Structure-property relationship of elastomers based on complex network science

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、複雑ネットワーク科学の観点からエラストマーの繋がりに関する不均一性を定量化し、ゴム弾性への影響を明らかにする事を目的とした。これまでに、複雑ネットワーク科学の近接中心性という指標がゴム弾性を決定付けるパラメータと相関関係がある事を明らかとした。当該年度は、複雑ネットワーク科学に基づきエラストマー中の伸び切り鎖の形成について議論した。粗視化分子動力学シミュレーションを用いて、計算機上でエラストマーを構築した。一軸伸長において、エラストマー中の高分子鎖の鎖末端距離がバネの平衡長の和よりも長い鎖を伸び切り鎖と定義した。伸び切り鎖は、応力-歪曲線の立ち上がりにやや遅れて形成され、その歪がエラストマーのネットワーク構造に依存した。また、各架橋点の近接中心性と伸び切り鎖の割合に相関関係が見られており、ネットワークの中心に位置する高分子鎖ほど伸び切り鎖になりやすい傾向にある事が確認された。伸び切り鎖の形成のメカニズムについて、同じ次数が隣接するかを示す次数相関を用いて議論した。伸び切り鎖のみからなるネットワークの次数相関を評価したところ、正の相関係数となったことから、同じ次数の架橋点が隣同士に存在する事が分かった。つまり、伸び切り鎖は隣同士に形成されやすい傾向にあり、応力集中が起きている事が示された。当該年度の成果として、エラストマー中の伸び切り鎖の形成とネットワークスケールでの応力集中に関する知見を高分子鎖の繋がりという観点から明らかにしており、ゴム材料の破壊などに関して重要な知見を与えると期待される。