ゴムのひずみ誘起結晶化における応力緩和の粗視化格子モデリングとモンテカルロシミュレーション

Coarse-Grained Lattice Modeling and Monte Carlo Simulations of Stress Relaxation in Strain-Induced Crystallization of Rubbers.

• Vladislav Egorov
• Hiroshi Koibuchi
• Chrystelle Bernard
• Jean-Marc Chenal
• Gildas Diguet
• Gael Sebald
• Jean-Yves Cavaille
• Toshiyuki Takagi
• Laurent Chazeau

抄録

ゴムのひずみ誘起結晶化(SIC)を理解するために、膜の2次元三角表面モデルとその3次元(3D)拡張モデルを提案し、研究を行っている。SICは応力-ひずみ曲線の中間ひずみ領域にプラトーとして現れる応力緩和の起源であることはよく知られている。しかし、SICはアモルファス状態とは力学的に大きく異なる固体状態に直結しているため、このSICをモデル化することは非常に困難である。本論文では、高分子のガウス鎖モデルを簡単に拡張したガウス弾性結合モデルにおいて、結合を剛体に置き換えたり、結合を排除したりすることで、結晶状態を極めて簡単に実装できることを示す。応力-ひずみ曲線のモンテカルロシミュレーションの結果は、最大1200%の大きなひずみの実験データとよく一致していることがわかった。このアプローチにより、SICによる応力緩和を直感的に理解することができる。

Two-dimensional triangulated surface models for membranes and their three-dimensional (3D) extensions are proposed and studied to understand the strain-induced crystallization (SIC) of rubbers. It is well known that SIC is an origin of stress relaxation, which appears as a plateau in the intermediate strain region of stress-strain curves. However, this SIC is very hard to implement in models because SIC is directly connected to a solid state, which is mechanically very different from the amorphous state. In this paper, we show that the crystalline state can be quite simply implemented in the Gaussian elastic bond model, which is a straightforward extension of the Gaussian chain model for polymers, by replacing bonds with rigid bodies or eliminating bonds. We find that the results of Monte Carlo simulations for stress-strain curves are in good agreement with the reported experimental data of large strains of up to 1200%. This approach allows us to intuitively understand the stress relaxation caused by SIC.