結晶性ポリマーのマルチスケールモデルの構築による変形挙動の評価と高機能化

通过构建结晶聚合物的多尺度模型来评估变形行为和增强功能

• 批准号: 04J03950
• 负责人: 内田 真
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J03950/
• 关键词: 結晶性高分子材料; 数値シミュレーション; マルチスケールモデリング; 均質化法; 有限要素法

本研究では,軽量かつ成形性に優れる高分子材料を強度部材として使用するために,その力学挙動を適切に表現可能な数理モデルの構築と,それを援用したシミュレーションによる変形挙動の解明を目的としている.前年度までに,結晶性高分子材料の微視領域を構成する非晶・結晶相の積層混合相の変形,ならびにそのような微視構造がパッチワーク状の組織を形成した球晶内部の2次元構造を表現したマルチスケールモデルを構築し,結晶性高分子材料の微視およびメゾスケールにおける変形挙動を明らかにした.今年度は,本モデルを3次元に一般化することにより,球晶内部における複雑なラメラの3次元構造が材料の変形挙動に及ぼす影響を評価した.その結果,結晶化率の増加に伴ってメゾ領域全体の初期弾性率,降伏応力が増加すること,微視領域におけるラメラの方位や周囲との相互作用の影響で局所的な変形が生じ,それが変形に伴う分子鎖の配向によって周囲の領域へ伝播していくことを明らかにした.また,球晶内部におけるラメラの3次元構造を考慮した場合,球晶の一部分を抽出した2次元の場合よりも大きな応力が生じており,ラメラの3次元構造が球晶全体の剛性を高めていることを明らかにした.さらに,ラメラの初期方位と回転量の関係は,平均的な特性,ならびにそのばらつきなど,AFMによる観察結果と同様な傾向を示しており,このような結果は本モデルの妥当性を裏付けるものである.以上のように,本研究では結晶性高分子材料の微視およびメゾ領域における構造をモデル化し,それを用いて異なる変形条件下における材料の微視からメゾ領域の変形特性を明らかにした.本研究が結晶性高分子材料の微視およびメゾ領域における力学特性の理解のために利用され,高強度・高機能を有する材料の設計に対し,適切な情報をもたらすことを期待する.

In this study, the strength of polymer materials, the use of mechanical properties, the appropriate performance, the construction of mathematical models, and the use of mechanical properties were investigated. In the past year, crystalline polymer materials have been formed into amorphous and crystalline phases and layered mixed phases. This year, the three-dimensional structure of the spherulites is generalized, and the three-dimensional structure of the spherulites is evaluated. As a result, the crystallization rate increases along with the initial crystallization rate of the whole domain, the degradation force increases, and the Weishi app domain increases along with the orientation of the domain and the influence of the interaction between the domain and the domain. When considering the 3D structure inside the spherulites, a part of the spherulites is extracted from the 2D structure, and the 3D structure of the spherulites is rigid. In addition, the relationship between the initial orientation and the amount of return of the sample, the average characteristics, and the results of AFM observation and the same tendency are shown in the relationship between the initial orientation and the amount of return of the sample and the appropriateness of the original sample. In this paper, the structure and morphologic characteristics of crystalline polymer materials in micro-vision and micro-vision domains are studied. This study aims at understanding the mechanical properties of crystalline polymer materials in the Weishi app field, and at designing materials with high strength and high function.

项目成果

Computational Simulation of Deformation Behavior of Spherulite of High Density Polyethylene

高密度聚乙烯球晶变形行为的计算模拟

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc. of International Conference on Computational & Experimental Engineering and Sciences 2005
• 作者: Hozumi A;Satouh Y;Ishibe D;Kaizu M;Konno A;Ushimaru Y;Toda T;Inaba K.;上田 哲行(共著);Yoshihiro Tomita;Makoto Uchida;内田真;Makoto Uchida
• 通讯作者: Makoto Uchida

Computational Characterization of Micro- to Mesoscopic Deformation Behavior of Semicrystalline Polymers

半晶聚合物微观到介观变形行为的计算表征

• 发表时间: 2005
• 期刊: International Journal of Mechanical Science 47-4/5
• 作者: Hozumi A;Satouh Y;Ishibe D;Kaizu M;Konno A;Ushimaru Y;Toda T;Inaba K.;上田 哲行(共著);Yoshihiro Tomita
• 通讯作者: Yoshihiro Tomita

異なる応力状態下における結晶性高分子材料メゾ組織の変形挙動

不同应力条件下结晶聚合物介观结构的变形行为

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本機械学会論文集A編 71-707
• 作者: Hozumi A;Satouh Y;Ishibe D;Kaizu M;Konno A;Ushimaru Y;Toda T;Inaba K.;上田 哲行(共著);Yoshihiro Tomita;Makoto Uchida;内田真
• 通讯作者: 内田真

Computational Simulation of Mesoscopic Deformation Behavior of Semi-Crystalline Polymer

半晶聚合物细观变形行为的计算模拟

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of International Conference on Computational and Experimental Engineering and Sciences 2004 (CD-ROM)
• 作者: Hozumi A;Satouh Y;Ishibe D;Kaizu M;Konno A;Ushimaru Y;Toda T;Inaba K.;上田 哲行(共著);Yoshihiro Tomita;Makoto Uchida;内田真;Makoto Uchida;Yoshihiro Tomita;Yoshihiro Tomita;Makoto Uchida
• 通讯作者: Makoto Uchida

Computational Evaluation of Micro- to Macroscopic Deformation Behavior of Amorphous Polymer with Slightly Heterogeneous Distribution of Initial Shear Strength

初始剪切强度分布稍不均匀的非晶态聚合物微观到宏观变形行为的计算评估

• 发表时间: 2004
• 期刊: IUTAM Symposium on Mesoscopic Dynamics in Fracture Process and Strength of Materials
• 作者: Hozumi A;Satouh Y;Ishibe D;Kaizu M;Konno A;Ushimaru Y;Toda T;Inaba K.;上田 哲行(共著);Yoshihiro Tomita;Makoto Uchida;内田真;Makoto Uchida;Yoshihiro Tomita;Yoshihiro Tomita;Makoto Uchida;Yoshihiro Tomita
• 通讯作者: Yoshihiro Tomita