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高分子流体のマルチスケールシミュレーション法の開発と成形加工プロセスへの応用

Research Project

Project/Area Number 18J10643
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
Research InstitutionKyoto University
Research Fellow 佐藤 健  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords高分子からみあい系 / レオロジー / マルチスケールシミュレーション / 流体粒子法 / エネルギー収支式 / Slip-linkモデル / 粒子法
Outline of Annual Research Achievements

(1)Multi-Scale Simulation(MSS)への応用を志向したミクロモデルの改良と考察:MSS法には,からみあい状態にある高分子の分子論に基づいたミクロモデル[Doi & Takimoto (2003)]を用いる.本年度は,「摩擦低減効果によって改良したミクロモデルから得られる高分子の状態」に着目した研究を行った.具体的には,ミクロモデルから得られるからみあい・分子配向・伸長について,より詳細な粗視化モデルと比較を行い,その妥当性の検討した.その結果,本研究のミクロモデルは,分子鎖の伸長特性を応力に強く反映するモデルであり,伸長を伴う高ひずみ速度域の分子状態については,さらなる検討が必要であるという結論を得た.
(2)MSS法の深化:ミクロモデルとマクロモデルを関連付けるMSS法について,本年度は,(i)分子量分布を持つ高分子溶融体の流動問題,(ii)温度分布を考慮した高分子溶融体の流動問題の2つに取り組んだ.
(i)工業的には,所望の物性を付与するために,多分散の高分子溶融体を用いることが多い.昨年度の研究(単分散)から発展して,分子量分布を有するからみあい高分子溶融体について,急縮小・急拡大流路における流動問題をMSS法を用いて解析することを可能とした.具体的には,分子量の小さな高分子溶融体に,分子量の大きな成分を少量添加した系を検討した.結果として,高分子量成分に由来する大きな応力によって,系の流量が小さくなることを確認した.
(ii)流動中の温度変化は,高分子の運動性の変化と関係する.マクロレベルについてエネルギー収支式を取り入れ,ミクロレベルについて「温度を変化と時間スケールの変化が等価である」という高分子レオロジーの理論を援用することで,非等温のMSSモデルを構築した.構築したMSSによって,温度の上昇に伴う高分子の緩和の加速を表現することができた.

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(15 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Journal Article] A Review on Transport Phenomena of Entangled Polymeric Liquids2020

    • Author(s)
      Takeshi Sato
    • Journal Title

      Nihon Reoroji Gakkaishi (Journal of the Society of Rheology, Japan)

      Volume: 48 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1678/rheology.48.1

    • NAID

      130007808455

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rheology and Entanglement Structure of Well-Entangled Polymer Melts: A Slip-Link Simulation Study2019

    • Author(s)
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 52 Pages: 3951-3964

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b00314

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multiscale Simulations of Flows of a Well-Entangled Polymer Melt in a Contraction?Expansion Channel2019

    • Author(s)
      Sato Takeshi、Harada Kohei、Taniguchi Takashi
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 52 Pages: 547-564

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.8b00649

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Multi-Scale Simulation for Temperature Dependent Flows of Entangled Polymer Melts2020

    • Author(s)
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • Organizer
      The International Workshop for East Asian Young Rheologists (IWEAYR 15)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高速流動下におけるからみあい高分子のダイナミクス:摩擦低減効果の影響2019

    • Author(s)
      佐藤健,谷口貴志
    • Organizer
      日本レオロジー学会第46年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 微粒子を含む高分子流動の解析:マルチスケールシミュレーションによるアプローチ2019

    • Author(s)
      佐藤健,谷口貴志
    • Organizer
      第67回レオロジー討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Slip-link Simulations of Entangled Linear Polymer Melts under Fast Flows: Effect of the Stretch/Orientation-Induced Reduction of Friction2019

    • Author(s)
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • Organizer
      Annual European Rheology Conference 2019 (AERC 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Slip-link Simulations of Well-Entangled Linear Polymer Melts under Fast Flows: Role of the Stretch/Orientation-Induced Reduction of Friction2019

    • Author(s)
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • Organizer
      Polymers in Fast Flows
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dynamics of Entangled Polymer Melts under Fast Flows: A Slip-link Simulation Study2019

    • Author(s)
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • Organizer
      The International Workshop for East Asian Young Rheologists (IWEAYR 14)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Slip-link Simulations under Fast Flows: Effect of the Stretch/Orientation-Induced Reduction of Friction2019

    • Author(s)
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • Organizer
      APS March Meeting 2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A multiscale simulation study for flows of a well-entangled polymer melt in a contraction-expansion channel2018

    • Author(s)
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • Organizer
      The 7th Pacific Rim Conference on Rheology (PRCR2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Relation between Macroscopic Flows in a Contraction-Expansion Channel and Dynamics of Well-Entangled Polymer Chains2018

    • Author(s)
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • Organizer
      The 9th Multiscale Materials Modeling (MMM2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Slip-linkモデルにおけるからみあいの解析2018

    • Author(s)
      佐藤健,谷口貴志
    • Organizer
      日本レオロジー学会第45年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 急縮小・急拡大流路における高分子溶融体の移動現象:マルチスケールシミュレーションによるアプローチ2018

    • Author(s)
      佐藤健,谷口貴志
    • Organizer
      化学工学会第50回秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Slip-linkモデルから得られた高分子鎖上のからみあい密度の解析2018

    • Author(s)
      佐藤健,谷口貴志
    • Organizer
      第66回レオロジー討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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