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

（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）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．