高分子材料の射出成形における微細構造予測シミュレーション

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射出成形過程における高分子の結晶化挙動を定量的に予測するプログラムを開発を行った。先ず結晶化過程に温度、圧力、配向依存性を取り入れ、結晶動力学に従ったプログラムを作製した。このプログラムを用いて結晶化挙動のシミュレーションを行った。市販の射出成形解析CAEソフトを用い成形品における材料の温度、圧力の温度、圧力および応力の分布と時間変化を計算した。自作のプログラムにこの物性値を取り入れ、射出成形過程での結晶化挙動のシミュレーションを行い、成形品の結晶化度分布および球晶サイズ分布を行った。一般的な成形条件では表層において結晶化が低く、その直下の層では結晶化度が高くなること、さらに中心層付近で結晶化度が徐々に小さくなることが予測された。球晶サイズの大きさは結晶化度と対応し、表層では小さい球晶が多数分布し、中心層では大きいサイズの球晶が存在することが予測された。射出成形CAEにおける金型と成形品表面での熱伝達についても検討を行い、界面伝達を熱抵抗を考慮した場合と無限大に仮定した場合では、無限大と仮定することで過冷却度が大きくなり、結晶化度は小さくなのが、結晶化度分布と球晶サイズ分布の様式は変わらないことが分かった。また、結晶化プログラムのパラメータである球晶成長様式や核発生速度、核成長速度については偏光顕微鏡を使用し、溶融結晶化状態で正確な値を測定した。今後は高分子の結晶化挙動のシミュレーションにおける計算値を実測値と対応させるため、実際の射出成形品の微細構造を詳細に調べる必要がある。射出成形品の球晶サイズを測定し、実測値と計算側との比較検討を行い、計算プログラムの改良を行う。