[解析事例] 架橋構造材料の特性評価
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架橋構造と機械特性の関係を分子シミュレーションで評価
目的と手法
架橋構造を有するゴム分子モデルの応力-ひずみ特性を変形シミュレーションにより予測することが可能です。架橋構造や架橋原子種、高分子の絡み合いの影響などを評価することができます。
図2は分子動力学エンジンCOGNACを用いて生成した高分子の架橋構造です。既存のバルク状態のポリマー中に架橋剤粒子を挿入し、架橋剤粒子とポリマー中の架橋点粒子との架橋生成反応計算によりポリマーの架橋構造(1粒子架橋タイプ）を生成しています。
図1. 架橋ゴムの変形シミュレーション
図2. 架橋ポリマー構造(1粒子架橋タイプ)
解析結果
図3は生成した架橋構造を初期構造として一定速度v=0.01σ/τで一軸伸張計算を実施した例を示しています。伸張につれ分子鎖が伸びきり、伸張方向へと配向している様子がわかります。
図4は架橋密度を変化させた場合の一軸伸長時の応力-ひずみ曲線を示しています。架橋点数（Nν）、すなわち架橋密度が大きいほど変形の早期から分子鎖が伸びきり、応力値が急増しています。
図3. 架橋ポリマーの一軸伸張計算
図4. 応力‐ひずみ特性の架橋密度依存性
（Nν：架橋点数）
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