Microscopic basis of entanglement model by molecular dynamics simulation

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03876
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: Takimoto Jun-ichi 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (50261714)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: からみあい / 分子動力学シミュレーション / 摩擦低減 / スリップ・リンクモデル

Outline of Final Research Achievements

Simulation of the dynamics of polymeric liquids takes very long time due to the entanglement interaction among polymer chains. To overcome this difficulty, various slip-link (SL) models (highly coarse grained models that take account of only the entanglement) has been proposed (by us and other researchers). In order to verify and improve SL models, more realistic (but time consuming) molecular dynamics (MD) simulation is used. Under fast shear flow, even if there are entanglements, polymer chains can rotate because chains are pulled out of entanglements due to flow, and the rotation frequency agree between MD and SL, indicating that release and recreation of the entanglements under flow is correctly handled by SL model. We also studied the reduction of the friction due to the orientation and stretch of the chains by the flow.

Free Research Field

高分子レオロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高分子材料は、殆どの場合、溶融状態において成形加工されて製品となる。成形加工性を向上することは、高分子材料の利用範囲を広げるだけでなく、使用料の削減や、リサイクル性の向上にも結びつく。この成形性に最も影響するのが材料のレオロジー（どのよう流動・変形によりどんな力が発生するか）である。しかし、レオロジーの分子動力学シミュレーションに予測は長時間の計算を要するため、絡み合い相互作用のみを抽出したスリップ・リンクモデルが、我々を含め複数の研究者により提案されている。このモデルを、特に高速流動下にも使える様にするための改良（流動による分子鎖の伸長・配向による摩擦低減など）に関する情報を得た。