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2016 年度 実績報告書

少数の遅い微視的自由度を残した高分子系自己無撞着場理論の構築と動的挙動の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K13549
研究機関京都大学

研究代表者

谷口 貴志  京都大学, 工学研究科, 准教授 (60293669)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワードブロック共重合体 / 自己無動着場理論 / ソフトマター物理学 / レオロジー / からみ合い高分子 / マルチスケールシミュレーション
研究実績の概要

本研究は,高分子流体のレオロジーや流動予測を行うために,ミクロな自由度を残したまま,マクロな流動を計算によって求める方法論の研究である.特に,高分子ブロック共重合体の流動予測に対しては、異なる高分子が結びつけらている結節点を自由度として残した新しい自己無動着場理論の構築とそれによる流動予測の研究を行っている.
本年度は,前年度に構築を行ったブロック共重合体の結節点を自由度として残した拡張自己無撞着理論に基づいた数値計算により,相構造変化のダイナミクスを調べた.具体的には,通常の動的平均場理論の方法と同様に,ある時刻 tの体積分率場を再現する自己無動着場を,その時刻での結節点の位置を固定したまま求める.それから化学ポテンシャル場と自由エネルギーを計算し,さらに結節点が微小だけ変位した時の自由エネルギーの変化を自己無動着場から近似値的に求め,それにより微小時間後の結節点の位置を求めるという方法を用いている.結果として,相構造の形成ともに結節点は自由エネルギーの最安定な方向へ向かうことが再現出来た.しかし,Spectrum法を導入し高速化を図ったが予想よりもかなり多くの計算時間が必要であり,現在も計算を進めているが研究期間の最後までに当初計画していたレオロジーの予測までは行うことは完了出来なかった.
ミクロな自由度を残したまま,マクロな流動のレオロジーを予測するという観点から,マルチスケールシミュレーションによる高分子溶融体の流動予測の研究も進めた.この場合も計算量が莫大であるという問題があったが,並列計算を用いてこの問題を解決し,高分子溶融体の紡糸プロセスでの流動予測をミクロな情報を保持しながら、マクロな流動予測を行うことに成功した.この方法は紡糸線上の任意の位置での分子の配向と絡み合いの状態を得ることができるため,工業的な紡糸プロセスへの大きな貢献が期待できる.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Multiscale simulations for entangled polymer melt spinning process2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • 雑誌名

      Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics

      巻: 241 ページ: 34-42

    • DOI

      10.1016/j.jnnfm.2017.02.001

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 高分子流体のマルチスケールシミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤健, 原田浩平, 谷口貴志
    • 雑誌名

      成形加工

      巻: 29 ページ: 52-56

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Multiscale simulation of polymer melt spinning by using the dumbbell model2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato, Kazuhiro Takase and Takashi Taniguchi
    • 雑誌名

      Nihon Reoroji Gakkaishi

      巻: 44 ページ: 265-280

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 高分子流動のマルチスケールシミュレーション2017

    • 著者名/発表者名
      谷口貴志
    • 学会等名
      プラスチック成形加工学会 押出成形専門委員会
    • 発表場所
      三菱化学(株) 中部支社内会議室 (愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2017-03-28 – 2017-03-28
    • 招待講演
  • [学会発表] ブロック共重合体の結合点位置を考慮した自己無撞着場理論の拡張2016

    • 著者名/発表者名
      金子嘉高, 小柳直也, 谷口貴志
    • 学会等名
      第64回レオロジー討論会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス (大阪府・大阪市)
    • 年月日
      2016-10-28 – 2016-10-30
  • [学会発表] Multiscale simulations of well-entangled polymer melt flow in an abrupt contraction and expansion channel2016

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tangiuchi Kohei Harada
    • 学会等名
      The 2nd Association of Computational Mechanics Taiwan
    • 発表場所
      Taipei (Taiwan)
    • 年月日
      2016-10-20 – 2016-10-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 未来の高分子成形加工CAE技術へ向けての新しいアプローチ, -ミクロな分子情報からマクロな流動予測へ-2016

    • 著者名/発表者名
      谷口貴志, 佐藤健, 岸田拓哉
    • 学会等名
      化学工学会 関西支部 第4回技術シーズフォーラム (主催 化学工学会関西支部) -攪拌、混合、流動、伝熱- ~マイクロミキシングからヒートインテグレーションまで~ 大学・高専のシーズを企業に公開
    • 発表場所
      同志社大学 室町キャンパス (京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-10-07 – 2016-10-07
  • [学会発表] Multi-scale simulations of Polymer Melt Flow in a contraction and expansion channel2016

    • 著者名/発表者名
      Takashi Taniguchi and Kohei Harada
    • 学会等名
      The 32th International Conference of the Polymer Processing Society
    • 発表場所
      Lyon (France)
    • 年月日
      2016-07-25 – 2016-07-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-scale simulation for melt spinning process~Analysis of entanglement and orientation~2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
    • 学会等名
      The 32th International Conference of the Polymer Processing Society
    • 発表場所
      Lyon (France)
    • 年月日
      2016-07-25 – 2016-07-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Slip-linkモデルを用いた分岐高分子鎖の粘弾性解析2016

    • 著者名/発表者名
      佐藤健,谷口貴志
    • 学会等名
      日本レオロジー学会第43年会
    • 発表場所
      東京大学 生産研究所 (東京都・目黒区)
    • 年月日
      2016-05-12 – 2016-05-13
  • [備考] Outreach (研究成果の紹介)

    • URL

      http://www-tph.cheme.kyoto-u.ac.jp/p/taniguch/Activity/Outreach.html

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公開日: 2018-01-16  

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