Mesoscale simulation technique of polymer composite materials for phase separations and mechanical properties

高分子复合材料相分离及力学性能介观模拟技术

基本信息

  • 批准号:
    19K15627
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2019-04-01 至 2020-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

炭素繊維強化プラスチックに代表される複合材料の機械特性は、相分離と呼ばれる高分子マトリクスの不均一構造に大きく影響を受けることが知られているが、その影響を予測・評価することは容易ではない。本研究では、複合材料における相分離構造の再現および相分離構造と機械特性の関係性の調査を目的として、高分子の密度汎関数理論と連続体力学をベースとしたシミュレーションアルゴリズムを開発した。具体的には、自己無撞着場理論と有限要素法を組み合わせることにより、「繊維のような複雑形状の境界を持つ系における相分離構造」および「得られた相分離構造に対する一軸引張変形」を再現するアルゴリズムの開発を行った。作成したアルゴリズムを検証するために2成分ホモポリマーブレンド、ブロックポリマーおよびそれらの複合系に対して円筒形繊維の影響の有無を系統的に調査した。その結果、(1)繊維はその周辺部における高分子のコンフォメーションを拘束しバルク系とは特異な相分離構造を形成した。特に、ブロックポリマー系においては、ラメラ相とシリンダー相との間に新規な相が現れることがわかった。これら相分離構造は繊維含有率および繊維と高分子の濡性によって制御が可能であることを示した。(2)相分離ドメインのパターンが強度と靭性との間のトレードオフ関係に大きく寄与することがわかった。特に、相溶化剤の添加によるドメインの微細化が、損傷を抑制し靭性を向上させることを示した。
Carbon fiber reinforcement represents the mechanical properties of composite materials, phase separation, and influence of polymer heterogeneous structure. The purpose of this study is to investigate the relationship between the phase separation structure and mechanical properties of composite materials. The density function theory of polymers and the mechanical properties of composites are developed. The concrete theory of collision-free field is composed of finite element method, phase separation structure of complex shape and phase separation structure, and reconstruction of phase separation structure of one-axis tension structure. A systematic investigation of the influence of the cylindrical dimension on the composite system was carried out. The results are as follows: (1) The polymer phase separation structure is formed in the peripheral part of the polymer. Special, special, special The phase separation structure is composed of two layers, one layer and the other layer. (2) The phase separation between the strength and toughness of the material is very important. Special melting agent addition, miniaturization, damage suppression, toughness improvement, etc.

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Field theoretical approach to polymer phase separation and its mechanical properties
聚合物相分离及其力学性能的场论方法
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ishibashi;T.;Y. Fang;D. Elsworth;N. Watanabe;and H. Asanuma;Yutaka Oya
  • 通讯作者:
    Yutaka Oya
Simulation of Phase Separated Polymer Matrix for an Applicatoin to a Composite
相分离聚合物基体在复合材料中的应用模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yutaka Oya;Naofumi Umemoto;Tomonaga Okabe;Toshihiro Kawakatsu
  • 通讯作者:
    Toshihiro Kawakatsu
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    菊川 豪太;国枝 宏之;ZHAO Yinbo;大矢 豊大;岡部 朋永
  • 通讯作者:
    岡部 朋永

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作者:{{ showInfoDetail.author }}

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