small, for example, high. It is desirable to change any one of the conditions of the molecular material (for example, the degree of polymerization, the degree of branching, the topology (shape), and the blending ratio of the molecular chain 2 shown in FIG. 2). Thereby, the entanglement of the adjacent molecular chain models 7, 7 can be suppressed, and the increase in the physical quantity of the polymer material (the increase in the location where the stress is concentrated) can be suppressed.
このように、本実施形態の解析方法、及び、製造方法では、分子鎖モデル７の特徴量（本実施形態では、分子鎖モデル７の角度θ）を、分子レベルで一見して把握することができるため、高分子材料の性能を向上させるための指針を容易に得ることができる。したがって、本実施形態の解析方法、及び、製造方法では、良好な性能を有する（例えば、破壊特性や粘弾性に優れる）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 analysis method and the manufacturing method according to the present embodiment, the feature amount of the molecular chain model 7 (the angle θ of the molecular chain model 7 in the present embodiment) can be grasped at a glance at the molecular level. Therefore, a guideline for improving the performance of the polymer material can be easily obtained. Therefore, according to the analysis method and the manufacturing method of the present embodiment, a polymer material having good performance (for example, excellent in fracture characteristics and viscoelasticity) can be efficiently manufactured.
本実施形態のシミュレーション工程Ｓ４では、分子鎖モデル７の特徴量として、角度θ（図６に示す）が計算されたが、このような態様に限定されない。特徴量は、例えば、図６に示されるように、分子鎖モデル７の絡み合い点１２、１２間の距離（以下、単に「絡み合い点間距離」ということがある。）Ｌ２であってもよい。なお、この実施形態において、これまでの実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略することがある。 In the simulation step S4 of the present embodiment, the angle θ (shown in FIG. 6) is calculated as the characteristic amount of the molecular chain model 7, but the present invention is not limited to such an aspect. For example, as shown in FIG. 6, the feature amount may be a distance L2 between the entanglement points 12 and 12 of the molecular chain model 7 (hereinafter, sometimes simply referred to as "inter-entanglement point distance"). In this embodiment, the same components as those in the previous embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
分子鎖モデル７（管モデル１０）において、絡み合い点間距離Ｌ２が大きな部分（即ち、絡み合い点１２、１２の間の部分）では、隣接する分子鎖モデル７と絡みやすくなるため、その付近において、高分子材料モデル６（図４に示す）の物理量の増大に寄与する。また、分子鎖モデル７は、絡み合い点間距離Ｌ２が、伸び切り長に近づくことで、物理量の増大に寄与する。 In the molecular chain model 7 (tube model 10), at the portion where the distance L2 between the entanglement points is large (that is, the portion between the entanglement points 12 and 12), it becomes easy to entangle with the adjacent molecular chain model 7, so that in the vicinity, This contributes to an increase in the physical quantity of the polymer material model 6 (shown in FIG. 4). The molecular chain model 7 contributes to an increase in physical quantity when the distance L2 between entanglement points approaches the extended length.
一方、分子鎖モデル７において、絡み合い点間距離Ｌ２が小さい部分では、隣接する分子鎖モデル７と絡みにくいため、高分子材料モデル６の物理量の増大に寄与しない。このように、絡み合い点間距離Ｌ２は、高分子材料モデル６の物理量に影響する分子鎖モデル７（管モデル１０）の特徴を示すことができる。 On the other hand, in the portion of the molecular chain model 7 where the distance L2 between the entanglement points is small, the portion is less likely to be entangled with the adjacent molecular chain model 7, and therefore does not contribute to an increase in the physical quantity of the polymer material model 6. As described above, the distance L2 between the entanglement points can indicate the characteristic of the molecular chain model 7 (tube model 10) that affects the physical quantity of the polymer material model 6.
図１０は、本発明の他の実施形態での分子の運動計算の開始前の分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。図１１は、分子の運動計算の中間時点での分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。図１２は、分子の運動計算の終了後の分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of visible information of a molecular chain model before the start of molecular motion calculation according to another embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of visible information of a molecular chain model at an intermediate point in the calculation of molecular motion. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of visible information of the molecular chain model after the completion of the molecular motion calculation.
この実施形態の工程Ｓ５において、色情報１３は、絡み合い点間距離Ｌ２（図６に示す）が小さくなるほど（この実施形態では、下限値に近づくほど）、白色（色が薄く）に定義されている。一方、色情報は、絡み合い点間距離Ｌ２が大きくなるほど（この実施形態では、上限値に近づくほど）、黒色（色が濃く）に定義されている。色情報１３の絡み合い点間距離Ｌ２の上限値、及び、下限値は、シミュレーション後の絡み合い点間距離Ｌ２の最大値、及び、最小値に基づいて適宜設定することができる。なお、色情報１３の上限値、及び、下限値は、任意の値を設定することができる。例えば、上限値を予め定められた閾値に設定することで、絡み合い点間距離Ｌ２が閾値以上の分子鎖モデル７を容易に特定することができる。 In step S5 of this embodiment, the color information 13 is defined as white (lighter color) as the distance L2 between entanglement points (shown in FIG. 6) decreases (in this embodiment, approaches the lower limit). I have. On the other hand, the color information is defined as black (the color is darker) as the distance L2 between the entanglement points increases (in this embodiment, as the distance L2 approaches the upper limit). The upper limit value and the lower limit value of the inter-entanglement point distance L2 of the color information 13 can be appropriately set based on the maximum value and the minimum value of the inter-entanglement point distance L2 after the simulation. The upper limit and the lower limit of the color information 13 can be set to any values. For example, by setting the upper limit to a predetermined threshold value, it is possible to easily specify the molecular chain model 7 in which the distance L2 between entanglement points is equal to or larger than the threshold value.
この実施形態の工程Ｓ５では、先ず、色情報１３において、分子鎖モデル７（管モデル１０）の絡み合い点間距離Ｌ２に該当する階級が特定される。そして、工程Ｓ５では、特定された階級の色が、分子鎖モデル７を構成する各絡み合い点１２、１２間に設定される。 In step S5 of this embodiment, first, in the color information 13, a class corresponding to the distance L2 between the entanglement points of the molecular chain model 7 (tube model 10) is specified. Then, in the step S5, the color of the specified class is set between the entanglement points 12 constituting the molecular chain model 7.
この実施形態の工程Ｓ６では、絡み合い点間距離Ｌ２に応じて、絡み合い点１２、１２間に色が設定された分子鎖モデル（管モデル１０）が可視情報として表示される。これにより、工程Ｓ６では、可視情報を視認したオペレータ等に、分子鎖モデル７の絡み合い点間距離Ｌ２を一見して把握させることができる。 In step S6 of this embodiment, a molecular chain model (tube model 10) in which a color is set between the entanglement points 12, 12 is displayed as visible information according to the entanglement point distance L2. Thereby, in step S6, the operator or the like who has visually recognized the visible information can grasp at a glance the distance L2 between the entanglement points of the molecular chain model 7.
この実施形態の工程Ｓ７では、前実施形態と同様に、高分子材料モデル６の物理量が、予め定められた閾値よりも小さい場合に、高分子材料の性能（例えば、破壊特性や粘弾性）が良好であると評価している。そして、高分子材料の性能が良好ではないと評価された場合（工程Ｓ７において、「Ｎ」）、高分子材料の諸条件を変更する工程Ｓ９が実施される。 In step S7 of this embodiment, similarly to the previous embodiment, when the physical quantity of the polymer material model 6 is smaller than a predetermined threshold, the performance (for example, fracture characteristics and viscoelasticity) of the polymer material is reduced. It is evaluated as good. When it is determined that the performance of the polymer material is not good (“N” in step S7), step S9 of changing various conditions of the polymer material is performed.
上述したように、分子鎖モデル７（管モデル１０）において、絡み合い点間距離Ｌ２が大きい部分（即ち、絡み合い点１２、１２の間の部分）では、隣接する分子鎖モデル７と絡みやすいため、高分子材料モデル６の物理量の増大に寄与する。このような絡み合い点間距離Ｌ２が大きい部分が、図１０に示す分子の運動計算の開始直前から多く存在する場合、工程Ｓ９では、これらの絡み合い点間距離Ｌ２が小さくなるように、例えば、高分子材料の諸条件（例えば、図２に示した分子鎖２の重合度、分岐度、及び、トポロジー（形状）、及び、ブレンド比など）のいずれか一つを変更するのが望ましい。これにより、隣接する分子鎖モデル７に絡みにくくなり、高分子材料の物理量の増大（応力が集中する箇所の増大）の抑制を図ることができる。 As described above, in the part of the molecular chain model 7 (tube model 10) where the distance L2 between the entanglement points is large (that is, the part between the entanglement points 12 and 12), it is easy to entangle with the adjacent molecular chain model 7. This contributes to an increase in the physical quantity of the polymer material model 6. If there are many portions where the distance L2 between the entanglement points is large immediately before the start of the calculation of the motion of the molecule shown in FIG. 10, in step S9, the distance L2 between the entanglement points is set to be small, for example, high. It is desirable to change any one of the conditions of the molecular material (for example, the degree of polymerization, the degree of branching, the topology (shape), and the blending ratio of the molecular chain 2 shown in FIG. 2). This makes it difficult for the molecular chain model 7 to be entangled with the adjacent molecular chain model 7, thereby suppressing an increase in the physical quantity of the polymer material (an increase in locations where stress is concentrated).
このように、この実施形態の解析方法、及び、製造方法では、分子鎖モデル７の特徴量（この実施形態では、絡み合い点間距離Ｌ２）を、分子レベルで一見して把握することができるため、高分子材料の性能を向上させるための指針を容易に得ることができる。したがって、本実施形態の解析方法、及び、製造方法では、良好な性能を有する（例えば、破壊特性や粘弾性に優れる）高分子材料を、効率よく製造することができる。 As described above, according to the analysis method and the manufacturing method of this embodiment, the feature amount of the molecular chain model 7 (the distance L2 between entanglement points in this embodiment) can be grasped at a glance at the molecular level. In addition, a guideline for improving the performance of a polymer material can be easily obtained. Therefore, according to the analysis method and the manufacturing method of the present embodiment, a polymer material having good performance (for example, excellent in fracture characteristics and viscoelasticity) can be efficiently manufactured.
これまでの実施形態では、分子鎖モデル７の特徴量として、分子鎖モデル７の角度θ（図６に示す）や、絡み合い点間距離Ｌ２（図６に示す）が計算されたが、このような態様に限定されない。特徴量は、例えば、図６に示した分子鎖モデル７の結合鎖モデル９に作用する応力（以下、単に「応力」ということがある。）であってもよい。なお、この実施形態において、これまでの実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略することがある。 In the embodiments described above, the angle θ of the molecular chain model 7 (shown in FIG. 6) and the distance L2 between the entanglement points (shown in FIG. 6) are calculated as the feature amounts of the molecular chain model 7. The present invention is not limited to this embodiment. The feature amount may be, for example, a stress acting on the bond chain model 9 of the molecular chain model 7 shown in FIG. 6 (hereinafter, may be simply referred to as “stress”). In this embodiment, the same components as those in the previous embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
この実施形態のシミュレーション工程Ｓ４では、図６に示した管モデル１０が用いられる。結合鎖モデル９の応力は、論文３（J. Chem. Phys. 133, 174902 (2010））に基づいて、下記式（１）で計算することができる。 In the simulation step S4 of this embodiment, the pipe model 10 shown in FIG. 6 is used. The stress of the bond chain model 9 can be calculated by the following equation (1) based on the paper 3 (J. Chem. Phys. 133, 174902 (2010)).
ここで、
σ：結合鎖モデルの応力
Ｎeq：平衡状態の分子鎖モデルの総モノマー数
ｒ：結合鎖モデルのベクトル
ｎ：粒子モデルのモノマー数
here,
σ: stress of the bond chain model N eq : total number of monomers of the molecular chain model in an equilibrium state r: vector of the bond chain model n: number of monomers of the particle model
上記応力σは、分子鎖モデル７に含まれる複数の結合鎖モデル９に由来する系全体の応力である。応力σが小さいと、結合鎖モデル９は、高分子材料モデル６の物理量の増大にあまり寄与しない。一方、応力σが大きいと、結合鎖モデル９は、高分子材料モデル６の物理量の増大に寄与する。このように、応力σは、高分子材料モデル６の物理量に影響する分子鎖モデル７の特徴を示すことができる。 The stress σ is a stress of the entire system derived from the plurality of bond chain models 9 included in the molecular chain model 7. When the stress σ is small, the bond chain model 9 does not contribute much to an increase in the physical quantity of the polymer material model 6. On the other hand, when the stress σ is large, the bond chain model 9 contributes to an increase in the physical quantity of the polymer material model 6. As described above, the stress σ can indicate the characteristic of the molecular chain model 7 that affects the physical quantity of the polymer material model 6.
図１３は、本発明のさらに他の実施形態での分子の運動計算の開始前の分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。図１４は、分子の運動計算の中間時点での分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。図１５は、分子の運動計算の終了後の分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of visible information of a molecular chain model before the start of molecular motion calculation according to still another embodiment of the present invention. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the visible information of the molecular chain model at an intermediate point in the motion calculation of the molecule. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of visible information of the molecular chain model after the calculation of the motion of the molecule is completed.
この実施形態の工程Ｓ５において、色情報１３は、結合鎖モデル９の応力σが小さくなるほど（この実施形態では、下限値に近づくほど）、白色（色が薄く）に定義されている。一方、色情報１３は、応力σが大きくなるほど（この実施形態では、上限値に近づくほど）、黒色（色が濃く）に定義されている。応力σの上限値及び下限値は、例えば、シミュレーション後の応力σの最大値及び最小値に基づいて適宜設定することができる。なお、色情報１３の上限値、及び、下限値は、任意の値を設定することができる。例えば、上限値を予め定められた閾値に設定することで、応力σが閾値以上の分子鎖モデル７を容易に特定することができる。 In step S5 of this embodiment, the color information 13 is defined as white (the color is lighter) as the stress σ of the bond chain model 9 decreases (in this embodiment, approaches the lower limit). On the other hand, the color information 13 is defined as black (darker color) as the stress σ increases (in this embodiment, approaches the upper limit). The upper limit value and the lower limit value of the stress σ can be appropriately set based on, for example, the maximum value and the minimum value of the stress σ after the simulation. The upper limit and the lower limit of the color information 13 can be set to any values. For example, by setting the upper limit to a predetermined threshold, the molecular chain model 7 having a stress σ equal to or larger than the threshold can be easily specified.
この実施形態の工程Ｓ５では、先ず、色情報１３において、結合鎖モデル９の応力σに該当する階級が特定される。そして、工程Ｓ５では、特定された階級の色が、分子鎖モデル７を構成する結合鎖モデル９にそれぞれ設定される。 In step S5 of this embodiment, first, the class corresponding to the stress σ of the bond chain model 9 is specified in the color information 13. Then, in step S5, the color of the specified class is set for each of the bond chain models 9 constituting the molecular chain model 7.
この実施形態の工程Ｓ６では、応力σに応じて結合鎖モデル９に色が設定された分子鎖モデル７が可視情報として表示される。これにより、工程Ｓ６では、可視情報を視認したオペレータ等に、結合鎖モデル９の応力σを一見して把握させることができる。 In step S6 of this embodiment, the molecular chain model 7 in which the color is set in the bond chain model 9 according to the stress σ is displayed as visible information. Thereby, in step S6, the operator or the like who has visually recognized the visible information can grasp at a glance the stress σ of the bond chain model 9.
この実施形態の工程Ｓ７では、これまでの実施形態と同様に、高分子材料モデル６の物理量が、予め定められた閾値よりも小さい場合に、応力の集中が生じていないため、高分子材料の性能（例えば、破壊特性や粘弾性）が良好であると評価している。そして、高分子材料の性能が良好ではないと評価された場合（工程Ｓ７において、「Ｎ」）、高分子材料の諸条件を変更する工程Ｓ９が実施される。 In step S7 of this embodiment, as in the previous embodiments, when the physical quantity of the polymer material model 6 is smaller than a predetermined threshold, stress concentration does not occur. It is evaluated that performance (for example, fracture characteristics and viscoelasticity) is good. When it is determined that the performance of the polymer material is not good (“N” in step S7), step S9 of changing various conditions of the polymer material is performed.
上述したように、応力σが大きい結合鎖モデル９は、高分子材料モデル６の物理量の増大に寄与する。このような結合鎖モデル９が、図１５に示す分子の運動計算の終了後に多く存在する場合、工程Ｓ９では、これらの結合鎖モデル９の応力σが小さくなるように、例えば、高分子材料の諸条件（例えば、分子鎖２の重合度、分岐度、及び、トポロジー（形状）、及び、ブレンド比など）のいずれか一つを変更するのが望ましい。これにより、高分子材料の物理量の増大（応力が集中する箇所の増大）の抑制を図ることができる。 As described above, the bond chain model 9 having a large stress σ contributes to an increase in the physical quantity of the polymer material model 6. If many such bond chain models 9 exist after the completion of the molecular motion calculation shown in FIG. 15, in step S9, for example, a polymer material is formed so that the stress σ of these bond chain models 9 decreases. It is desirable to change any one of the various conditions (for example, the degree of polymerization, the degree of branching, and the topology (shape) of the molecular chain 2 and the blend ratio). Thereby, it is possible to suppress an increase in the physical quantity of the polymer material (an increase in locations where stress is concentrated).
このように、この実施形態の解析方法、及び、製造方法では、分子鎖モデル７の特徴量（この実施形態では、結合鎖モデル９の応力σ）を、分子レベルで一見して把握することができるため、高分子材料の性能向上の指針を容易に得ることができる。したがって、本実施形態の解析方法、及び、製造方法では、良好な性能を有する（例えば、破壊特性や粘弾性に優れる）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 analysis method and the manufacturing method according to this embodiment, the feature amount of the molecular chain model 7 (the stress σ of the bond chain model 9 in this embodiment) can be grasped at a glance at the molecular level. Therefore, a guideline for improving the performance of the polymer material can be easily obtained. Therefore, according to the analysis method and the manufacturing method of the present embodiment, a polymer material having good performance (for example, excellent in fracture characteristics and viscoelasticity) can be efficiently manufactured.
これまでの実施形態では、分子鎖モデル７の特徴量として、分子鎖モデル７の角度θ（図６に示す）、絡み合い点間距離Ｌ２（図６に示す）、及び、結合鎖モデルの応力σ（図示省略）のいずれか一つが計算されたが、このような態様に限定されない。例えば、高分子材料モデル６の物理量に影響する分子鎖モデル７の特徴を数値化したものであれば、特に限定されない。 In the embodiments described above, the characteristic amount of the molecular chain model 7 includes the angle θ of the molecular chain model 7 (shown in FIG. 6), the distance L2 between entanglement points (shown in FIG. 6), and the stress σ of the bond chain model. Although one of them (not shown) was calculated, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, there is no particular limitation as long as the characteristics of the molecular chain model 7 that affect the physical quantity of the polymer material model 6 are quantified.
また、分子鎖モデル７の特徴量として、分子鎖モデル７の角度θ（図６に示す）、絡み合い点間距離Ｌ２（図６に示す）、及び、結合鎖モデルの応力σ（図示省略）の少なくとも２つが計算されてもよい。このように、複数の特徴量に基づいて、分子鎖モデル７に色が設定されることにより、オペレータ等は、これらの特徴量を一見して把握することができる。これにより、高分子材料の性能向上の指針を、さらに容易に得ることができる。 The characteristic amounts of the molecular chain model 7 include the angle θ (shown in FIG. 6) of the molecular chain model 7, the distance L2 between entanglement points (shown in FIG. 6), and the stress σ (not shown) of the bond chain model. At least two may be calculated. As described above, by setting colors in the molecular chain model 7 based on a plurality of feature amounts, an operator or the like can grasp these feature amounts at a glance. Thereby, a guideline for improving the performance of the polymer material can be more easily obtained.
複数の特徴量を同時に可視化する場合には、一方の特徴量を分子鎖モデル７の色で表現し、他方の特徴量を分子鎖モデル７の太さで表現してもよい。なお、太さは、特徴量の階級毎に異なるように定義することができる。これにより、分子鎖モデル７は、複数の特徴量を異なる形式で同時に可視化することができるため、高分子材料を容易かつ迅速に解析するのに役立つ。 When a plurality of feature values are simultaneously visualized, one feature value may be represented by the color of the molecular chain model 7 and the other feature value may be represented by the thickness of the molecular chain model 7. The thickness can be defined so as to be different for each class of the feature amount. Thereby, the molecular chain model 7 can simultaneously visualize a plurality of feature amounts in different formats, and thus is useful for easily and quickly analyzing a polymer material.
これまでの実施形態の分子鎖モデル７は、管モデルである場合が例示されたが、特に限定されるわけではない。分子鎖モデル７は、例えば、Kremer-Grestモデルや、ＤＰＤ（散逸粒子動力学法）に基づくモデルや、全原子モデル等であってもよい。このような分子鎖モデル７が用いられることにより、分子鎖モデル７の特徴量をより詳細に把握することができる。 Although the case where the molecular chain model 7 in the embodiments described above is a tube model has been exemplified, it is not particularly limited. The molecular chain model 7 may be, for example, a Kremer-Grest model, a model based on DPD (dissipative particle dynamics method), an all-atom model, or the like. By using such a molecular chain model 7, the feature amount of the molecular chain model 7 can be grasped in more detail.
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、分子鎖を有する高分子材料の解析が実施された（実施例１〜３）。実施例１〜３では、分子鎖モデルを対象とする分子の運動計算を実行して、分子鎖モデルの特徴量がそれぞれ計算された。 According to the processing procedure shown in FIG. 3, the analysis of the polymer material having a molecular chain was performed (Examples 1 to 3). In Examples 1 to 3, the motion calculation of the molecule for the molecular chain model was executed, and the characteristic amount of the molecular chain model was calculated.
実施例１では、基準方向と分子鎖モデルの絡み合い点間を結ぶ直線とがなす角度θが、分子鎖モデルの特徴量として計算された。実施例２では、分子鎖モデルの絡み合い点間距離Ｌ２が、分子鎖モデルの特徴量として計算された。実施例３では、分子鎖モデルの応力σが、分子鎖モデルの特徴量として計算された。 In the first embodiment, the angle θ formed between the reference direction and the straight line connecting the entanglement points of the molecular chain model was calculated as the characteristic amount of the molecular chain model. In Example 2, the distance L2 between the entanglement points of the molecular chain model was calculated as the characteristic amount of the molecular chain model. In Example 3, the stress σ of the molecular chain model was calculated as the feature value of the molecular chain model.
そして、実施例１〜３では、特徴量の階級毎に異なる色が定義された色情報に基づいて、分子鎖モデルに色を設定する工程と、色が設定された分子鎖モデルを可視情報として表示する工程とが実施された。共通仕様は、次のとおりである。
セル：
一辺の長さＬ１：８（単位は、単位長さa）
単位体積（a3）に含まれる絡み合いセグメントの数：１０
分子鎖モデル：
分子形状：直鎖
分子量：２５（単位は絡み合い点間分子量）
変形計算：
数値積分の時間刻み：０．０１（単位はτe）
変形前の平衡化時間：３００（単位はτe）
変形条件：一軸伸長、アフィン変形
変形速度：０．００９７９（単位は１/τe）
変形計算を終了する時間ステップ：２００（単位はτe）
絡み合い点間距離Ｌ２：
上限値：２１．３０
下限値：０．１０
分子鎖モデルの応力σ：
上限値：１９４２．３
下限値：０．０
In the first to third embodiments, a step of setting a color in the molecular chain model based on color information in which a different color is defined for each class of the feature amount, and using the molecular chain model in which the color is set as visible information. The steps of displaying were performed. The common specifications are as follows.
cell:
Length of one side L1: 8 (unit is unit length a)
Number of entangled segments contained in unit volume (a 3 ): 10
Molecular chain model:
Molecular shape: straight chain
Molecular weight: 25 (unit is molecular weight between entanglement points)
Deformation calculation:
Time step of numerical integration: 0.01 (unit is τ e )
Equilibration time before deformation: 300 (unit is τ e )
Deformation conditions: uniaxial extension, affine deformation
Deformation speed: 0.00979 (unit is 1 / τ e )
Time step to finish deformation calculation: 200 (unit is τ e )
Distance L2 between entanglement points:
Upper limit: 21.30
Lower limit: 0.10
Stress σ of molecular chain model:
Upper limit: 1942.3
Lower limit: 0.0
図７〜図９は、実施例１の分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。図１０〜図１２は、実施例２の分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。図１３〜図１５は、実施例３の分子鎖モデルの可視情報の一例を示す図である。 7 to 9 are diagrams illustrating an example of visible information of the molecular chain model according to the first embodiment. FIGS. 10 to 12 are diagrams illustrating an example of visible information of the molecular chain model according to the second embodiment. 13 to 15 are diagrams illustrating an example of visible information of the molecular chain model according to the third embodiment.
テストの結果、実施例１〜３は、可視情報を視認したオペレータ等によって、分子鎖モデルの特徴量を一見して把握することができた。これにより、実施例１〜３では、高分子材料を容易かつ迅速に解析することができた。さらに、実施例では、高分子材料の性能を向上させるための指針を容易に得ることができるため、良好な性能を有する高分子材料を、効率よく製造することができた。 As a result of the test, in Examples 1 to 3, the operator or the like who visually recognized the visible information could grasp at a glance the feature amount of the molecular chain model. Thereby, in Examples 1 to 3, the polymer material could be analyzed easily and quickly. Furthermore, in the examples, since a guideline for improving the performance of the polymer material could be easily obtained, a polymer material having good performance could be efficiently produced.
Ｓ２ モデリング工程
Ｓ４ シミュレーション工程
Ｓ５ 分子鎖モデルに色を設定する工程
Ｓ６ 分子鎖モデルを可視情報として表示する工程
S2 modeling step S4 simulation step S5 step of setting a color in the molecular chain model S6 step of displaying the molecular chain model as visible information
Claims (5)
前記分子鎖をモデリングした分子鎖モデルを、前記コンピュータに入力するモデリング工程と、
前記コンピュータが、前記分子鎖モデルを対象とする分子の運動計算を実行して、前記分子鎖モデルの特徴量を計算するシミュレーション工程と、
前記コンピュータが、予め定義されている前記特徴量の階級毎に異なる色が定義された色情報に基づいて、前記分子鎖モデルに色を設定する工程と、
前記コンピュータが、前記色が設定された前記分子鎖モデルを可視情報として表示する工程とを含む、
高分子材料の解析方法。 A method for analyzing a polymer material having a molecular chain using a computer,
A modeling step of inputting the molecular chain model obtained by modeling the molecular chain to the computer,
A simulation step in which the computer executes a motion calculation of a molecule targeting the molecular chain model, and calculates a feature amount of the molecular chain model;
A step in which the computer sets a color in the molecular chain model based on color information in which a different color is defined for each class of the feature amount defined in advance,
Displaying the molecular chain model in which the color is set as visible information,
Analysis method for polymer materials.
前記シミュレーション工程は、前記セルを予め定められた方向に変形させる工程を含み、
前記基準方向は、前記セルの変形方向である、請求項２記載の高分子材料の解析方法。 Further comprising a step of arranging the molecular chain model inside a cell which is a virtual space corresponding to a part of the polymer material,
The simulation step includes a step of deforming the cell in a predetermined direction,
3. The method for analyzing a polymer material according to claim 2, wherein the reference direction is a deformation direction of the cell.
前記性能が良好であると評価された前記高分子材料を製造する工程とを含む、
高分子材料の製造方法。 A step of evaluating the performance of the polymer material based on the visible information according to any one of claims 1 to 4,
Producing the polymer material evaluated as having good performance,
A method for producing a polymer material.
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| JP2018166257A JP2020038565A (en) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | Analysis method for polymer material and production method therefor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118072892A (en) * | 2024-04-24 | 2024-05-24 | 合肥微观纪元数字科技有限公司 | Mechanical property analysis method and equipment for hyaluronic acid-polyethylene glycol hydrogel |
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2018
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