高分子流体のマルチスケールシミュレーション法の開発と成形加工プロセスへの応用

聚合物流体多尺度模拟方法的发展及其在成型过程中的应用

• 批准号: 18J10643
• 负责人: 佐藤 健
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J10643/
• 关键词: 高分子からみあい系; レオロジー; マルチスケールシミュレーション; 流体粒子法; エネルギー収支式; Slip-linkモデル; 粒子法

（1）Multi-Scale Simulation（MSS）への応用を志向したミクロモデルの改良と考察：MSS法には，からみあい状態にある高分子の分子論に基づいたミクロモデル[Doi & Takimoto (2003)]を用いる．本年度は，「摩擦低減効果によって改良したミクロモデルから得られる高分子の状態」に着目した研究を行った．具体的には，ミクロモデルから得られるからみあい・分子配向・伸長について，より詳細な粗視化モデルと比較を行い，その妥当性の検討した．その結果，本研究のミクロモデルは，分子鎖の伸長特性を応力に強く反映するモデルであり，伸長を伴う高ひずみ速度域の分子状態については，さらなる検討が必要であるという結論を得た．（2）MSS法の深化：ミクロモデルとマクロモデルを関連付けるMSS法について，本年度は，(i)分子量分布を持つ高分子溶融体の流動問題，(ii)温度分布を考慮した高分子溶融体の流動問題の2つに取り組んだ．(i)工業的には，所望の物性を付与するために，多分散の高分子溶融体を用いることが多い．昨年度の研究（単分散）から発展して，分子量分布を有するからみあい高分子溶融体について，急縮小・急拡大流路における流動問題をMSS法を用いて解析することを可能とした．具体的には，分子量の小さな高分子溶融体に，分子量の大きな成分を少量添加した系を検討した．結果として，高分子量成分に由来する大きな応力によって，系の流量が小さくなることを確認した．(ii)流動中の温度変化は，高分子の運動性の変化と関係する．マクロレベルについてエネルギー収支式を取り入れ，ミクロレベルについて「温度を変化と時間スケールの変化が等価である」という高分子レオロジーの理論を援用することで，非等温のMSSモデルを構築した．構築したMSSによって，温度の上昇に伴う高分子の緩和の加速を表現することができた．

(1) Multi-Scale Simulation (MSS) is an improved method for the application of MSS in molecular theory of polymers [Doi & Takimoto (2003)]. This year, we will focus on the study of "friction reduction effect improvement" and "polymer state improvement". Specific, detailed, coarse-grained, comparative, and appropriate evaluation. The results of this study show that the elongation characteristics of molecular locks are strongly reflected in the force, and the elongation is accompanied by the molecular state in the high velocity domain. (2) Deepening of MSS method: (i) molecular weight distribution and polymer melt flow problems,(ii) temperature distribution and polymer melt flow problems. (i)Industrial application of the desired physical properties. The research of last year (single dispersion) has developed rapidly, molecular weight distribution has changed rapidly, polymer melt has changed rapidly, large flow path has changed rapidly, flow problem has changed rapidly, MSS method has changed rapidly, molecular weight distribution has changed rapidly, molecular weight distribution has changed rapidly, polymer melt has changed rapidly, and polymer melt has changed rapidly. Specific, molecular weight and small polymer melt, molecular weight and large components are added in small amounts to discuss the system. The results showed that the origin of high molecular weight components was large, and the flow rate was small. (ii)Temperature variation in flow and mobility of polymers. The theory of polymer molecular molecular The temperature rise of the MSS is accompanied by the moderating and accelerating behavior of the polymer.

项目成果

Multi-Scale Simulation for Temperature Dependent Flows of Entangled Polymer Melts

缠结聚合物熔体随温度变化的多尺度模拟

• 发表时间: 2019
• 作者: Naoki Seryo;John Jairo Molina and Takashi Taniguchi;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
• 通讯作者: Takeshi Sato and Takashi Taniguchi

微粒子を含む高分子流動の解析：マルチスケールシミュレーションによるアプローチ

包括细颗粒的聚合物流动分析：多尺度模拟方法

• 发表时间: 2019
• 作者: 濱田悠司;佐藤健;谷口貴志;佐藤健 谷口貴志
• 通讯作者: 佐藤健 谷口貴志

Rheology and Entanglement Structure of Well-Entangled Polymer Melts: A Slip-Link Simulation Study

良好缠结聚合物熔体的流变学和缠结结构：滑移连接模拟研究

• DOI: 10.1021/acs.macromol.9b00314
• 发表时间: 2019
• 期刊: Macromolecules
• 影响因子: 5.5
• 作者: Pierre Vidil;Keiichi Edamatsu;Vidil Pierre;Vidil Pierre;Takeshi Sato;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
• 通讯作者: Takeshi Sato and Takashi Taniguchi

A multiscale simulation study for flows of a well-entangled polymer melt in a contraction-expansion channel

收缩-膨胀通道中纠缠良好的聚合物熔体流动的多尺度模拟研究

• 发表时间: 2018
• 作者: Sato Takeshi;Harada Kohei;Taniguchi Takashi;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi;佐藤健，谷口貴志;佐藤健，谷口貴志;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi
• 通讯作者: Takeshi Sato and Takashi Taniguchi

高速流動下におけるからみあい高分子のダイナミクス：摩擦低減効果の影響

高速流动下缠结聚合物的动力学：减摩效应的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: Sato Takeshi;Harada Kohei;Taniguchi Takashi;Takeshi Sato and Takashi Taniguchi;佐藤健，谷口貴志
• 通讯作者: 佐藤健，谷口貴志