非晶性高分子材料の変形挙動のマイクロ・メゾ・マクロメカニカルモデルの構築

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555032
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 富田 佳宏 神戸大学, 工学部, 教授 (10031147)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安達 泰治 神戸大学, 工学部, 助手 (40243323) ; 渋谷 陽二 神戸大学, 工学部, 助教授 (70206150) ; 中井 善一 神戸大学, 工学部, 助教授 (90155656)
• Keywords: 非晶性ポリマー / 構成式 / 階層モデル / くびれ伝播挙動 / AFM観察 / 計算機シミュレーション / 非アッフィンモデル / 分子鎖網目モデル

Research Abstract

近年高分子材料として多種多様な用徐に広範に使われている.しかしながら,その変形応答は金属材料とは異なり,微妙な熱,変形速度等の変化に強く依存している.これは,微視的には,空間的には階層構造をなしている材料の下位の層の固有な構造に変化が生じ,それが巨視的な変形特性に影響を及ぼした結果である.したがって,本質的にこのような材料の挙動を解明しようとするとき,最も基本となるマイクロな原子レベルまで遡り,その構造の運動から変形機構を解明し,より高位のメゾ・マイクロレベルの層の変形挙動を予知することは最も基本的である.
本研究では,変形に伴うポリマーのマイクロスケールからメゾスケールの構造の変化及び成長を走査型原子間力顕微鏡を用いて詳細に観察し,その特徴を明らかにした.次に,得られた実験・観察結果を反映する分子運動力学によるマイクロスケールの変形挙動のシミュレーションモデルを構築した.さらに,マイクロスケールの変形挙動を平均化することにより,高分子鎖の変形による伸びあるいは回転に対する抵抗,あるいは高分子鎖の変形とそれをとりまく回りの物質との変形の差を検討した.また,メゾスケールの高分子鎖の回転および配向によるマイクロスケールの応答の異方性,まらびに変形環境による非晶性から結晶性への相変態を含むメゾスケールの状態変化及びそれを反映したマイクロスケールの高次連続体モデルを構築した.以上の検討により,階層構造をなすポリマーの最も基本となる原子レベルから目ぞ,マクロレベルの変形挙動の詳細なシミュレーションプログラムを作成することが可能となり,高分子材料の巨視的な外力及び変形拘束のもとでのマイクロ・メゾ・マクロスケールの構造変化を予知することが可能となった.

Research Products

• [Publications] 冨田佳宏,田中繁之: "からみ点変化を考慮した分子鎖網目理論によるガラス状ポリマーの構成式と変形挙動のシミュレーション" 日本機械学会論文集. 61A-581. 120-126 (1995)
• [Publications] Y.TOMITA and S.TANAKA: "Prediction of Deformation Behavior of Glassy Polymers Based on Molecular Chain Network Model." International Jonrnal of Solids and Structures. 32-23. 3423-3434 (1995)
• [Publications] Y.KASHU,Y.TOMITA,and Tajii ADACHI: "AFM Observation of Microscopic Behabior of Glassy Polymer with Application to Understanding of Microscopic Behavior" Advances in Engineering Plasticity and Its Applications,(Eds.T.Abe and T.Tsuta),Pergamon.501-505 (1996)
• [Publications] Y.TOMITA and T.ADACHI: "Modelling of Constitutive Equation for Glassy Polymer Based on Nonaffine Network Theory and Its Application to Instability Propagation." Advances in Engineering Plasticity and Its Applications,(Eds.T.Abe and T.Tsuta),Pergamon.567-572 (1996)
• [Publications] 冨田佳宏,宮本浩臣,安達泰治: "予変形を受ける非晶性ポリマーの変形挙動のシミュレーション" 第46回塑性加工連合講演論文集. 331-332 (1996)
• [Publications] Y.TOMITA and T.ADACHI: "Constitutive Equation for Glassy Polymer Based on Nonaffine Network Yheory and Its Application to Instability Propagation of Plane Strain Blocks with Predrawing." XLXth International Corgress of Theoretical and Applied Mechanics,Abstracts. 763 (1996)
• [Publications] 加集陽介,冨田佳宏,安達泰治: "延伸を受けたポリマーのナノ構造のAFM観察" 日本機械学会平成8年度材料力学部門講演会論文集. 96-10B. 477-478 (1996)
• [Publications] 冨田佳宏: "ガラス状ポリマーの分子鎖網目理論による構成式と変形挙動のシミュレーション" Journal of the JSTP. 37-424. 485-491 (1996)