液晶高分子を用いた繊維強化複合材料の成形過程における流動解析

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05452153
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中村 喜代次 大阪大学, 工学部, 教授 (30029178)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 保田 和則 大阪大学, 工学部, 助手 (80239756) ; 森 教安 大阪大学, 工学部, 助教授 (30124069)
• Keywords: 液晶高分子 / TIFモデル / Doiモデル / 円柱周りの流れ / 円柱列流路 / 分子配向 / 差分法

Research Abstract

本年度の研究内容およびその成果は以下の通りである.
(1)液晶高分子の構成式の検討
HPC(ヒドロキシプロピルセルロース)の50wt%および60wt%水溶液に対して,従来のDoiモデルよりも溶媒と液晶分子の相互作用の項を考慮した修正Doiモデルのほうが,高せん断速度領域で粘度曲線との良好な一致が得られることがわかった.
(2)TIFモデルによるシミュレーション
Leslie-Ericksenモデルに高粘性近似を用いて導かれたモデル(TIFモデル)により,円柱を有する平行平板間流れのシミュレーションを行った.パラメータλ(>1)が1に近づくと流れ方向に分子が向いた領域が円柱後方に長くつづくことがわかった.これは,実験で得られている結果と一致する.また,円柱列を通る流れの計算も行った.その結果,二次流れが物性に大きく影響を受けることが明らとなった.
(3)Doiモデルによるシミュレーション
修正Doiモデルにより,円柱を有する平行平板間流れのシミュレーションを行った.TIFモデルの結果と同様の円柱後方の分子が配向した領域の存在が確認された.さらに,拡大流れによって回転した分子が中心軸付近ではゆっくりと回転するために,円柱のかなり後方まで配向の乱れが残ることが明らかとなった.
(4)偏光顕微鏡による配向の観察
シミュレーション結果と実際の配向状態の比較を行うために,HPC水溶液により円柱を有する平行平板流路内の流れの観察を行った.それより,シミュレーションで得られた配向状態と定性的に一致していると考えられる結果を得た.また,流動中に奇妙な縞が観察され,流動により何らかの構造ができていることが推察された.

Research Products

• [Publications] 辻裕,森教安,中村喜代次: "液晶高分子の流れのシミュレーション(円柱を有する平行平板流路流れ)" 日本繊維機会学会第46回年次大会研究発表論文集. 208-209 (1993)
• [Publications] 森教安,辻裕,中村喜代次: "円柱を有する平行平板間流路における液晶高分子の流れのシミュレーション" 機械学会論文集(B編). 60(掲載予定). (1994)