繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置
【課題】コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の接着メカニズムの解析と繊維材料と接着液の界面の剥離特性の予測を行う。
【解決手段】分子動力学計算により繊維材料のモノマーモデルを作成し、所定の重合度で重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成し、複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成する（Ｓ１〜３）。ランダム配置モデルを構造緩和させて未配向のモデルを作成し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張させ、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択して複数本複写した分子鎖の配向方向をアラミドの結晶構造に対応した座標に配置し、構造緩和させて繊維材料モデルを作成する（Ｓ４〜９）。
【解決手段】分子動力学計算により繊維材料のモノマーモデルを作成し、所定の重合度で重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成し、複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成する（Ｓ１〜３）。ランダム配置モデルを構造緩和させて未配向のモデルを作成し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張させ、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択して複数本複写した分子鎖の配向方向をアラミドの結晶構造に対応した座標に配置し、構造緩和させて繊維材料モデルを作成する（Ｓ４〜９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータシミュレーションにより、繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、作成された繊維材料モデルを用いて接着処理が施された繊維材料と接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、作成された繊維材料と接着液の界面モデルを用いた繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、伝動ベルトの心線や補強材として繊維材料（アラミド繊維など）が用いられている。そして、ゴムと複合される繊維には接着液を用いた接着処理が施される。補強性に優れたゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着剤と繊維材料との複合材料を作成するには、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着剤／繊維材料の接着界面の制御が必要である。ここで、接着液として、例えば、ＲＦＬ（レゾルシン・ホルマリン・ラテックス）液やエポキシ樹脂、ゴム組成物（クロロプレンゴム、ＥＰＤＭ等）を溶剤（メチルエチルケトン等）に溶かしたゴム糊が用いられる。このような繊維と接着液間の接着では両者の化学反応以外に繊維表面近傍の分子鎖とゴムの絡み合いが重要と考えられており、繊維材料と接着液などの高分子材料の密着性を予測することが必要であるが、分子レベルでの接着剤の配合と界面の剥離特性の評価を実験で行うことは不可能である。そこで、接着メカニズムの解明や界面の剥離状態の予測には図１５に示すような分子動力学モデルを用いた繊維材料と接着液の接着・剥離シミュレーションが有用と考えられる。
【０００３】
そして、分子動力学モデルを用いた既存の発明として、架橋ゴムのモデル化を行っている特許文献１のような技術や、高分子の密着性を予測する特許文献２のような技術があるが、繊維のモデル化や繊維／接着液のモデル化に関する技術ではなく、繊維のモデル化や繊維／接着液のモデル化に関する技術は、特許文献１，２以外にも存在しない。
【０００４】
ここで、繊維材料の一例として、アラミド繊維の基本構造を図１６に示す。図１６に示すアラミド繊維は、分子骨格が全体に直線状のパラ系（図１６の左側）と、ジグザグ系のメタ系（図１６の右側）に大別される。パラ系アラミド繊維には、高強度・高弾性率の繊維であるケブラーの他に、耐熱・防炎性に優れたものがある。メタ系は消防服の素材に、ノーメックス（ＮＯＭＥＸ）と呼ばれる特に耐熱・防炎性に優れるアラミド繊維が使われることが多い。ノーメックスは宇宙服の素材としても使われている。アラミド繊維は、結晶中では高分子鎖が折りたたまれたような構造になりやすいので、ベンゼン環同士が密着し、熱に強く、燃やしても炎を上げない繊維となる。また、ベンゼン環を持った剛直な分子が次々に手をつないだ構造であるため、液晶状態に整列して高分子自体があたかも結晶になったような構造になりやすい。
【０００５】
また、接着液の一例として、ＲＦＬの分子構造について説明する。ＲＦＬはＲＦ樹脂の希薄水溶液とゴムラテックスとの混合物である。ＲＦ樹脂は、水中で水酸化ナトリウム，アンモニアなどのアルカリ性化合物を触媒として常温付近でＲ（レゾルシン）とＦ（ホルマリン）を付加縮合反応させて得られるレゾール形の初期縮合物である。繊維とゴムの接着機構は、繊維，接着剤（ＲＦＬ），ゴムの３層積相体として説明されている。繊維層と接着剤層の接着は、アラミド繊維のアミド基とＲＦ樹脂の水酸基の間の水素結合と考えられている。また、接着剤層では、ＲＦ樹脂が３次元網目構造を形成し、ラテックスを取り込むことにより、ネットワークを形成することで強度を発現している。ここで、ＲＦ樹脂の分子構造（２量体）を図１７に、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン系Ｖｐラテックスの分子構造を図１８に示す。
【０００６】
一方、分子動力学モデルを用いたコンピュータシミュレーションでは、モデルの初期構造を得るために、緩和計算を実施する。非晶性材料では緩和計算後に作成される高分子材料はアモルファス状態となるが、結晶性材料や配向性を有する材料においても、計算時間の節約やモデルのサイズが小さいことにより、緩和計算後の構造はアモルファス状態となってしまうという問題が生じる。また、ガラス転移温度や弾性率などの計算した物性が得られるモデルサイズを使ったシミュレーションでは、数ｎｓｅｃ程度の時間しか計算できない。このため、熱的な処理や力学的な処理を加えることにより結晶化や配向する材料は、通常の単純な緩和計算や伸張後の緩和計算では作成できないという問題が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５６３００号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、コンピュータシミュレーションにより、繊維材料／接着液の接着メカニズムを解明して、繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測するには、各種材料（繊維材料と接着液など）が共存する状態においても、繊維材料が配向状態を維持できるような安定した配向構造及び界面構造を作成する必要がある。即ち、前提として、短時間で１軸方向に配向した繊維材料の分子モデルを作成する必要がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、コンピュータシミュレーションにより繊維材料／接着液の接着メカニズムの解析と繊維材料と接着液の界面の剥離特性の予測を行うことを目標とし、その前提となる繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、作成された繊維材料モデルとゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物が混在した接着液のフルアトム分子動力学モデルに基づいて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、作成された繊維材料と接着液の界面モデルに基づいて、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る繊維材料モデル作成方法は、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成方法であって、解析対象となる繊維材料のモノマーモデルを作成する工程と、前記モノマーモデルを重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成する工程と、前記重合体モデルの複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成する工程と、前記ランダム配置モデルを分子動力学計算により構造緩和させて未配向のモデルを作成する工程と、前記未配向のモデルに対し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張する第１の配向処理を行う工程と、前記第１の配向処理により、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、選択した前記分子鎖を複数本複写した分子鎖を作成し、前記各複写した分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う工程と、前記第２の配向処理直後の前記モデルを分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料モデルを作成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る繊維材料モデル作成装置は、コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成装置であって、解析対象となる繊維材料のモノマーモデルを作成するモノマーモデル作成手段と、前記モノマーモデルを重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成する重合体モデル作成手段と、前記重合体モデルの複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成するランダム配置モデル作成手段と、前記ランダム配置モデルを分子動力学計算により構造緩和させて未配向のモデルを作成する未配向モデル作成手段と、前記未配向のモデルに対し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張する第１の配向処理を行う第１の配向処理手段と、前記第１の配向処理により、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、選択した前記分子鎖を複数本複写した分子鎖を作成し、前記各複写した分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う第２の配向処理手段と、前記第２の配向処理直後の前記モデルを分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料モデルを作成する繊維材料モデル作成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
これによると、分子動力学モデルを用いたコンピュータシミュレーションにより、比較的短時間で１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成することができる。そして、作成した繊維材料モデルを用いて、繊維材料／ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の密着性を予測することが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法は、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の接着処理が施された繊維材料とゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成方法であって、分子動力学計算により解析対象となる接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを作成する工程と、前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルをそれぞれ所定の重合度で重合させて単位モデルとなる前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを作成する工程と、前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルの所定の混合比率で予め定めた空間に配置する工程と、分子動力学計算により構造緩和させて接着液モデルを作成する工程と、前記接着液モデルを、１軸配向した請求項１に記載の前記繊維材料モデルに隣接して配置する工程と、分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置は、コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の接着処理が施された繊維材料とゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成装置であって、分子動力学計算により解析対象となる接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを作成するモノマーモデル作成手段と、前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルをそれぞれ所定の重合度で重合させて単位モデルとなる前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを作成する重合体モデル作成手段と、前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルの所定の混合比率で予め定めた空間に配置するランダム配置モデル作成手段と、分子動力学計算により構造緩和させて接着液モデルを作成する接着液モデル作成手段と、前記接着液モデルを、１軸配向した請求項４に記載の前記繊維材料モデルに隣接して配置する接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段と、分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する界面モデル作成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
これによると、作成した１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルとゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物が混在した接着液のフルアトム分子動力学モデルに基づいて繊維材料と接着液の界面モデルを作成することができる。そして、作成された繊維材料と接着液の界面モデルを使って剥離解析を行うことにより、界面における材料の配合と剥離特性の関係とを予測することができ、ひいては、実験では把握しがたい界面におけるナノ・ミクロ領域の挙動と剥離特性の関係を予測することができる。
【００１６】
更に、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法は、コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測する繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法であって、請求項３に記載の前記繊維材料と接着液の界面モデルを、界面の厚さ方向に１軸伸張させて応力−変位曲線を計算する工程と、前記応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を算出する工程と、前記応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置は、コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測する繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置であって、請求項５に記載の前記繊維材料と接着液の界面モデルを、界面の厚さ方向に１軸伸張させて応力−変位曲線を計算する１軸伸張手段と、前記応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を算出する最大剥離応力算出手段と、前記応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する剥離エネルギー算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
これによると、作成した繊維材料と接着液の界面モデルを界面の厚さ方向に１軸伸張させて、剥離挙動を解析することにより、界面における材料の配合と剥離特性の関係とを予測することができ、実験では把握しがたい繊維材料と接着液の界面におけるナノ・ミクロ領域の挙動と剥離特性の関係を予測することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置は、分子動力学モデルを用いたコンピュータシミュレーションにより、比較的短時間で１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成して、繊維材料／ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の密着性を予測することが可能になると共に、作成した１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルとゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物が混在した接着液のフルアトム分子動力学モデルに基づいて繊維材料と接着液の界面モデルを作成して、繊維材料と接着液の界面モデルを使って剥離解析を行うことにより、界面における材料の配合と剥離特性の関係とを予測することができ、ひいては、実験では把握しがたい繊維材料と接着液の界面におけるナノ・ミクロ領域の挙動と剥離特性の関係を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の手順を示す概略フローチャート図である。
【図２】本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の手順を示す詳細フローチャート図である。
【図３】本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法の手順を示すフローチャート図である。
【図４】本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法の手順を示すフローチャート図である。
【図５】本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置として使用されるコンピュータのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置の機能構成を示すブロック図である。
【図９】本実施例に係るアラミド繊維モデルの配向後の状態を示す図であり、（ａ）がｙｘ面のアラミド繊維モデルであり、（ｂ）がｙｚ面のアラミド繊維モデルである。
【図１０】本実施例に係るアラミド繊維モデルの弾性率評価のために行った伸張シミュレーション結果から得られたアラミド繊維モデルの応力−ひずみ曲線を示す図である。
【図１１】本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを示す図である。
【図１２】本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルにおける厚さ方向（深さ方向）のアラミド繊維、ＲＦ樹脂、Ｖｐラッテクスの分布を示す図である。
【図１３】本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離シミュレーション結果から得られた応力−変位曲線を示す図である。
【図１４】本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離シミュレーションにおける剥離過程における伸張挙動を示すスナップショットである。
【図１５】アラミド繊維とＲＦＬの接着及び剥離シミュレーションをモデル化したイメージ図である。
【図１６】アラミド繊維（パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維）の基本構造を示す図である。
【図１７】ＲＦ樹脂の分子構造（２量体）を示す図である。
【図１８】Ｖｐラテックスの分子構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置を実施するための形態について、具体的な一例に即して説明する。尚、以下に説明するものは、例示したものにすぎず、本発明に係る繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置の適用限界を示すものではない。すなわち、本発明に係る繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置は、下記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。
【００２２】
［繊維材料モデル作成方法］
まず、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の一例について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の手順を示す概略フローチャート図であり、図２は、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の手順を示す詳細フローチャート図である。ここで、本実施形態において作成する繊維材料モデルは、繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを意味している。
【００２３】
図１に示すように、最初に、解析対象となる繊維材料について、原子間の相互作用を厳密に再現したモノマーモデルを、分子動力学計算により作成する（ステップＳ１）。より詳細には、図２に示すように、原子の座標，結合の設定を行い（ステップＳ１０１）、Ｄｒｅｉｄｉｎｇ，ＧＡＦＦ，ＡＭＢＥＲ等の力場を用いて、結合，結合角，二面角エネルギー，非結合エネルギー（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）を設定（データベースを選択して各原子に割り当てる）する（ステップＳ１０２）。次に、モンテカルロ法又はミニマイズ法等を用いて構造最適化を行い、分子鎖のエネルギーが最小となる原子配置を計算する（ステップＳ１０３）。そして、分子鎖の中の原子が保有する電荷を分子軌道法で計算し、分子鎖を形成する各電子が保有する電荷を、密度汎関数法により求めたモノマーの電荷を用いて計算する（Ｓ１０４）。以上により、繊維材料のモノマーモデルのモノマーファイルを作成する（Ｓ１０５）。
【００２４】
次に、図１に示すように、ステップＳ１で作成したモノマーモデルを所定の重合度で重合させて単位モデルである重合体モデルを作成する（ステップＳ２）。より詳細には、図２に示すように、モノマーモデルの重合度（重合させる数）と、重合体モデルの立体規則性の種類を設定する（ステップＳ２０１）。ここで、立体規則性の種類として、立体規則性の影響を調査するために、立体規則性がアイソタクチック（すべての不斉炭素が同じ絶対配置を持つ構造）、シンジオタクチック（絶対配置が交互に並ぶ構造）、アタクチック（全くランダムな構造）の３種類を作成することが好ましい。そして、Ｄｒｅｉｄｉｎｇ，ＧＡＦＦ，ＡＭＢＥＲ等の力場を用いて、結合，結合角，二面角エネルギー，非結合エネルギー（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）を設定（データベースを選択して各原子に割り当てる）する（ステップＳ２０２）。次に、モンテカルロ法又はミニマイズ法等を用いて構造最適化を行い、分子鎖のエネルギーが最小となる原子配置を計算する（ステップＳ２０３）。そして、分子鎖の中の原子が保有する電荷を分子軌道法で計算し、密度汎関数法またはモノマーモデルの値を利用して、重合後の分子鎖の電荷の総和がゼロとなるように調整しながら任意の原子が保有する電荷を計算する（ステップＳ２０４）。
【００２５】
そして、図１に示すように、ステップＳ２で作成した重合体モデルの複数本を、予め定めたセル（空間）内のランダムな位置に配置したランダム配置モデルを作成する（ステップＳ３）。より詳細には、図２に示すように、重合体モデルの数と、重合体モデルの立体規則性の種類を選択し（ステップＳ３０１）、分子動力学計算用のファイル（ここで、「ファイル」とは原子の種類、座標、原子間の結合、相互作用に関する情報、温度、圧力等の計算条件等を含むものである。）を作成する（ステップＳ３０２）。
【００２６】
次に、図１に示すように、ステップＳ３で作成したランダム配置モデルを、分子動力学計算により構造緩和させて、温度，圧力等が指定した動的な計算の中でエネルギーが最小となる原子配置を計算し、未配向のモデルを作成する（ステップＳ４）。より詳細には、図２に示すように、分子鎖を熱平衡に近い状態にするために、高圧条件で、ＮＰＴ（粒子数，圧力，温度一定条件）計算を実施する（緩和計算１：ステップＳ４０１）。次に、圧力を常圧に設定して、再度ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算２：ステップＳ４０２）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ（粒子数，体積，温度一定条件）計算を実施する（緩和計算３：ステップＳ４０３）。なお、上記ＮＰＴ計算及びＮＶＴ計算において、例えば、温度制御は Ｎｏｓｅ−Ｈｏｏｖｅｒ の方法を、圧力制御はＡｎｄｅｒｓｅｎの方法を用いる。
【００２７】
以上により、未配向のモデルが作成される（ステップＳ５）。
【００２８】
そして、ステップＳ５で作成された未配向のモデルに対し、セルの境界部分（端部）に歪を与えるＬｅｅｓ−Ｅｄｗａｒｄｓ法等を用いて、モデルの１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１方向（ｚ軸方向＝配向軸）に引き伸ばす第１の配向処理を行う（ステップＳ６）。
【００２９】
そして、ステップＳ６で第１の配向処理を行った分子鎖の中から伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、この分子鎖を複写して同じ伸張状態の複数本の分子鎖を作成し、それぞれの分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う（ステップＳ７）。
【００３０】
そして、ステップＳ７で行った第２の配向処理直後のモデルに対して、構造緩和計算を行う（ステップＳ８）。より詳細には、図２に示すように、ステップＳ７で行った第２の配向処理後の分子鎖はｚ軸方向に引き伸ばされており、ｘｙｚ軸の各方向に異方応力が作用しているため、第２の配向処理直後のモデルに対して、セル長さのｘｙ方向（ｘｙ断面積）を固定して、高圧条件で、ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算１：ステップＳ８０１）。そして、ｚ軸方向だけを固定して、再度、高圧条件で、ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算２：ステップＳ８０２）。次に、セルの固定を解除して、圧力を常圧に設定して、再度ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算３：ステップＳ８０３）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ計算を実施する（緩和計算４：ステップＳ８０４）。尚、上記ＮＰＴ計算及びＮＶＴ計算において、例えば、温度制御は Ｎｏｓｅ−Ｈｏｏｖｅｒ の方法を、圧力制御はＰａｒｒｉｎｅｌｌｏ−Ｒａｈｍａｎの方法を用いる。
【００３１】
以上により、ｚ軸方向に配向した繊維材料モデルが作成される（ステップＳ９）。
【００３２】
［繊維材料モデルの評価］
以上により作成された繊維材料モデルの妥当性の評価として、まず、作成された繊維材料モデルの比重と配向度と現実の繊維材料の比重と配向度とを比較して、作成した繊維材料モデルの比重と配向度が、現実の繊維材料の比重と配向度の文献値に近い値が得られているのが妥当と評価することにより行う。
【００３３】
また、作成された繊維材料モデルの妥当性を判断するために、力学物性の評価も必要である。そこで、作成された繊維材料モデルの１軸伸張シミュレーションから得られた応力−ひずみ曲線から弾性率を算出し、その結果を繊維材料の理論弾性率及びケブラーフィラメントの弾性率と比較することによりモデルの妥当性を評価する。
【００３４】
即ち、作成された繊維材料モデルの弾性率を算出するために、作成された繊維材料モデルに対して、所定の伸張速度，ポアソン比，ＮＶＴアンサンブルの条件で伸張シミュレーションを実施する。次に、伸張シミュレーション結果から得られたモデルの応力−ひずみ曲線に基づいて、線形領域の傾きから弾性率を算出する。そして、算出された弾性率の値と、繊維材料の理論弾性率及びケブラーフィラメントの弾性率と比較する。そして、作成した繊維材料モデルは分子鎖が複数本なので、算出された弾性率の値は、１本鎖で計算する理論弾性率（例えば、繊維材料がアラミド繊維の場合は、１８２ＧＰａ（日本ポリイミド・芳香族系高分子研究会編, 新訂 最新ポリイミド−基礎と応用−, １２９（２０１０）参照））よりも低くなるのが妥当と評価される。また、算出された弾性率の値が、ケブラーフィラメントの弾性率の物性値に近い値が得られているのが妥当と評価される。
【００３５】
このように、本実施形態の繊維材料モデル作成方法によれば、分子動力学モデルを用いたコンピュータシミュレーションにより、比較的短時間で１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成することができる。そして、作成した繊維材料モデルを用いて、繊維材料／ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の密着性を予測することが可能になる。
【００３６】
［繊維材料と接着液の界面モデル作成方法］
次に、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法の一例について、図３に基づいて説明する。図３は、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法の手順を示すフローチャート図である。ここで、本実施形態では、接着液を用いて接着処理を施した繊維材料を解析対象とし、上述の実施形態により作成された繊維材料を用いて、繊維材料と接着液の界面モデルを作成する。
【００３７】
図３に示すように、まず、接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ１と同様の方法で、それぞれ作成する（ステップＳ１１）。尚、図３に示すステップＳ１１〜１５において、接着液のフルアトムモデル（以下、「接着液モデル」と略する。）を作成するが、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ１〜５と同様の方法で作成するため、以下、詳細な説明は省略する。
【００３８】
そして、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ２と同様の方法で、それぞれ作成する（ステップＳ１２）。
【００３９】
次に、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ３と同様の方法で、それぞれ作成したゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを、所定の混合比（混合比として、例えば、重量比や分子数比）となるように予め定めたセル（空間）にランダムに配置して、ランダム配置モデルを作成する（ステップＳ１３）。
【００４０】
次に、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ４と同様の方法で、ランダム配置モデルを、分子動力学計算により構造緩和させて、温度，圧力等が指定した動的な計算の中でエネルギーが最小となる原子配置を計算し、未配向の接着液モデルを作成する（ステップＳ１４）。ここで、分子鎖を熱平衡に近い状態にするために、高圧条件で、ＮＰＴ（粒子数，圧力，温度一定条件）計算を実施する（緩和計算１：ステップＳ４０１）。次に、圧力を常圧に設定して、再度ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算２：ステップＳ４０２）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ（粒子数，体積，温度一定条件）計算を実施する（緩和計算３：ステップＳ４０３）。
【００４１】
以上により、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ１〜５と同様の方法で、接着液モデルが作成される（ステップＳ１５）。尚、上述したゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合度、混合比を変化させることにより、種類の異なるモデルを作成することが可能である。
【００４２】
そして、作成された接着液モデルを、ｚ軸方向に配向した繊維材料モデル（上述した本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法において作成）の下部に配置し、界面モデルを作成する。尚、配置において、繊維配向軸をｚ軸とし、厚さ方向をｘ軸とする。また、ｘ軸の境界は反射境界条件を、その他の境界は周期境界条件を用いる。ここで、分子鎖の配置は、繊維材料モデルの配向軸であるｚ軸と垂直な軸であるｙ軸を基準として、これらのセルの長さを固定し、接着液モデルを再配置する（ステップＳ１６）。
【００４３】
更に、作成された界面モデルに対して、分子鎖を熱平衡化させるために、以下のステップ（緩和計算１〜４）で緩和計算を実施する（ステップＳ１７）。
緩和計算１：接着液分子だけを熱平衡化させるために、繊維材料モデルの分子鎖のｘｙｚ座標を固定し、セルのｙｚ軸断面積を固定して、高圧条件で、ＮＰＴ計算を実施する。
緩和計算２：繊維材料モデルの分子鎖の配向を維持し、分子鎖とｘ軸の境界面間の空隙を削除するために、分子全体をｘ軸方向に移動させ、隙間をつめる。高圧条件で、分子鎖のｘｙｚ座標の固定を解除し、セルのｙｚ断面積を固定した状態で、ＮＰＴ計算を実施する。
緩和計算３：圧力を常圧に設定して、セルのｙｚ断面積を固定した状態で、再度ＮＰＴ計算を実施する。
緩和計算４：セルの固定を解除して、圧力を常圧に設定して、ＮＶＴ計算を実施する。
【００４４】
以上により、繊維材料と接着液の界面モデルが作成される（ステップＳ１８）。
【００４５】
［繊維材料と接着液の界面モデルの評価］
以上により作成された繊維材料と接着液の界面モデルの評価は、界面モデルの厚さ方向（ｘ軸方向。尚、繊維材料は、ｚ軸方向に配向。）のゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物の分布状態を確認することにより行う。
【００４６】
［繊維材料と接着液の界面モデルの剥離特性予測方法］
次に、本実施形態に係るア繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法の一例について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法の手順を示すフローチャート図である。実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデルの剥離特性予測方法では、以上により作成された繊維材料と接着液の界面モデルに対して、１軸伸張計算を実施し、界面の剥離挙動を解析することにより予測を行う。
【００４７】
図４に示すように、界面の剥離挙動の解析するため、上述の本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法で作成された繊維材料と接着液の界面モデルに対して、所定の伸張速度，ポアソン比，ＮＶＴアンサンブルの条件で伸張させ、剥離シミュレーションを実施する（Ｓ２１）。
【００４８】
そして、剥離シミュレーション結果から得られた繊維材料と接着液の界面モデルの応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を示す変位量を算出する（Ｓ２２）。また、剥離シミュレーション結果から得られた繊維材料と接着液の界面モデルの応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する（Ｓ２３）。
【００４９】
更に、図４には記載していないが、Ｓ２１における剥離シミュレーションの過程における伸張挙動を示すスナップショットにより、繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析を行っても良い。また、Ｓ２２における最大剥離応力の算出とＳ２３の剥離エネルギーの算出は、両方を行っても良いし、いずれかのみを行っても良い。
【００５０】
尚、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物の分布状態、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物の分子量が異なる繊維材料と接着液の界面モデルを作成して剥離シミュレーションを実施して、繊維材料と接着液の界面の剥離挙動を比較することが可能である他、様々な材料を用いた繊維材料と接着液に基づいて、作成された繊維材料と接着液の界面モデルに基づいて、剥離シミュレーションを実施することで繊維材料と接着液の界面の剥離挙動を解析することができる。
【００５１】
［繊維材料モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置］
次に、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置の一例について、図５〜図８に基づいて説明する。図５は、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析装置として使用されるコンピュータのハードウェア構成の一例を示すブロック図であり、図６は、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置の機能構成を示すブロック図である。図７は、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置の機能構成を示すブロック図である。図８は、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置の機能構成を示すブロック図である。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置１００または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置２００または繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００は、演算部４０１と、記憶部４０２〜４０４と、入力装置４０５と、出力装置４０６とがシステムバス４０７に接続されて構成される計算機（例えば汎用のパーソナルコンピュータ等）４００上に実装される。かかる計算機４００には、図５に示されているＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ハードディスクなどの補助記憶装置４０４、キーボードやマウスなどの入力装置４０５、ディスプレイやプリンタなどの出力装置４０６などのハードウェアが収納されており、ハードディスクには、プログラム（このプログラムは、リムーバブルな記憶媒体に記録しておくことにより、様々なコンピュータにインストールすることが可能である）を含む各種のソフトウェアが記録されている。そして、これらのハードウェア及びソフトウェアが組み合わされることによって、上述の各部が構築されている。
【００５３】
まず、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置１００について、図６に基づいて説明する。
【００５４】
図６に示すように、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置１００は、モノマーモデル作成手段１０１と、重合体モデル作成手段１０２と、ランダム配置モデル作成手段１０３と、未配向モデル作成手段１０４と、第１の配向処理手段１０５と、第２の配向処理手段１０６と、繊維材料モデル作成手段１０７と、から構成されている。
【００５５】
モノマーモデル作成手段１０１は、解析対象となる繊維材料について、原子間の相互作用を厳密に再現したモノマーモデルを、分子動力学計算により作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ１の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００５６】
重合体モデル作成手段１０２は、モノマーモデル作成手段１０１で作成したモノマーモデルを所定の重合度で重合させて単位モデルである重合体モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ２の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００５７】
ランダム配置モデル作成手段１０３は、重合体モデル作成手段１０２で作成した重合体モデルの複数本を、予め定めたセル（空間）内のランダムな位置に配置したランダム配置モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ３の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００５８】
未配向モデル作成手段１０４は、ランダム配置モデル作成手段１０３で作成したランダム配置モデルを、分子動力学計算により構造緩和させて、温度，圧力等が指定した動的な計算の中でエネルギーが最小となる原子配置を計算し、未配向のモデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ４、５の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００５９】
第１の配向処理手段１０５は、未配向モデル作成手段１０４で作成された未配向のモデルに対し、セルの境界部分（端部）に歪を与えるＬｅｅｓ−Ｅｄｗａｒｄｓ法等を用いて、モデルの１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１方向（ｚ軸方向＝配向軸）に引き伸ばす第１の配向処理を行うためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ６の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６０】
第２の配向処理手段１０６は、第１の配向処理手段１０５で第１の配向処理を行った分子鎖の中から伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、この分子鎖を複写して同じ伸張状態の複数本の分子鎖を作成し、それぞれの分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行うためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ７の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６１】
繊維材料モデル作成手段１０７は、第２の配向処理手段１０６で行った第２の配向処理直後のモデルに対して、構造緩和計算を行い、ｚ軸方向に配向した繊維材料モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ８、９の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６２】
次に、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置２００について、図７に基づいて説明する。
【００６３】
図７に示すように、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置２００は、モノマーモデル作成手段２０１と、重合体モデル作成手段２０２と、ランダム配置モデル作成手段２０３と、接着液モデル作成手段２０４と、接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段２０５と、界面モデル作成手段２０６と、から構成されている。
【００６４】
モノマーモデル作成手段２０１は、接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを、それぞれ作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１１の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６５】
重合体モデル作成手段２０２は、モノマーモデル作成手段２０１で作成された接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルに基づいて、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを、それぞれ作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１２の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６６】
ランダム配置モデル作成手段２０３は、重合体モデル作成手段２０２でそれぞれ作成したゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを、所定の混合比（混合比として、例えば、重量比や分子数比）となるように予め定めたセル（空間）にランダムに配置して、ランダム配置モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１３の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６７】
接着液モデル作成手段２０４は、ランダム配置モデル作成手段２０３で作成されたランダム配置モデルを、分子動力学計算により構造緩和させて、温度，圧力等が指定した動的な計算の中でエネルギーが最小となる原子配置を計算し、未配向の接着液モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１４、１５の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６８】
接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段２０５は、接着液モデル作成手段２０４で作成された接着液モデルを、ｚ軸方向に配向した繊維材料モデル（上述した本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置１００において作成）の下部に配置し、界面モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１６の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６９】
界面モデル作成手段２０６は、接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段２０５で作成された界面モデルに対して、分子鎖を熱平衡化させるために、緩和計算を実施し、繊維材料と接着液の界面モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１７、１８の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００７０】
次に、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００について、図８に基づいて説明する。
【００７１】
図８に示すように、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００は、１軸伸張手段３０１と、最大剥離応力算出手段３０２と、剥離エネルギー算出手段３０３と、から構成されている。
【００７２】
１軸伸張手段３０１は、界面の剥離挙動の解析するため、上述の本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置２００で作成された繊維材料と接着液の界面モデルに対して、所定の伸張速度，ポアソン比，ＮＶＴアンサンブルの条件で伸張させ、剥離シミュレーションを実施するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析方法のステップＳ２１の内容と同様であり、その説明を省略する。ここで、１軸伸張手段３０１において、剥離シミュレーションの過程における伸張挙動を示すスナップショットにより、繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析を行っても良い。
【００７３】
最大剥離応力算出手段３０２は、剥離シミュレーション結果から得られた繊維材料と接着液の界面モデルの応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を示す変位量を算出するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析方法のステップＳ２２の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００７４】
剥離エネルギー算出手段３０３は、また、剥離シミュレーション結果から得られた繊維材料と接着液の界面モデルの応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析方法のステップＳ２３の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００７５】
また、最大剥離応力算出手段３０２及び剥離エネルギー算出手段３０３は、両方が繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００に構成されるものでも良いし、いずれかのみ繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００に構成されるものであっても良い。
【００７６】
このように、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置によれば、作成した１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルとゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物が混在した接着液フルアトム分子動力学モデルに基づいて繊維材料と接着液の界面モデルを作成することができる。そして、作成された繊維材料と接着液の界面モデルを使って剥離解析を行うことにより、界面における材料の配合と剥離特性の関係とを予測することができ、ひいては、実験では把握しがたい繊維材料と接着液の界面におけるナノ・ミクロ領域の挙動と剥離特性の関係を予測することができる。
【実施例】
【００７７】
次に、本実施形態の繊維材料モデル作成方法、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法、並びに、繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析方法を実際に用いた場合の実施例について説明する。本実施例では、トワロン，ケブラーなどに代表される、パラ系アラミド繊維（ポリパラフェニレンテレフタラミド）を解析対象となる繊維材料とした。尚、本実施形態において、解析対象とする繊維材料は、パラ系アラミド繊維に限らず、メタ系アラミド繊維にも適用することができる他、有機繊維（アラミド繊維、ナイロン繊維のようなポリアミド繊維、ポリエステル繊維等）と無機繊維（カラス繊維、炭素繊維等）も含まれる。
【００７８】
まず、上述した本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法及び本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置を用いて、アラミド繊維モデルを作成する。本実施例では、分子動力学解析ソフトＪ−ＯＣＴＡを用い、周期境界条件を採用して以下のパラ系アラミド繊維のフルアトムモデルを作成した。尚、上述した本実施形態の繊維材料モデル作成方法（図１及び図２）に基づいて、本実施例について以下で説明する。
【００７９】
最初に、原子間の相互作用を厳密に再現したモノマーモデルを作成し（ステップＳ１）、次に、１０個のモノマーモデルを重合させアラミド分子とした（ステップＳ２）。尚、アラミド繊維を構成する原子間の結合，角度，二面角ポテンシャル、およびファンデルワールスポテンシャルを設定するための力場はＤＲＥＩＤＩＮＧとＧＡＦＦを検討した。そして、分子鎖を形成する各原子が保有する電荷は、汎密度関数法（Ｂ３ＬＹＰ／６・３１Ｇｄ）で求めたモノマーの電荷を用い、重合後の分子鎖の電荷の総和がゼロとなるように任意の原子が保有する電荷を調整した。更に、立体規則性の影響を調査するために、立体規則性がアイソタクチック，シンジオタクチック，アタクチックとなる３種類の構造を作成した。
【００８０】
そして、上記の条件で作成したアラミド分子６本をセル内のランダムな位置に設置したモデルを作成した（ステップＳ３）。さらに、分子鎖を熱平衡に近い状態にするために、高圧（１００ＭＰａ）条件でＮＰＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施した（緩和計算１：ステップＳ４０１）。その後、圧力を常圧（０．１ＭＰａ）に設定し、再度ＮＰＴ計算を実施した（緩和計算２：ステップＳ４０２）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施して（緩和計算３：ステップＳ４０３）、未配向のアラミドモデルが作成される（ステップＳ５）。尚、緩和計算における設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃ、ステップ数は１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）とし、周期的境界条件を用いて計算した。
【００８１】
次に、分子鎖の第一の配向処理として、未配向のアラミドモデルに対しセルの境界部分（端部）に歪を与えるＬｅｅｓ−Ｅｄｗａｒｄｓ法を使ってモデルのｚ軸（配向軸）方向にせん断エネルギーを与え（ずり又は１軸伸張）、分子鎖を１方向へ引き延ばした（ステップＳ６）。なお、シェア０．０５、初期歪１、設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃ、ステップ数は１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）とし、周期的境界条件を用いて計算した。
【００８２】
そして、分子鎖の第二の配向処理として、配向させた分子の中から伸びきり状態の１本鎖を選択し、この分子を複写して同じ伸張状態の５本のアラミド分子を作成し、それぞれの分子鎖をアラミドの結晶構造に対応した座標に配置した（ステップＳ７）。ここで、アラミド分子の結晶の格子定数はａ＝７．８７Å，ｂ＝５．１８Å，ｃ＝１２．９Å，γ＝９０と考えられているため、配向方向（ｚ軸方向=ｃ軸）に垂直な座標がａ＝７．８７Å，ｂ＝５．１８Åとなるようにセル内に５本の分子鎖を配置した。
【００８３】
そして、緩和計算として、配向処理直後のモデルを、高圧（１００ＭＰａ）条件で、ＮＰＴ−Ｐａｒｒｉｎｅｌｌｏ Ｒａｈｍａｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算により構造緩和させた。配向後の分子鎖はｚ方向に引き伸ばされており、ｘｙｚ軸の各方向に異方応力が作用しているため、セル長さのｘｙ方向（ｘｙ断面積）だけを固定して、高圧（１００ＭＰａ）条件でＮＰＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施して緩和後（緩和計算１：ステップＳ８０１）、ｚ軸方向だけを固定して、再度、高圧（１００ＭＰａ）条件でＮＰＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施して緩和した（緩和計算２：ステップＳ８０２）。次に、セルの固定を解除して、圧力を常圧に設定して、再度ＮＰＴ計算を実施して緩和した（緩和計算３：ステップＳ８０３）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ計算を実施する（緩和計算４：ステップＳ８０４）。尚、緩和計算における設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃ、ステップ数は１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）とし、周期的境界条件を用いて計算した。
これにより、本実施例のアラミド繊維モデルが作成される（ステップＳ９）
【００８４】
表１に本実施例により作成したアラミド繊維モデルの比重と配向度を示す。ここで、現実のアラミド繊維の比重の文献値は、約１．４であり、配向度の文献値は、Ｘ線回折法で求めたものである。そして、アラミド繊維モデルの比重は現実のアラミド繊維（比重約１．４）よりも小さい値となった。モデルＲ４の比重は１．３３１となり、最も実材料に近い値となった。一方、配向度は立体配座がランダムなモデルでは０．９以上を示した。図９に、配向後のアラミド繊維モデル（モデルＲ４）を示す。図９左側に示すｙｚ平面と図９右側に示すｙｘ面から見た分子の配置が明らかに異なっており、ｚ軸方向にアラミド分子が配向している様子が確認できる。
【００８５】
【表１】
【００８６】
ここで、ケブラーなどのパラ系アラミド繊維の水分率は約７％である．現実のアラミド繊維の水分率ｓはアラミド分子の重量Ａと水の重量Ｂを用いて以下の式で表される。
ｓ＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ） ・・・・（１）
また、このときの繊維の比重ρｅｘは、式（１）の関係と体積Ｖを用いて、以下の式で表される。
ρｅｘ＝（Ａ＋Ｂ）／Ｖ＝（１＋ｓ／（１−ｓ））Ａ／Ｖ ・・・・（２）
一方、吸水による繊維の体積変化が微小であると仮定すると、シミュレーションにおけるアラミド繊維の比重ρｓｍは以下の式となる。
ρｓｍ＝Ａ／Ｖ ・・・・（３）
吸水率が７％（ｓ＝０．０７）のときの比重ρｅｘは、式（２），（３）より、以下のようになる．
ρｅｘ＝（Ａ＋Ｂ）／Ｖ＝（１＋０．０７／０．９３）×Ａ／Ｖ＝１．０７５×ρｓｍ
この式に配向後のアラミド繊維のシミュレーションから得られた比重ρｓｍ＝１．３３１を代入すると、ρｅｘ＝１．４３１となる。以上のことから、シミュレーションモデルには水の吸収が考慮されていないため、実材料に比べ比重が小さくなったものと推定される。
【００８７】
以上から、本実施例では、パラ系アラミド繊維のフルアトム分子動力学モデルを作成する際に、力場や配向処理の方法を検討することで、現実の繊維材料に近い比重と配向度を有する配向後のアラミド繊維モデル（Ｒ４）を作成することができた。ここで、Ｒ４のセルサイズは２．４６５８５ｎｍ（Ｚ軸方向）×２．４４００５ｎｍ（Ｙ軸方向）×２．４９２４５ｎｍ（Ｘ軸方向）である。
【００８８】
本実施例で作成されたアラミド繊維モデルの弾性率を評価する。作成されたアラミド繊維モデル（Ｒ４）に対して、伸張速度０．５ｍ／ｓ（０．００５Å／ｐｓ）、ポアソン比０．３、ＮＶＴアンサンブルの条件で伸張シミュレーションを実施した。図１０に、伸張シミュレーション結果から得られたアラミド繊維モデルの応力−ひずみ曲線を示す。図１０では、ひずみ量０．０２５付近に降伏点が確認できる。そして、図１０の線形領域（ｓｔｒａｉｎ＝０〜０．０１７，ひずみ量０〜１．７％）の傾きから、アラミド繊維モデルの弾性率は、４７．４０９ＧＰａと算出された。また、図１０の線形領域の応力の最大値から降伏応力は１．４４ＧＰａと算出される。表２に、ケブラーフィラメントの物性値とモデルの物性値を示す。尚、表２において、伸度＝伸び／元の長さ×１００としている。本実施例において、降伏点において材料が破断するものと仮定し、降伏応力を引張破断とすると、引張強度は表２の約半分の値、破断時の伸度（図１０において、線形領域の応力が最大値となる伸度）は、２．９６％と見積もられ、表２にけるアラミド繊維の破断伸度（２．４〜４．４％）とほぼ一致する結果となった。
【００８９】
【表２】
【００９０】
シミュレーション結果の弾性率はアラミド繊維の理論弾性率１８２ＧＰａ（日本ポリイミド・芳香族系高分子研究会編, 新訂 最新ポリイミド−基礎と応用−, １２９（２０１０））の約１／３の値となっている．作成したアラミド繊維モデルは、分子鎖が５本なので１本鎖で計算する理論弾性率よりも低くなるものと考えられる。従って、表２に示したフィラメントの物性値と比較するのが妥当と考えると、アラミド繊維モデルの弾性率は、ケブラー１１７（フィラメント）の弾性率と同程度、引張強度は１／２程度となる。
【００９１】
次に、作成されたアラミド繊維モデルを用いて上述した本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法及び本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置（図３）を用いて、繊維材料と接着液の界面モデルを作成する。本実施例では、解析対象となる繊維材料を上述の通りアラミド繊維とし、接着液をＲＦ樹脂とラテックスから構成されるＲＦＬとして、分子動力学解析ソフトＪ−ＯＣＴＡを用い、周期境界条件を採用して以下のＲＦＬのフルアトムモデル、及び、アラミド繊維とＲＦＬの界面モデルのフルアトムモデルを作成した。尚、本実施形態において、解析対象とする接着液は、ＲＦ樹脂とラテックスから構成されるＲＦＬに限らず、エポキシ樹脂、ブロックドイソシアネート等を含むＲＦＬにも適用することができる他、ＲＦＬ以外にエポキシ樹脂単体、またゴム組成物が含まれ、ゴム組成物としては、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンモノマー）等のゴム組成物を溶剤（メチルエチルケトン等）に溶かしたゴム糊も含まれる。尚、上述した本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法（図３）に基づいて、本実施例について以下で説明する。
【００９２】
まず、ＲＦ樹脂とラテックスのモノマーモデルを作成し、ＲＦ樹脂とラテックスのモノマーモデルを所定の重合度で重合した（ステップＳ１１〜１２）。尚、ＲＦ樹脂の重合体モデルは、ＲＦ樹脂のモノマーモデルを所定の重合度（複数量体）で重合するものとする。また、ラテックスの重合体モデルは、解析対象とするラテックスのモノマーの配合比に基づいて算出した重合比と、１分子の分子量に基づいて算出する。本実施例では、ＲＦ樹脂は７量体とし、また、ラテックスはＶｐラテックスであるＮｉｐｏｌｅ２５１８ＦＳ（日本ゼオン製）をモデル化し、各モノマーの配合比がスチレン／ブタジエン／ビニルピリジン＝７０／１５／１５ｗｔ％であることから（日本ゼオン“ゴムと繊維の接着剤組成物”特願昭６０−１３８６９号公報参照）、本実施例に係るＲＦＬモデルの重合比はスチレン／ブタジエン／ビニルピリジン＝３／２４／３、１分子の分子量は１９１９（４５５ビーズ）とした。尚、ＲＦＬモデルにおけるスチレン（Ｓ），ブタジエン（Ｂ），ビニルピリジン（Ｐ）の配列順序はランダムとした結果、ＢＳＰＢＢＢＢＢＢＢＳＢＢＢＢＢＰＢＢＢＢＳＢＢＢＢＢＰＢＢの順序となった。そして、分子を構成する原子間の結合、角度、二面角ポテンシャル、およびファンデルワールスポテンシャルを設定するための力場は、水素結合を再現できるＧＡＦＦを使用した。そして、分子鎖を形成する各原子が保有する電荷は、汎密度関数法（Ｂ３ＬＹＰ／６・３１Ｇｄ）で求めたモノマーの電荷を用い、重合後の分子鎖の電荷の総和がゼロとなるように任意の原子が保有する電荷を調整した。
【００９３】
上記の条件でそれぞれ作成したＲＦ分子とＶｐ分子を、所定の混合比（本実施例では、重量比で１：１（分子数比で４分子：１０分子）の割合）となるように１つセルに配置した（２８６０ビーズ）（ステップＳ１３）。
【００９４】
さらに、分子鎖を熱平衡に近い状態にするために高圧（１００ＭＰａ）条件でＮＰＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施した（緩和計算１）。その後、圧力を常圧（０．１ＭＰａ）に設定し、再度ＮＰＴ計算を実施した（緩和計算２）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施して（緩和計算３）、ＲＦＬモデルが作成される（ステップＳ１４〜１５）。尚、緩和計算における設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃ、ステップ数は１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）とし、周期的境界条件を用いて計算した。
【００９５】
次に、作成したＲＦＬモデルをｚ軸方向に配向させた上記で作成したアラミド繊維モデルの下部に配置し、アラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを作成する（ステップＳ１６〜１８）。
本実施例では、分子鎖の配置はアラミド繊維モデルの配向軸であるｘ軸と垂直な軸であるｙ軸を基準として、これらのセルの長さを固定し、ＲＦＬモデルを再配置した（ステップＳ１６）。このときのセルサイズは２．４４６５８５ｎｍ（ｚ軸方向）×２．４４００５５ｎｍ（ｙ軸方向）×１１．９９２４４５ｎｍ（ｘ軸方向）である。尚、界面モデルの初期配置は、Ｊ−ＯＣＴＡシステムモデラを使用した。さらに、分子鎖を熱平衡化させるために、以下のステップ（緩和計算１〜５）で緩和計算を実施した（ステップＳ１７）。尚、緩和計算における設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃとした。
【００９６】
緩和計算１：接着液分子だけを熱平衡化させるために、繊維材料モデルの分子鎖のｘｙｚ座標を固定し、セルのｙｚ軸断面積を固定して、高圧条件（１００ＭＰａ）で、ＮＰＴ計算を実施した。なお、セルのｙｚ軸は固定し、１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）、ｘ軸の境界は反射境界条件、電荷計算はｃｕｔｏｆｆ Ｃｏｕｌｏｍｂを選択した。尚、本実施例において、アラミド繊維は、熱平衡化済みである。
緩和計算２：繊維材料モデルの分子鎖の配向を維持し、分子鎖とｘ軸の境界面間の空隙を削除するために、分子全体をｘ軸方向に−０．５ｎｍ移動させ、隙間をつめる。高圧条件（１００ＭＰａ）で、分子鎖のｘｙｚ座標の固定を解除し、セルのｙｚ断面積を固定した状態で、ＮＰＴ計算を１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）実施した。
緩和計算３：圧力を常圧（０．１ＭＰａ）に設定して、セルのｙｚ断面積を固定した状態で、再度ＮＰＴ計算を１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）実施した。
緩和計算４：セルの固定を解除して、圧力を常圧（０．１ＭＰａ）に設定して、ＮＶＴ計算を１００万ステップ（１ｎｓｅｃ）実施した。
【００９７】
以上により、アラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを作成した（ステップＳ１８）。このときのｘ軸方向のセルサイズは、６．８６９１４ｎｍ、比重は１．１３５４ｇ／ｃｍ３、計算時間は１３７時間であった。
【００９８】
以上により作成された本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを、図１１に示す。図１１において、ｘ軸方向（左右方向）が界面の厚さ方向を示している。図１１から、アラミド繊維はｚ軸方向（上下方向）に配向しており、アラミド繊維表面付近にＲＦ樹脂が多く分布していることが確認できる。
【００９９】
図１２に、本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルにおける厚さ方向（深さ方向）のアラミド繊維、ＲＦ樹脂、Ｖｐラッテクスの分布を示すものであり、左側はモデル１を、右側はモデル２を示している。図１２の横軸はｘ軸座標（厚さ方向）、縦軸は任意の厚さに存在する各原子の数である。図１２左側のモデル１はアラミド繊維表面（Ｄｅｐｔｈ＝２５Å付近）にＲＦ樹脂が多く分布しており、ＲＦ樹脂とＶｐラテックスが混合状態であることが確認できる。一方、図１２右側のモデル２ではアラミド繊維表面付近にＶｐラッテクスが多く分布しており、ＲＦ樹脂とＶｐラテックスが混合状態であることが確認できる。尚、モデル１のセルサイズは２．４４６５８５ｎｍ（ｚ軸方向）×２．４４００５５ｎｍ（ｙ軸方向）×６．８３７３１ｎｍ（ｘ軸方向）、モデル２のセルサイズは２．４４６５８５ｎｍ（ｚ軸方向）×２．４４００５５ｎｍ（ｙ軸方向）×６．８９９０４ｎｍ（ｚ軸方向）であり、アラミド繊維とＲＦＬの厚さ方向の長さは、モデル１が２．５ｎｍ、モデル２が４．５ｎｍと算出された。
【０１００】
次に、作成されたアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを用いて上述した本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法及び本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置を用いて、アラミド繊維とＲＦＬの界面の剥離特性を予測する。尚、上述した本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法（図４）に基づいて、本実施例について以下で説明する。
【０１０１】
本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデル（モデル１，２）に対して、１軸伸張計算を実施し界面の剥離挙動を確認した（Ｓ２１）。尚、伸張計算はＮＶＴアンサンブル、伸張速度２５ｍ／ｓ、ポアソン比０の条件で伸張し、モデルの両端０．２ｎｍの原子のｙ座標、ｚ座標（伸張方向に垂直な面の座標）を固定しｘ軸（伸張方向の座標）を伸張速度と同じ速度で移動させた。本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離挙動について、図１３及び図１４に基づいて、説明する。
図１３は、実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離シミュレーション結果から得られた応力−変位曲線を示すものであり、左側はモデル１を、右側はモデル２を示している。図１３に示すように、剥離応力は変位量約１ｎｍ付近で最大値を示した（Ｓ２２）。
また、図１４は、実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離シミュレーションの剥離過程における伸張挙動を示すものであり、左側はモデル１を、右側はモデル２を示している。図１４に示すように、両モデルの剥離形態はＲＦＬ（おそらくＶｐラテックス）が破壊して剥離（接着強度は、アラミド繊維とＲＦＬの界面＞ＲＦＬ）している。尚、今回モデル化したＶｐラッテクスは未架橋状態である。また、モデル１はモデル２より剥離後のアラミド繊維表面へのＲＦ樹脂の付着量が多いことが分かる。これは、ＲＦ樹脂とアラミドの相互作用の強さが大きいためと考えられる。
【０１０２】
さらに、図１３の応力−変位曲線の積分により剥離エネルギーを算出すると、モデル１の剥離エネルギーは、１２．５５ｋＪ／ｍ２モデル２の剥離エネルギーは、１２．３８ｋＪ／ｍ２となり、アラミド繊維表面にＲＦ樹脂が多く分布するモデル１の方が剥離するために、僅かに大きなエネルギーが必要なことが確認される（Ｓ２３）。
【０１０３】
本実施例においては、ＲＦ樹脂の分布状態の異なるアラミド繊維とＲＦＬの界面モデル（モデル１，２）を作成し、剥離シミュレーションを実施した。そして、アラミド繊維と相互作用の強いＲＦ樹脂がアラミド繊維表面に多く分布したモデル２の剥離エネルギーはＲＦ樹脂の分布が小さいモデル１に比べ大きな剥離エネルギーを示すことが確認された。
このように、本実施形態の繊維材料と接着液の界面モデル作成方法及び剥離シミュレーションを様々な材料に適用することで、繊維材料と接着液の界面の剥離挙動を解析できると考えられる。例えば、ＲＦ樹脂の分布、ＲＦ樹脂の分子量、Ｖｐラテックス分子量（５本鎖から１本鎖へ変更）が異なるモデルを作成し、その剥離挙動を解析することが考えられる。
【符号の説明】
【０１０４】
１ アラミド繊維モデル
２ ＲＦＬモデル
１００ 繊維材料モデル作成装置
１０１ モノマーモデル作成手段
１０２ 重合体モデル作成手段
１０３ ランダム配置モデル作成手段
１０４ 未配向モデル作成手段
１０５ 第１の配向処理手段
１０６ 第２の配向処理手段
１０７ 繊維材料モデル作成手段
２００ 繊維材料と接着液の界面モデル作成装置
２０１ モノマーモデル作成手段
２０２ 重合体モデル作成手段
２０３ ランダム配置モデル作成手段
２０４ 接着液モデル作成手段
２０５ 接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段
２０６ 界面モデル作成手段
３００ 繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置
３０１ １軸伸張手段
３０２ 最大剥離応力算出手段
３０３ 剥離エネルギー算出手段
４００ コンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータシミュレーションにより、繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、作成された繊維材料モデルを用いて接着処理が施された繊維材料と接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、作成された繊維材料と接着液の界面モデルを用いた繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、伝動ベルトの心線や補強材として繊維材料（アラミド繊維など）が用いられている。そして、ゴムと複合される繊維には接着液を用いた接着処理が施される。補強性に優れたゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着剤と繊維材料との複合材料を作成するには、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着剤／繊維材料の接着界面の制御が必要である。ここで、接着液として、例えば、ＲＦＬ（レゾルシン・ホルマリン・ラテックス）液やエポキシ樹脂、ゴム組成物（クロロプレンゴム、ＥＰＤＭ等）を溶剤（メチルエチルケトン等）に溶かしたゴム糊が用いられる。このような繊維と接着液間の接着では両者の化学反応以外に繊維表面近傍の分子鎖とゴムの絡み合いが重要と考えられており、繊維材料と接着液などの高分子材料の密着性を予測することが必要であるが、分子レベルでの接着剤の配合と界面の剥離特性の評価を実験で行うことは不可能である。そこで、接着メカニズムの解明や界面の剥離状態の予測には図１５に示すような分子動力学モデルを用いた繊維材料と接着液の接着・剥離シミュレーションが有用と考えられる。
【０００３】
そして、分子動力学モデルを用いた既存の発明として、架橋ゴムのモデル化を行っている特許文献１のような技術や、高分子の密着性を予測する特許文献２のような技術があるが、繊維のモデル化や繊維／接着液のモデル化に関する技術ではなく、繊維のモデル化や繊維／接着液のモデル化に関する技術は、特許文献１，２以外にも存在しない。
【０００４】
ここで、繊維材料の一例として、アラミド繊維の基本構造を図１６に示す。図１６に示すアラミド繊維は、分子骨格が全体に直線状のパラ系（図１６の左側）と、ジグザグ系のメタ系（図１６の右側）に大別される。パラ系アラミド繊維には、高強度・高弾性率の繊維であるケブラーの他に、耐熱・防炎性に優れたものがある。メタ系は消防服の素材に、ノーメックス（ＮＯＭＥＸ）と呼ばれる特に耐熱・防炎性に優れるアラミド繊維が使われることが多い。ノーメックスは宇宙服の素材としても使われている。アラミド繊維は、結晶中では高分子鎖が折りたたまれたような構造になりやすいので、ベンゼン環同士が密着し、熱に強く、燃やしても炎を上げない繊維となる。また、ベンゼン環を持った剛直な分子が次々に手をつないだ構造であるため、液晶状態に整列して高分子自体があたかも結晶になったような構造になりやすい。
【０００５】
また、接着液の一例として、ＲＦＬの分子構造について説明する。ＲＦＬはＲＦ樹脂の希薄水溶液とゴムラテックスとの混合物である。ＲＦ樹脂は、水中で水酸化ナトリウム，アンモニアなどのアルカリ性化合物を触媒として常温付近でＲ（レゾルシン）とＦ（ホルマリン）を付加縮合反応させて得られるレゾール形の初期縮合物である。繊維とゴムの接着機構は、繊維，接着剤（ＲＦＬ），ゴムの３層積相体として説明されている。繊維層と接着剤層の接着は、アラミド繊維のアミド基とＲＦ樹脂の水酸基の間の水素結合と考えられている。また、接着剤層では、ＲＦ樹脂が３次元網目構造を形成し、ラテックスを取り込むことにより、ネットワークを形成することで強度を発現している。ここで、ＲＦ樹脂の分子構造（２量体）を図１７に、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン系Ｖｐラテックスの分子構造を図１８に示す。
【０００６】
一方、分子動力学モデルを用いたコンピュータシミュレーションでは、モデルの初期構造を得るために、緩和計算を実施する。非晶性材料では緩和計算後に作成される高分子材料はアモルファス状態となるが、結晶性材料や配向性を有する材料においても、計算時間の節約やモデルのサイズが小さいことにより、緩和計算後の構造はアモルファス状態となってしまうという問題が生じる。また、ガラス転移温度や弾性率などの計算した物性が得られるモデルサイズを使ったシミュレーションでは、数ｎｓｅｃ程度の時間しか計算できない。このため、熱的な処理や力学的な処理を加えることにより結晶化や配向する材料は、通常の単純な緩和計算や伸張後の緩和計算では作成できないという問題が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５６３００号公報
【特許文献２】特開２００３−１０６９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、コンピュータシミュレーションにより、繊維材料／接着液の接着メカニズムを解明して、繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測するには、各種材料（繊維材料と接着液など）が共存する状態においても、繊維材料が配向状態を維持できるような安定した配向構造及び界面構造を作成する必要がある。即ち、前提として、短時間で１軸方向に配向した繊維材料の分子モデルを作成する必要がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、コンピュータシミュレーションにより繊維材料／接着液の接着メカニズムの解析と繊維材料と接着液の界面の剥離特性の予測を行うことを目標とし、その前提となる繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、作成された繊維材料モデルとゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物が混在した接着液のフルアトム分子動力学モデルに基づいて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、作成された繊維材料と接着液の界面モデルに基づいて、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る繊維材料モデル作成方法は、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成方法であって、解析対象となる繊維材料のモノマーモデルを作成する工程と、前記モノマーモデルを重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成する工程と、前記重合体モデルの複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成する工程と、前記ランダム配置モデルを分子動力学計算により構造緩和させて未配向のモデルを作成する工程と、前記未配向のモデルに対し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張する第１の配向処理を行う工程と、前記第１の配向処理により、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、選択した前記分子鎖を複数本複写した分子鎖を作成し、前記各複写した分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う工程と、前記第２の配向処理直後の前記モデルを分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料モデルを作成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る繊維材料モデル作成装置は、コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成装置であって、解析対象となる繊維材料のモノマーモデルを作成するモノマーモデル作成手段と、前記モノマーモデルを重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成する重合体モデル作成手段と、前記重合体モデルの複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成するランダム配置モデル作成手段と、前記ランダム配置モデルを分子動力学計算により構造緩和させて未配向のモデルを作成する未配向モデル作成手段と、前記未配向のモデルに対し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張する第１の配向処理を行う第１の配向処理手段と、前記第１の配向処理により、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、選択した前記分子鎖を複数本複写した分子鎖を作成し、前記各複写した分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う第２の配向処理手段と、前記第２の配向処理直後の前記モデルを分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料モデルを作成する繊維材料モデル作成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
これによると、分子動力学モデルを用いたコンピュータシミュレーションにより、比較的短時間で１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成することができる。そして、作成した繊維材料モデルを用いて、繊維材料／ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の密着性を予測することが可能になる。
【００１３】
また、本発明に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法は、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の接着処理が施された繊維材料とゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成方法であって、分子動力学計算により解析対象となる接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを作成する工程と、前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルをそれぞれ所定の重合度で重合させて単位モデルとなる前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを作成する工程と、前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルの所定の混合比率で予め定めた空間に配置する工程と、分子動力学計算により構造緩和させて接着液モデルを作成する工程と、前記接着液モデルを、１軸配向した請求項１に記載の前記繊維材料モデルに隣接して配置する工程と、分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置は、コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の接着処理が施された繊維材料とゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成装置であって、分子動力学計算により解析対象となる接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを作成するモノマーモデル作成手段と、前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルをそれぞれ所定の重合度で重合させて単位モデルとなる前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを作成する重合体モデル作成手段と、前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルの所定の混合比率で予め定めた空間に配置するランダム配置モデル作成手段と、分子動力学計算により構造緩和させて接着液モデルを作成する接着液モデル作成手段と、前記接着液モデルを、１軸配向した請求項４に記載の前記繊維材料モデルに隣接して配置する接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段と、分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する界面モデル作成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
これによると、作成した１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルとゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物が混在した接着液のフルアトム分子動力学モデルに基づいて繊維材料と接着液の界面モデルを作成することができる。そして、作成された繊維材料と接着液の界面モデルを使って剥離解析を行うことにより、界面における材料の配合と剥離特性の関係とを予測することができ、ひいては、実験では把握しがたい界面におけるナノ・ミクロ領域の挙動と剥離特性の関係を予測することができる。
【００１６】
更に、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法は、コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測する繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法であって、請求項３に記載の前記繊維材料と接着液の界面モデルを、界面の厚さ方向に１軸伸張させて応力−変位曲線を計算する工程と、前記応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を算出する工程と、前記応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置は、コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測する繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置であって、請求項５に記載の前記繊維材料と接着液の界面モデルを、界面の厚さ方向に１軸伸張させて応力−変位曲線を計算する１軸伸張手段と、前記応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を算出する最大剥離応力算出手段と、前記応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する剥離エネルギー算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
これによると、作成した繊維材料と接着液の界面モデルを界面の厚さ方向に１軸伸張させて、剥離挙動を解析することにより、界面における材料の配合と剥離特性の関係とを予測することができ、実験では把握しがたい繊維材料と接着液の界面におけるナノ・ミクロ領域の挙動と剥離特性の関係を予測することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置は、分子動力学モデルを用いたコンピュータシミュレーションにより、比較的短時間で１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成して、繊維材料／ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の密着性を予測することが可能になると共に、作成した１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルとゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物が混在した接着液のフルアトム分子動力学モデルに基づいて繊維材料と接着液の界面モデルを作成して、繊維材料と接着液の界面モデルを使って剥離解析を行うことにより、界面における材料の配合と剥離特性の関係とを予測することができ、ひいては、実験では把握しがたい繊維材料と接着液の界面におけるナノ・ミクロ領域の挙動と剥離特性の関係を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の手順を示す概略フローチャート図である。
【図２】本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の手順を示す詳細フローチャート図である。
【図３】本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法の手順を示すフローチャート図である。
【図４】本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法の手順を示すフローチャート図である。
【図５】本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置として使用されるコンピュータのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置の機能構成を示すブロック図である。
【図９】本実施例に係るアラミド繊維モデルの配向後の状態を示す図であり、（ａ）がｙｘ面のアラミド繊維モデルであり、（ｂ）がｙｚ面のアラミド繊維モデルである。
【図１０】本実施例に係るアラミド繊維モデルの弾性率評価のために行った伸張シミュレーション結果から得られたアラミド繊維モデルの応力−ひずみ曲線を示す図である。
【図１１】本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを示す図である。
【図１２】本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルにおける厚さ方向（深さ方向）のアラミド繊維、ＲＦ樹脂、Ｖｐラッテクスの分布を示す図である。
【図１３】本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離シミュレーション結果から得られた応力−変位曲線を示す図である。
【図１４】本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離シミュレーションにおける剥離過程における伸張挙動を示すスナップショットである。
【図１５】アラミド繊維とＲＦＬの接着及び剥離シミュレーションをモデル化したイメージ図である。
【図１６】アラミド繊維（パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維）の基本構造を示す図である。
【図１７】ＲＦ樹脂の分子構造（２量体）を示す図である。
【図１８】Ｖｐラテックスの分子構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置を実施するための形態について、具体的な一例に即して説明する。尚、以下に説明するものは、例示したものにすぎず、本発明に係る繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置の適用限界を示すものではない。すなわち、本発明に係る繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置は、下記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。
【００２２】
［繊維材料モデル作成方法］
まず、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の一例について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の手順を示す概略フローチャート図であり、図２は、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法の手順を示す詳細フローチャート図である。ここで、本実施形態において作成する繊維材料モデルは、繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを意味している。
【００２３】
図１に示すように、最初に、解析対象となる繊維材料について、原子間の相互作用を厳密に再現したモノマーモデルを、分子動力学計算により作成する（ステップＳ１）。より詳細には、図２に示すように、原子の座標，結合の設定を行い（ステップＳ１０１）、Ｄｒｅｉｄｉｎｇ，ＧＡＦＦ，ＡＭＢＥＲ等の力場を用いて、結合，結合角，二面角エネルギー，非結合エネルギー（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）を設定（データベースを選択して各原子に割り当てる）する（ステップＳ１０２）。次に、モンテカルロ法又はミニマイズ法等を用いて構造最適化を行い、分子鎖のエネルギーが最小となる原子配置を計算する（ステップＳ１０３）。そして、分子鎖の中の原子が保有する電荷を分子軌道法で計算し、分子鎖を形成する各電子が保有する電荷を、密度汎関数法により求めたモノマーの電荷を用いて計算する（Ｓ１０４）。以上により、繊維材料のモノマーモデルのモノマーファイルを作成する（Ｓ１０５）。
【００２４】
次に、図１に示すように、ステップＳ１で作成したモノマーモデルを所定の重合度で重合させて単位モデルである重合体モデルを作成する（ステップＳ２）。より詳細には、図２に示すように、モノマーモデルの重合度（重合させる数）と、重合体モデルの立体規則性の種類を設定する（ステップＳ２０１）。ここで、立体規則性の種類として、立体規則性の影響を調査するために、立体規則性がアイソタクチック（すべての不斉炭素が同じ絶対配置を持つ構造）、シンジオタクチック（絶対配置が交互に並ぶ構造）、アタクチック（全くランダムな構造）の３種類を作成することが好ましい。そして、Ｄｒｅｉｄｉｎｇ，ＧＡＦＦ，ＡＭＢＥＲ等の力場を用いて、結合，結合角，二面角エネルギー，非結合エネルギー（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ）を設定（データベースを選択して各原子に割り当てる）する（ステップＳ２０２）。次に、モンテカルロ法又はミニマイズ法等を用いて構造最適化を行い、分子鎖のエネルギーが最小となる原子配置を計算する（ステップＳ２０３）。そして、分子鎖の中の原子が保有する電荷を分子軌道法で計算し、密度汎関数法またはモノマーモデルの値を利用して、重合後の分子鎖の電荷の総和がゼロとなるように調整しながら任意の原子が保有する電荷を計算する（ステップＳ２０４）。
【００２５】
そして、図１に示すように、ステップＳ２で作成した重合体モデルの複数本を、予め定めたセル（空間）内のランダムな位置に配置したランダム配置モデルを作成する（ステップＳ３）。より詳細には、図２に示すように、重合体モデルの数と、重合体モデルの立体規則性の種類を選択し（ステップＳ３０１）、分子動力学計算用のファイル（ここで、「ファイル」とは原子の種類、座標、原子間の結合、相互作用に関する情報、温度、圧力等の計算条件等を含むものである。）を作成する（ステップＳ３０２）。
【００２６】
次に、図１に示すように、ステップＳ３で作成したランダム配置モデルを、分子動力学計算により構造緩和させて、温度，圧力等が指定した動的な計算の中でエネルギーが最小となる原子配置を計算し、未配向のモデルを作成する（ステップＳ４）。より詳細には、図２に示すように、分子鎖を熱平衡に近い状態にするために、高圧条件で、ＮＰＴ（粒子数，圧力，温度一定条件）計算を実施する（緩和計算１：ステップＳ４０１）。次に、圧力を常圧に設定して、再度ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算２：ステップＳ４０２）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ（粒子数，体積，温度一定条件）計算を実施する（緩和計算３：ステップＳ４０３）。なお、上記ＮＰＴ計算及びＮＶＴ計算において、例えば、温度制御は Ｎｏｓｅ−Ｈｏｏｖｅｒ の方法を、圧力制御はＡｎｄｅｒｓｅｎの方法を用いる。
【００２７】
以上により、未配向のモデルが作成される（ステップＳ５）。
【００２８】
そして、ステップＳ５で作成された未配向のモデルに対し、セルの境界部分（端部）に歪を与えるＬｅｅｓ−Ｅｄｗａｒｄｓ法等を用いて、モデルの１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１方向（ｚ軸方向＝配向軸）に引き伸ばす第１の配向処理を行う（ステップＳ６）。
【００２９】
そして、ステップＳ６で第１の配向処理を行った分子鎖の中から伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、この分子鎖を複写して同じ伸張状態の複数本の分子鎖を作成し、それぞれの分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う（ステップＳ７）。
【００３０】
そして、ステップＳ７で行った第２の配向処理直後のモデルに対して、構造緩和計算を行う（ステップＳ８）。より詳細には、図２に示すように、ステップＳ７で行った第２の配向処理後の分子鎖はｚ軸方向に引き伸ばされており、ｘｙｚ軸の各方向に異方応力が作用しているため、第２の配向処理直後のモデルに対して、セル長さのｘｙ方向（ｘｙ断面積）を固定して、高圧条件で、ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算１：ステップＳ８０１）。そして、ｚ軸方向だけを固定して、再度、高圧条件で、ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算２：ステップＳ８０２）。次に、セルの固定を解除して、圧力を常圧に設定して、再度ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算３：ステップＳ８０３）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ計算を実施する（緩和計算４：ステップＳ８０４）。尚、上記ＮＰＴ計算及びＮＶＴ計算において、例えば、温度制御は Ｎｏｓｅ−Ｈｏｏｖｅｒ の方法を、圧力制御はＰａｒｒｉｎｅｌｌｏ−Ｒａｈｍａｎの方法を用いる。
【００３１】
以上により、ｚ軸方向に配向した繊維材料モデルが作成される（ステップＳ９）。
【００３２】
［繊維材料モデルの評価］
以上により作成された繊維材料モデルの妥当性の評価として、まず、作成された繊維材料モデルの比重と配向度と現実の繊維材料の比重と配向度とを比較して、作成した繊維材料モデルの比重と配向度が、現実の繊維材料の比重と配向度の文献値に近い値が得られているのが妥当と評価することにより行う。
【００３３】
また、作成された繊維材料モデルの妥当性を判断するために、力学物性の評価も必要である。そこで、作成された繊維材料モデルの１軸伸張シミュレーションから得られた応力−ひずみ曲線から弾性率を算出し、その結果を繊維材料の理論弾性率及びケブラーフィラメントの弾性率と比較することによりモデルの妥当性を評価する。
【００３４】
即ち、作成された繊維材料モデルの弾性率を算出するために、作成された繊維材料モデルに対して、所定の伸張速度，ポアソン比，ＮＶＴアンサンブルの条件で伸張シミュレーションを実施する。次に、伸張シミュレーション結果から得られたモデルの応力−ひずみ曲線に基づいて、線形領域の傾きから弾性率を算出する。そして、算出された弾性率の値と、繊維材料の理論弾性率及びケブラーフィラメントの弾性率と比較する。そして、作成した繊維材料モデルは分子鎖が複数本なので、算出された弾性率の値は、１本鎖で計算する理論弾性率（例えば、繊維材料がアラミド繊維の場合は、１８２ＧＰａ（日本ポリイミド・芳香族系高分子研究会編, 新訂 最新ポリイミド−基礎と応用−, １２９（２０１０）参照））よりも低くなるのが妥当と評価される。また、算出された弾性率の値が、ケブラーフィラメントの弾性率の物性値に近い値が得られているのが妥当と評価される。
【００３５】
このように、本実施形態の繊維材料モデル作成方法によれば、分子動力学モデルを用いたコンピュータシミュレーションにより、比較的短時間で１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成することができる。そして、作成した繊維材料モデルを用いて、繊維材料／ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の密着性を予測することが可能になる。
【００３６】
［繊維材料と接着液の界面モデル作成方法］
次に、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法の一例について、図３に基づいて説明する。図３は、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法の手順を示すフローチャート図である。ここで、本実施形態では、接着液を用いて接着処理を施した繊維材料を解析対象とし、上述の実施形態により作成された繊維材料を用いて、繊維材料と接着液の界面モデルを作成する。
【００３７】
図３に示すように、まず、接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ１と同様の方法で、それぞれ作成する（ステップＳ１１）。尚、図３に示すステップＳ１１〜１５において、接着液のフルアトムモデル（以下、「接着液モデル」と略する。）を作成するが、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ１〜５と同様の方法で作成するため、以下、詳細な説明は省略する。
【００３８】
そして、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ２と同様の方法で、それぞれ作成する（ステップＳ１２）。
【００３９】
次に、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ３と同様の方法で、それぞれ作成したゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを、所定の混合比（混合比として、例えば、重量比や分子数比）となるように予め定めたセル（空間）にランダムに配置して、ランダム配置モデルを作成する（ステップＳ１３）。
【００４０】
次に、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ４と同様の方法で、ランダム配置モデルを、分子動力学計算により構造緩和させて、温度，圧力等が指定した動的な計算の中でエネルギーが最小となる原子配置を計算し、未配向の接着液モデルを作成する（ステップＳ１４）。ここで、分子鎖を熱平衡に近い状態にするために、高圧条件で、ＮＰＴ（粒子数，圧力，温度一定条件）計算を実施する（緩和計算１：ステップＳ４０１）。次に、圧力を常圧に設定して、再度ＮＰＴ計算を実施する（緩和計算２：ステップＳ４０２）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ（粒子数，体積，温度一定条件）計算を実施する（緩和計算３：ステップＳ４０３）。
【００４１】
以上により、上述した繊維材料モデル作成方法において説明した図１及び図２におけるステップＳ１〜５と同様の方法で、接着液モデルが作成される（ステップＳ１５）。尚、上述したゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合度、混合比を変化させることにより、種類の異なるモデルを作成することが可能である。
【００４２】
そして、作成された接着液モデルを、ｚ軸方向に配向した繊維材料モデル（上述した本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法において作成）の下部に配置し、界面モデルを作成する。尚、配置において、繊維配向軸をｚ軸とし、厚さ方向をｘ軸とする。また、ｘ軸の境界は反射境界条件を、その他の境界は周期境界条件を用いる。ここで、分子鎖の配置は、繊維材料モデルの配向軸であるｚ軸と垂直な軸であるｙ軸を基準として、これらのセルの長さを固定し、接着液モデルを再配置する（ステップＳ１６）。
【００４３】
更に、作成された界面モデルに対して、分子鎖を熱平衡化させるために、以下のステップ（緩和計算１〜４）で緩和計算を実施する（ステップＳ１７）。
緩和計算１：接着液分子だけを熱平衡化させるために、繊維材料モデルの分子鎖のｘｙｚ座標を固定し、セルのｙｚ軸断面積を固定して、高圧条件で、ＮＰＴ計算を実施する。
緩和計算２：繊維材料モデルの分子鎖の配向を維持し、分子鎖とｘ軸の境界面間の空隙を削除するために、分子全体をｘ軸方向に移動させ、隙間をつめる。高圧条件で、分子鎖のｘｙｚ座標の固定を解除し、セルのｙｚ断面積を固定した状態で、ＮＰＴ計算を実施する。
緩和計算３：圧力を常圧に設定して、セルのｙｚ断面積を固定した状態で、再度ＮＰＴ計算を実施する。
緩和計算４：セルの固定を解除して、圧力を常圧に設定して、ＮＶＴ計算を実施する。
【００４４】
以上により、繊維材料と接着液の界面モデルが作成される（ステップＳ１８）。
【００４５】
［繊維材料と接着液の界面モデルの評価］
以上により作成された繊維材料と接着液の界面モデルの評価は、界面モデルの厚さ方向（ｘ軸方向。尚、繊維材料は、ｚ軸方向に配向。）のゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物の分布状態を確認することにより行う。
【００４６】
［繊維材料と接着液の界面モデルの剥離特性予測方法］
次に、本実施形態に係るア繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法の一例について、図４に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法の手順を示すフローチャート図である。実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデルの剥離特性予測方法では、以上により作成された繊維材料と接着液の界面モデルに対して、１軸伸張計算を実施し、界面の剥離挙動を解析することにより予測を行う。
【００４７】
図４に示すように、界面の剥離挙動の解析するため、上述の本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法で作成された繊維材料と接着液の界面モデルに対して、所定の伸張速度，ポアソン比，ＮＶＴアンサンブルの条件で伸張させ、剥離シミュレーションを実施する（Ｓ２１）。
【００４８】
そして、剥離シミュレーション結果から得られた繊維材料と接着液の界面モデルの応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を示す変位量を算出する（Ｓ２２）。また、剥離シミュレーション結果から得られた繊維材料と接着液の界面モデルの応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する（Ｓ２３）。
【００４９】
更に、図４には記載していないが、Ｓ２１における剥離シミュレーションの過程における伸張挙動を示すスナップショットにより、繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析を行っても良い。また、Ｓ２２における最大剥離応力の算出とＳ２３の剥離エネルギーの算出は、両方を行っても良いし、いずれかのみを行っても良い。
【００５０】
尚、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物の分布状態、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物の分子量が異なる繊維材料と接着液の界面モデルを作成して剥離シミュレーションを実施して、繊維材料と接着液の界面の剥離挙動を比較することが可能である他、様々な材料を用いた繊維材料と接着液に基づいて、作成された繊維材料と接着液の界面モデルに基づいて、剥離シミュレーションを実施することで繊維材料と接着液の界面の剥離挙動を解析することができる。
【００５１】
［繊維材料モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置］
次に、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置の一例について、図５〜図８に基づいて説明する。図５は、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置または繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析装置として使用されるコンピュータのハードウェア構成の一例を示すブロック図であり、図６は、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置の機能構成を示すブロック図である。図７は、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置の機能構成を示すブロック図である。図８は、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置の機能構成を示すブロック図である。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置１００または繊維材料と接着液の界面モデル作成装置２００または繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００は、演算部４０１と、記憶部４０２〜４０４と、入力装置４０５と、出力装置４０６とがシステムバス４０７に接続されて構成される計算機（例えば汎用のパーソナルコンピュータ等）４００上に実装される。かかる計算機４００には、図５に示されているＣＰＵ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ハードディスクなどの補助記憶装置４０４、キーボードやマウスなどの入力装置４０５、ディスプレイやプリンタなどの出力装置４０６などのハードウェアが収納されており、ハードディスクには、プログラム（このプログラムは、リムーバブルな記憶媒体に記録しておくことにより、様々なコンピュータにインストールすることが可能である）を含む各種のソフトウェアが記録されている。そして、これらのハードウェア及びソフトウェアが組み合わされることによって、上述の各部が構築されている。
【００５３】
まず、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置１００について、図６に基づいて説明する。
【００５４】
図６に示すように、本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置１００は、モノマーモデル作成手段１０１と、重合体モデル作成手段１０２と、ランダム配置モデル作成手段１０３と、未配向モデル作成手段１０４と、第１の配向処理手段１０５と、第２の配向処理手段１０６と、繊維材料モデル作成手段１０７と、から構成されている。
【００５５】
モノマーモデル作成手段１０１は、解析対象となる繊維材料について、原子間の相互作用を厳密に再現したモノマーモデルを、分子動力学計算により作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ１の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００５６】
重合体モデル作成手段１０２は、モノマーモデル作成手段１０１で作成したモノマーモデルを所定の重合度で重合させて単位モデルである重合体モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ２の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００５７】
ランダム配置モデル作成手段１０３は、重合体モデル作成手段１０２で作成した重合体モデルの複数本を、予め定めたセル（空間）内のランダムな位置に配置したランダム配置モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ３の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００５８】
未配向モデル作成手段１０４は、ランダム配置モデル作成手段１０３で作成したランダム配置モデルを、分子動力学計算により構造緩和させて、温度，圧力等が指定した動的な計算の中でエネルギーが最小となる原子配置を計算し、未配向のモデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ４、５の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００５９】
第１の配向処理手段１０５は、未配向モデル作成手段１０４で作成された未配向のモデルに対し、セルの境界部分（端部）に歪を与えるＬｅｅｓ−Ｅｄｗａｒｄｓ法等を用いて、モデルの１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１方向（ｚ軸方向＝配向軸）に引き伸ばす第１の配向処理を行うためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ６の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６０】
第２の配向処理手段１０６は、第１の配向処理手段１０５で第１の配向処理を行った分子鎖の中から伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、この分子鎖を複写して同じ伸張状態の複数本の分子鎖を作成し、それぞれの分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行うためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ７の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６１】
繊維材料モデル作成手段１０７は、第２の配向処理手段１０６で行った第２の配向処理直後のモデルに対して、構造緩和計算を行い、ｚ軸方向に配向した繊維材料モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法のステップＳ８、９の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６２】
次に、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置２００について、図７に基づいて説明する。
【００６３】
図７に示すように、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置２００は、モノマーモデル作成手段２０１と、重合体モデル作成手段２０２と、ランダム配置モデル作成手段２０３と、接着液モデル作成手段２０４と、接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段２０５と、界面モデル作成手段２０６と、から構成されている。
【００６４】
モノマーモデル作成手段２０１は、接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを、それぞれ作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１１の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６５】
重合体モデル作成手段２０２は、モノマーモデル作成手段２０１で作成された接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルに基づいて、ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを、それぞれ作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１２の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６６】
ランダム配置モデル作成手段２０３は、重合体モデル作成手段２０２でそれぞれ作成したゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを、所定の混合比（混合比として、例えば、重量比や分子数比）となるように予め定めたセル（空間）にランダムに配置して、ランダム配置モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１３の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６７】
接着液モデル作成手段２０４は、ランダム配置モデル作成手段２０３で作成されたランダム配置モデルを、分子動力学計算により構造緩和させて、温度，圧力等が指定した動的な計算の中でエネルギーが最小となる原子配置を計算し、未配向の接着液モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１４、１５の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６８】
接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段２０５は、接着液モデル作成手段２０４で作成された接着液モデルを、ｚ軸方向に配向した繊維材料モデル（上述した本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置１００において作成）の下部に配置し、界面モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１６の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００６９】
界面モデル作成手段２０６は、接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段２０５で作成された界面モデルに対して、分子鎖を熱平衡化させるために、緩和計算を実施し、繊維材料と接着液の界面モデルを作成するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法のステップＳ１７、１８の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００７０】
次に、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００について、図８に基づいて説明する。
【００７１】
図８に示すように、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００は、１軸伸張手段３０１と、最大剥離応力算出手段３０２と、剥離エネルギー算出手段３０３と、から構成されている。
【００７２】
１軸伸張手段３０１は、界面の剥離挙動の解析するため、上述の本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置２００で作成された繊維材料と接着液の界面モデルに対して、所定の伸張速度，ポアソン比，ＮＶＴアンサンブルの条件で伸張させ、剥離シミュレーションを実施するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析方法のステップＳ２１の内容と同様であり、その説明を省略する。ここで、１軸伸張手段３０１において、剥離シミュレーションの過程における伸張挙動を示すスナップショットにより、繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析を行っても良い。
【００７３】
最大剥離応力算出手段３０２は、剥離シミュレーション結果から得られた繊維材料と接着液の界面モデルの応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を示す変位量を算出するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析方法のステップＳ２２の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００７４】
剥離エネルギー算出手段３０３は、また、剥離シミュレーション結果から得られた繊維材料と接着液の界面モデルの応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出するためのものである。より詳細には、本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析方法のステップＳ２３の内容と同様であり、その説明を省略する。
【００７５】
また、最大剥離応力算出手段３０２及び剥離エネルギー算出手段３０３は、両方が繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００に構成されるものでも良いし、いずれかのみ繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置３００に構成されるものであっても良い。
【００７６】
このように、本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法と繊維材料モデル作成装置、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法と繊維材料と接着液の界面モデル作成装置、並びに、繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法と繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置によれば、作成した１軸方向に配向した繊維材料のフルアトム分子動力学モデルとゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物が混在した接着液フルアトム分子動力学モデルに基づいて繊維材料と接着液の界面モデルを作成することができる。そして、作成された繊維材料と接着液の界面モデルを使って剥離解析を行うことにより、界面における材料の配合と剥離特性の関係とを予測することができ、ひいては、実験では把握しがたい繊維材料と接着液の界面におけるナノ・ミクロ領域の挙動と剥離特性の関係を予測することができる。
【実施例】
【００７７】
次に、本実施形態の繊維材料モデル作成方法、及び、繊維材料と接着液の界面モデル作成方法、並びに、繊維材料と接着液の界面モデルの剥離解析方法を実際に用いた場合の実施例について説明する。本実施例では、トワロン，ケブラーなどに代表される、パラ系アラミド繊維（ポリパラフェニレンテレフタラミド）を解析対象となる繊維材料とした。尚、本実施形態において、解析対象とする繊維材料は、パラ系アラミド繊維に限らず、メタ系アラミド繊維にも適用することができる他、有機繊維（アラミド繊維、ナイロン繊維のようなポリアミド繊維、ポリエステル繊維等）と無機繊維（カラス繊維、炭素繊維等）も含まれる。
【００７８】
まず、上述した本実施形態に係る繊維材料モデル作成方法及び本実施形態に係る繊維材料モデル作成装置を用いて、アラミド繊維モデルを作成する。本実施例では、分子動力学解析ソフトＪ−ＯＣＴＡを用い、周期境界条件を採用して以下のパラ系アラミド繊維のフルアトムモデルを作成した。尚、上述した本実施形態の繊維材料モデル作成方法（図１及び図２）に基づいて、本実施例について以下で説明する。
【００７９】
最初に、原子間の相互作用を厳密に再現したモノマーモデルを作成し（ステップＳ１）、次に、１０個のモノマーモデルを重合させアラミド分子とした（ステップＳ２）。尚、アラミド繊維を構成する原子間の結合，角度，二面角ポテンシャル、およびファンデルワールスポテンシャルを設定するための力場はＤＲＥＩＤＩＮＧとＧＡＦＦを検討した。そして、分子鎖を形成する各原子が保有する電荷は、汎密度関数法（Ｂ３ＬＹＰ／６・３１Ｇｄ）で求めたモノマーの電荷を用い、重合後の分子鎖の電荷の総和がゼロとなるように任意の原子が保有する電荷を調整した。更に、立体規則性の影響を調査するために、立体規則性がアイソタクチック，シンジオタクチック，アタクチックとなる３種類の構造を作成した。
【００８０】
そして、上記の条件で作成したアラミド分子６本をセル内のランダムな位置に設置したモデルを作成した（ステップＳ３）。さらに、分子鎖を熱平衡に近い状態にするために、高圧（１００ＭＰａ）条件でＮＰＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施した（緩和計算１：ステップＳ４０１）。その後、圧力を常圧（０．１ＭＰａ）に設定し、再度ＮＰＴ計算を実施した（緩和計算２：ステップＳ４０２）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施して（緩和計算３：ステップＳ４０３）、未配向のアラミドモデルが作成される（ステップＳ５）。尚、緩和計算における設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃ、ステップ数は１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）とし、周期的境界条件を用いて計算した。
【００８１】
次に、分子鎖の第一の配向処理として、未配向のアラミドモデルに対しセルの境界部分（端部）に歪を与えるＬｅｅｓ−Ｅｄｗａｒｄｓ法を使ってモデルのｚ軸（配向軸）方向にせん断エネルギーを与え（ずり又は１軸伸張）、分子鎖を１方向へ引き延ばした（ステップＳ６）。なお、シェア０．０５、初期歪１、設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃ、ステップ数は１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）とし、周期的境界条件を用いて計算した。
【００８２】
そして、分子鎖の第二の配向処理として、配向させた分子の中から伸びきり状態の１本鎖を選択し、この分子を複写して同じ伸張状態の５本のアラミド分子を作成し、それぞれの分子鎖をアラミドの結晶構造に対応した座標に配置した（ステップＳ７）。ここで、アラミド分子の結晶の格子定数はａ＝７．８７Å，ｂ＝５．１８Å，ｃ＝１２．９Å，γ＝９０と考えられているため、配向方向（ｚ軸方向=ｃ軸）に垂直な座標がａ＝７．８７Å，ｂ＝５．１８Åとなるようにセル内に５本の分子鎖を配置した。
【００８３】
そして、緩和計算として、配向処理直後のモデルを、高圧（１００ＭＰａ）条件で、ＮＰＴ−Ｐａｒｒｉｎｅｌｌｏ Ｒａｈｍａｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算により構造緩和させた。配向後の分子鎖はｚ方向に引き伸ばされており、ｘｙｚ軸の各方向に異方応力が作用しているため、セル長さのｘｙ方向（ｘｙ断面積）だけを固定して、高圧（１００ＭＰａ）条件でＮＰＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施して緩和後（緩和計算１：ステップＳ８０１）、ｚ軸方向だけを固定して、再度、高圧（１００ＭＰａ）条件でＮＰＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施して緩和した（緩和計算２：ステップＳ８０２）。次に、セルの固定を解除して、圧力を常圧に設定して、再度ＮＰＴ計算を実施して緩和した（緩和計算３：ステップＳ８０３）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ計算を実施する（緩和計算４：ステップＳ８０４）。尚、緩和計算における設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃ、ステップ数は１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）とし、周期的境界条件を用いて計算した。
これにより、本実施例のアラミド繊維モデルが作成される（ステップＳ９）
【００８４】
表１に本実施例により作成したアラミド繊維モデルの比重と配向度を示す。ここで、現実のアラミド繊維の比重の文献値は、約１．４であり、配向度の文献値は、Ｘ線回折法で求めたものである。そして、アラミド繊維モデルの比重は現実のアラミド繊維（比重約１．４）よりも小さい値となった。モデルＲ４の比重は１．３３１となり、最も実材料に近い値となった。一方、配向度は立体配座がランダムなモデルでは０．９以上を示した。図９に、配向後のアラミド繊維モデル（モデルＲ４）を示す。図９左側に示すｙｚ平面と図９右側に示すｙｘ面から見た分子の配置が明らかに異なっており、ｚ軸方向にアラミド分子が配向している様子が確認できる。
【００８５】
【表１】
【００８６】
ここで、ケブラーなどのパラ系アラミド繊維の水分率は約７％である．現実のアラミド繊維の水分率ｓはアラミド分子の重量Ａと水の重量Ｂを用いて以下の式で表される。
ｓ＝Ｂ／（Ａ＋Ｂ） ・・・・（１）
また、このときの繊維の比重ρｅｘは、式（１）の関係と体積Ｖを用いて、以下の式で表される。
ρｅｘ＝（Ａ＋Ｂ）／Ｖ＝（１＋ｓ／（１−ｓ））Ａ／Ｖ ・・・・（２）
一方、吸水による繊維の体積変化が微小であると仮定すると、シミュレーションにおけるアラミド繊維の比重ρｓｍは以下の式となる。
ρｓｍ＝Ａ／Ｖ ・・・・（３）
吸水率が７％（ｓ＝０．０７）のときの比重ρｅｘは、式（２），（３）より、以下のようになる．
ρｅｘ＝（Ａ＋Ｂ）／Ｖ＝（１＋０．０７／０．９３）×Ａ／Ｖ＝１．０７５×ρｓｍ
この式に配向後のアラミド繊維のシミュレーションから得られた比重ρｓｍ＝１．３３１を代入すると、ρｅｘ＝１．４３１となる。以上のことから、シミュレーションモデルには水の吸収が考慮されていないため、実材料に比べ比重が小さくなったものと推定される。
【００８７】
以上から、本実施例では、パラ系アラミド繊維のフルアトム分子動力学モデルを作成する際に、力場や配向処理の方法を検討することで、現実の繊維材料に近い比重と配向度を有する配向後のアラミド繊維モデル（Ｒ４）を作成することができた。ここで、Ｒ４のセルサイズは２．４６５８５ｎｍ（Ｚ軸方向）×２．４４００５ｎｍ（Ｙ軸方向）×２．４９２４５ｎｍ（Ｘ軸方向）である。
【００８８】
本実施例で作成されたアラミド繊維モデルの弾性率を評価する。作成されたアラミド繊維モデル（Ｒ４）に対して、伸張速度０．５ｍ／ｓ（０．００５Å／ｐｓ）、ポアソン比０．３、ＮＶＴアンサンブルの条件で伸張シミュレーションを実施した。図１０に、伸張シミュレーション結果から得られたアラミド繊維モデルの応力−ひずみ曲線を示す。図１０では、ひずみ量０．０２５付近に降伏点が確認できる。そして、図１０の線形領域（ｓｔｒａｉｎ＝０〜０．０１７，ひずみ量０〜１．７％）の傾きから、アラミド繊維モデルの弾性率は、４７．４０９ＧＰａと算出された。また、図１０の線形領域の応力の最大値から降伏応力は１．４４ＧＰａと算出される。表２に、ケブラーフィラメントの物性値とモデルの物性値を示す。尚、表２において、伸度＝伸び／元の長さ×１００としている。本実施例において、降伏点において材料が破断するものと仮定し、降伏応力を引張破断とすると、引張強度は表２の約半分の値、破断時の伸度（図１０において、線形領域の応力が最大値となる伸度）は、２．９６％と見積もられ、表２にけるアラミド繊維の破断伸度（２．４〜４．４％）とほぼ一致する結果となった。
【００８９】
【表２】
【００９０】
シミュレーション結果の弾性率はアラミド繊維の理論弾性率１８２ＧＰａ（日本ポリイミド・芳香族系高分子研究会編, 新訂 最新ポリイミド−基礎と応用−, １２９（２０１０））の約１／３の値となっている．作成したアラミド繊維モデルは、分子鎖が５本なので１本鎖で計算する理論弾性率よりも低くなるものと考えられる。従って、表２に示したフィラメントの物性値と比較するのが妥当と考えると、アラミド繊維モデルの弾性率は、ケブラー１１７（フィラメント）の弾性率と同程度、引張強度は１／２程度となる。
【００９１】
次に、作成されたアラミド繊維モデルを用いて上述した本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法及び本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成装置（図３）を用いて、繊維材料と接着液の界面モデルを作成する。本実施例では、解析対象となる繊維材料を上述の通りアラミド繊維とし、接着液をＲＦ樹脂とラテックスから構成されるＲＦＬとして、分子動力学解析ソフトＪ−ＯＣＴＡを用い、周期境界条件を採用して以下のＲＦＬのフルアトムモデル、及び、アラミド繊維とＲＦＬの界面モデルのフルアトムモデルを作成した。尚、本実施形態において、解析対象とする接着液は、ＲＦ樹脂とラテックスから構成されるＲＦＬに限らず、エポキシ樹脂、ブロックドイソシアネート等を含むＲＦＬにも適用することができる他、ＲＦＬ以外にエポキシ樹脂単体、またゴム組成物が含まれ、ゴム組成物としては、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンモノマー）等のゴム組成物を溶剤（メチルエチルケトン等）に溶かしたゴム糊も含まれる。尚、上述した本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面モデル作成方法（図３）に基づいて、本実施例について以下で説明する。
【００９２】
まず、ＲＦ樹脂とラテックスのモノマーモデルを作成し、ＲＦ樹脂とラテックスのモノマーモデルを所定の重合度で重合した（ステップＳ１１〜１２）。尚、ＲＦ樹脂の重合体モデルは、ＲＦ樹脂のモノマーモデルを所定の重合度（複数量体）で重合するものとする。また、ラテックスの重合体モデルは、解析対象とするラテックスのモノマーの配合比に基づいて算出した重合比と、１分子の分子量に基づいて算出する。本実施例では、ＲＦ樹脂は７量体とし、また、ラテックスはＶｐラテックスであるＮｉｐｏｌｅ２５１８ＦＳ（日本ゼオン製）をモデル化し、各モノマーの配合比がスチレン／ブタジエン／ビニルピリジン＝７０／１５／１５ｗｔ％であることから（日本ゼオン“ゴムと繊維の接着剤組成物”特願昭６０−１３８６９号公報参照）、本実施例に係るＲＦＬモデルの重合比はスチレン／ブタジエン／ビニルピリジン＝３／２４／３、１分子の分子量は１９１９（４５５ビーズ）とした。尚、ＲＦＬモデルにおけるスチレン（Ｓ），ブタジエン（Ｂ），ビニルピリジン（Ｐ）の配列順序はランダムとした結果、ＢＳＰＢＢＢＢＢＢＢＳＢＢＢＢＢＰＢＢＢＢＳＢＢＢＢＢＰＢＢの順序となった。そして、分子を構成する原子間の結合、角度、二面角ポテンシャル、およびファンデルワールスポテンシャルを設定するための力場は、水素結合を再現できるＧＡＦＦを使用した。そして、分子鎖を形成する各原子が保有する電荷は、汎密度関数法（Ｂ３ＬＹＰ／６・３１Ｇｄ）で求めたモノマーの電荷を用い、重合後の分子鎖の電荷の総和がゼロとなるように任意の原子が保有する電荷を調整した。
【００９３】
上記の条件でそれぞれ作成したＲＦ分子とＶｐ分子を、所定の混合比（本実施例では、重量比で１：１（分子数比で４分子：１０分子）の割合）となるように１つセルに配置した（２８６０ビーズ）（ステップＳ１３）。
【００９４】
さらに、分子鎖を熱平衡に近い状態にするために高圧（１００ＭＰａ）条件でＮＰＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施した（緩和計算１）。その後、圧力を常圧（０．１ＭＰａ）に設定し、再度ＮＰＴ計算を実施した（緩和計算２）。最後に、圧力が常圧で、ＮＶＴ−Ａｎｄｅｒｓｅｎ Ｎｏｓｅ Ｈｏｏｖｅｒ計算を実施して（緩和計算３）、ＲＦＬモデルが作成される（ステップＳ１４〜１５）。尚、緩和計算における設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃ、ステップ数は１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）とし、周期的境界条件を用いて計算した。
【００９５】
次に、作成したＲＦＬモデルをｚ軸方向に配向させた上記で作成したアラミド繊維モデルの下部に配置し、アラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを作成する（ステップＳ１６〜１８）。
本実施例では、分子鎖の配置はアラミド繊維モデルの配向軸であるｘ軸と垂直な軸であるｙ軸を基準として、これらのセルの長さを固定し、ＲＦＬモデルを再配置した（ステップＳ１６）。このときのセルサイズは２．４４６５８５ｎｍ（ｚ軸方向）×２．４４００５５ｎｍ（ｙ軸方向）×１１．９９２４４５ｎｍ（ｘ軸方向）である。尚、界面モデルの初期配置は、Ｊ−ＯＣＴＡシステムモデラを使用した。さらに、分子鎖を熱平衡化させるために、以下のステップ（緩和計算１〜５）で緩和計算を実施した（ステップＳ１７）。尚、緩和計算における設定温度は３００Ｋ、ステップ間隔は１ｆｓｅｃとした。
【００９６】
緩和計算１：接着液分子だけを熱平衡化させるために、繊維材料モデルの分子鎖のｘｙｚ座標を固定し、セルのｙｚ軸断面積を固定して、高圧条件（１００ＭＰａ）で、ＮＰＴ計算を実施した。なお、セルのｙｚ軸は固定し、１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）、ｘ軸の境界は反射境界条件、電荷計算はｃｕｔｏｆｆ Ｃｏｕｌｏｍｂを選択した。尚、本実施例において、アラミド繊維は、熱平衡化済みである。
緩和計算２：繊維材料モデルの分子鎖の配向を維持し、分子鎖とｘ軸の境界面間の空隙を削除するために、分子全体をｘ軸方向に−０．５ｎｍ移動させ、隙間をつめる。高圧条件（１００ＭＰａ）で、分子鎖のｘｙｚ座標の固定を解除し、セルのｙｚ断面積を固定した状態で、ＮＰＴ計算を１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）実施した。
緩和計算３：圧力を常圧（０．１ＭＰａ）に設定して、セルのｙｚ断面積を固定した状態で、再度ＮＰＴ計算を１０万ステップ（１００ｐｓｅｃ）実施した。
緩和計算４：セルの固定を解除して、圧力を常圧（０．１ＭＰａ）に設定して、ＮＶＴ計算を１００万ステップ（１ｎｓｅｃ）実施した。
【００９７】
以上により、アラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを作成した（ステップＳ１８）。このときのｘ軸方向のセルサイズは、６．８６９１４ｎｍ、比重は１．１３５４ｇ／ｃｍ３、計算時間は１３７時間であった。
【００９８】
以上により作成された本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを、図１１に示す。図１１において、ｘ軸方向（左右方向）が界面の厚さ方向を示している。図１１から、アラミド繊維はｚ軸方向（上下方向）に配向しており、アラミド繊維表面付近にＲＦ樹脂が多く分布していることが確認できる。
【００９９】
図１２に、本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルにおける厚さ方向（深さ方向）のアラミド繊維、ＲＦ樹脂、Ｖｐラッテクスの分布を示すものであり、左側はモデル１を、右側はモデル２を示している。図１２の横軸はｘ軸座標（厚さ方向）、縦軸は任意の厚さに存在する各原子の数である。図１２左側のモデル１はアラミド繊維表面（Ｄｅｐｔｈ＝２５Å付近）にＲＦ樹脂が多く分布しており、ＲＦ樹脂とＶｐラテックスが混合状態であることが確認できる。一方、図１２右側のモデル２ではアラミド繊維表面付近にＶｐラッテクスが多く分布しており、ＲＦ樹脂とＶｐラテックスが混合状態であることが確認できる。尚、モデル１のセルサイズは２．４４６５８５ｎｍ（ｚ軸方向）×２．４４００５５ｎｍ（ｙ軸方向）×６．８３７３１ｎｍ（ｘ軸方向）、モデル２のセルサイズは２．４４６５８５ｎｍ（ｚ軸方向）×２．４４００５５ｎｍ（ｙ軸方向）×６．８９９０４ｎｍ（ｚ軸方向）であり、アラミド繊維とＲＦＬの厚さ方向の長さは、モデル１が２．５ｎｍ、モデル２が４．５ｎｍと算出された。
【０１００】
次に、作成されたアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルを用いて上述した本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法及び本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置を用いて、アラミド繊維とＲＦＬの界面の剥離特性を予測する。尚、上述した本実施形態に係る繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法（図４）に基づいて、本実施例について以下で説明する。
【０１０１】
本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデル（モデル１，２）に対して、１軸伸張計算を実施し界面の剥離挙動を確認した（Ｓ２１）。尚、伸張計算はＮＶＴアンサンブル、伸張速度２５ｍ／ｓ、ポアソン比０の条件で伸張し、モデルの両端０．２ｎｍの原子のｙ座標、ｚ座標（伸張方向に垂直な面の座標）を固定しｘ軸（伸張方向の座標）を伸張速度と同じ速度で移動させた。本実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離挙動について、図１３及び図１４に基づいて、説明する。
図１３は、実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離シミュレーション結果から得られた応力−変位曲線を示すものであり、左側はモデル１を、右側はモデル２を示している。図１３に示すように、剥離応力は変位量約１ｎｍ付近で最大値を示した（Ｓ２２）。
また、図１４は、実施例に係るアラミド繊維とＲＦＬの界面モデルの剥離シミュレーションの剥離過程における伸張挙動を示すものであり、左側はモデル１を、右側はモデル２を示している。図１４に示すように、両モデルの剥離形態はＲＦＬ（おそらくＶｐラテックス）が破壊して剥離（接着強度は、アラミド繊維とＲＦＬの界面＞ＲＦＬ）している。尚、今回モデル化したＶｐラッテクスは未架橋状態である。また、モデル１はモデル２より剥離後のアラミド繊維表面へのＲＦ樹脂の付着量が多いことが分かる。これは、ＲＦ樹脂とアラミドの相互作用の強さが大きいためと考えられる。
【０１０２】
さらに、図１３の応力−変位曲線の積分により剥離エネルギーを算出すると、モデル１の剥離エネルギーは、１２．５５ｋＪ／ｍ２モデル２の剥離エネルギーは、１２．３８ｋＪ／ｍ２となり、アラミド繊維表面にＲＦ樹脂が多く分布するモデル１の方が剥離するために、僅かに大きなエネルギーが必要なことが確認される（Ｓ２３）。
【０１０３】
本実施例においては、ＲＦ樹脂の分布状態の異なるアラミド繊維とＲＦＬの界面モデル（モデル１，２）を作成し、剥離シミュレーションを実施した。そして、アラミド繊維と相互作用の強いＲＦ樹脂がアラミド繊維表面に多く分布したモデル２の剥離エネルギーはＲＦ樹脂の分布が小さいモデル１に比べ大きな剥離エネルギーを示すことが確認された。
このように、本実施形態の繊維材料と接着液の界面モデル作成方法及び剥離シミュレーションを様々な材料に適用することで、繊維材料と接着液の界面の剥離挙動を解析できると考えられる。例えば、ＲＦ樹脂の分布、ＲＦ樹脂の分子量、Ｖｐラテックス分子量（５本鎖から１本鎖へ変更）が異なるモデルを作成し、その剥離挙動を解析することが考えられる。
【符号の説明】
【０１０４】
１ アラミド繊維モデル
２ ＲＦＬモデル
１００ 繊維材料モデル作成装置
１０１ モノマーモデル作成手段
１０２ 重合体モデル作成手段
１０３ ランダム配置モデル作成手段
１０４ 未配向モデル作成手段
１０５ 第１の配向処理手段
１０６ 第２の配向処理手段
１０７ 繊維材料モデル作成手段
２００ 繊維材料と接着液の界面モデル作成装置
２０１ モノマーモデル作成手段
２０２ 重合体モデル作成手段
２０３ ランダム配置モデル作成手段
２０４ 接着液モデル作成手段
２０５ 接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段
２０６ 界面モデル作成手段
３００ 繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置
３０１ １軸伸張手段
３０２ 最大剥離応力算出手段
３０３ 剥離エネルギー算出手段
４００ コンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータシミュレーションにより数値解析用の繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成方法であって、
解析対象となる繊維材料のモノマーモデルを作成する工程と、
前記モノマーモデルを重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成する工程と、
前記重合体モデルの複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成する工程と、
前記ランダム配置モデルを分子動力学計算により構造緩和させて未配向のモデルを作成する工程と、
前記未配向のモデルに対し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張する第１の配向処理を行う工程と、
前記第１の配向処理により、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、選択した前記分子鎖を複数本複写した分子鎖を作成し、前記各複写した分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う工程と、
前記第２の配向処理直後の前記モデルを分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料モデルを作成する工程と、
を備えることを特徴とする繊維材料モデル作成方法。
【請求項２】
コンピュータシミュレーションにより数値解析用の接着処理が施された繊維材料とゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成方法であって、
分子動力学計算により解析対象となる接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを作成する工程と、
前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルをそれぞれ所定の重合度で重合させて単位モデルとなる前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを作成する工程と、
前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルの所定の混合比率で予め定めた空間に配置する工程と、
分子動力学計算により構造緩和させて接着液モデルを作成する工程と、
前記接着液モデルを、１軸配向した請求項１に記載の前記繊維材料モデルに隣接して配置する工程と、
分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する工程と、
を備えることを特徴とする繊維材料と接着液の界面モデル作成方法。
【請求項３】
コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測する繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法であって、
請求項３に記載の前記繊維材料と接着液の界面モデルを、界面の厚さ方向に１軸伸張させて応力−変位曲線を計算する工程と、
前記応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を算出する工程と、
前記応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する工程と、
を備えることを特徴とする繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法。
【請求項４】
コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成装置であって、
解析対象となる繊維材料のモノマーモデルを作成するモノマーモデル作成手段と、
前記モノマーモデルを重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成する重合体モデル作成手段と、
前記重合体モデルの複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成するランダム配置モデル作成手段と、
前記ランダム配置モデルを分子動力学計算により構造緩和させて未配向のモデルを作成する未配向モデル作成手段と、
前記未配向のモデルに対し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張する第１の配向処理を行う第１の配向処理手段と、
前記第１の配向処理により、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、選択した前記分子鎖を複数本複写した分子鎖を作成し、前記各複写した分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う第２の配向処理手段と、
前記第２の配向処理直後の前記モデルを分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料モデルを作成する繊維材料モデル作成手段と、
を備えることを特徴とする繊維材料モデル作成装置。
【請求項５】
コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の接着処理が施された繊維材料とゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成装置であって、
分子動力学計算により解析対象となる接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを作成するモノマーモデル作成手段と、
前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルをそれぞれ所定の重合度で重合させて単位モデルとなる前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを作成する重合体モデル作成手段と、
前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルの所定の混合比率で予め定めた空間に配置するランダム配置モデル作成手段と、
分子動力学計算により構造緩和させて接着液モデルを作成する接着液モデル作成手段と、
前記接着液モデルを、１軸配向した請求項４に記載の前記繊維材料モデルに隣接して配置する接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段と、
分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する界面モデル作成手段と、
を備えることを特徴とする繊維材料と接着液の界面モデル作成装置。
【請求項６】
コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測する繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置であって、
請求項５に記載の前記繊維材料と接着液の界面モデルを、界面の厚さ方向に１軸伸張させて応力−変位曲線を計算する１軸伸張手段と、
前記応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を算出する最大剥離応力算出手段と、
前記応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する剥離エネルギー算出手段と、
を備えることを特徴とする繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置。
【請求項１】
コンピュータシミュレーションにより数値解析用の繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成方法であって、
解析対象となる繊維材料のモノマーモデルを作成する工程と、
前記モノマーモデルを重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成する工程と、
前記重合体モデルの複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成する工程と、
前記ランダム配置モデルを分子動力学計算により構造緩和させて未配向のモデルを作成する工程と、
前記未配向のモデルに対し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張する第１の配向処理を行う工程と、
前記第１の配向処理により、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、選択した前記分子鎖を複数本複写した分子鎖を作成し、前記各複写した分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う工程と、
前記第２の配向処理直後の前記モデルを分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料モデルを作成する工程と、
を備えることを特徴とする繊維材料モデル作成方法。
【請求項２】
コンピュータシミュレーションにより数値解析用の接着処理が施された繊維材料とゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成方法であって、
分子動力学計算により解析対象となる接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを作成する工程と、
前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルをそれぞれ所定の重合度で重合させて単位モデルとなる前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを作成する工程と、
前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルの所定の混合比率で予め定めた空間に配置する工程と、
分子動力学計算により構造緩和させて接着液モデルを作成する工程と、
前記接着液モデルを、１軸配向した請求項１に記載の前記繊維材料モデルに隣接して配置する工程と、
分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する工程と、
を備えることを特徴とする繊維材料と接着液の界面モデル作成方法。
【請求項３】
コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測する繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法であって、
請求項３に記載の前記繊維材料と接着液の界面モデルを、界面の厚さ方向に１軸伸張させて応力−変位曲線を計算する工程と、
前記応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を算出する工程と、
前記応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する工程と、
を備えることを特徴とする繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測方法。
【請求項４】
コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の繊維材料のフルアトム分子動力学モデルを作成する繊維材料モデル作成装置であって、
解析対象となる繊維材料のモノマーモデルを作成するモノマーモデル作成手段と、
前記モノマーモデルを重合させて単位モデルとなる重合体モデルを作成する重合体モデル作成手段と、
前記重合体モデルの複数本を予め定めた空間にランダムに配置したランダム配置モデルを作成するランダム配置モデル作成手段と、
前記ランダム配置モデルを分子動力学計算により構造緩和させて未配向のモデルを作成する未配向モデル作成手段と、
前記未配向のモデルに対し、１軸方向にせん断エネルギーを与え、分子鎖を１軸方向に伸張する第１の配向処理を行う第１の配向処理手段と、
前記第１の配向処理により、伸びきり状態の１本の分子鎖を選択し、選択した前記分子鎖を複数本複写した分子鎖を作成し、前記各複写した分子鎖を繊維材料の結晶構造に対応した座標に配置したモデルを作成する第２の配向処理を行う第２の配向処理手段と、
前記第２の配向処理直後の前記モデルを分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料モデルを作成する繊維材料モデル作成手段と、
を備えることを特徴とする繊維材料モデル作成装置。
【請求項５】
コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより数値解析用の接着処理が施された繊維材料とゴムまたは樹脂、あるいはこれらの混合物からなる接着液の界面モデルを作成する繊維材料と接着液の界面モデル作成装置であって、
分子動力学計算により解析対象となる接着液を構成するゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルを作成するモノマーモデル作成手段と、
前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらのモノマーモデルをそれぞれ所定の重合度で重合させて単位モデルとなる前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルを作成する重合体モデル作成手段と、
前記ゴムまたは樹脂、あるいはこれらの重合体モデルの所定の混合比率で予め定めた空間に配置するランダム配置モデル作成手段と、
分子動力学計算により構造緩和させて接着液モデルを作成する接着液モデル作成手段と、
前記接着液モデルを、１軸配向した請求項４に記載の前記繊維材料モデルに隣接して配置する接着液モデル及び繊維材料モデル配置手段と、
分子動力学計算により構造緩和させて繊維材料と接着液の界面モデルを作成する界面モデル作成手段と、
を備えることを特徴とする繊維材料と接着液の界面モデル作成装置。
【請求項６】
コンピュータ上に実装され、コンピュータシミュレーションにより繊維材料と接着液の界面の剥離特性を予測する繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置であって、
請求項５に記載の前記繊維材料と接着液の界面モデルを、界面の厚さ方向に１軸伸張させて応力−変位曲線を計算する１軸伸張手段と、
前記応力−変位曲線に基づいて、剥離応力の最大値を算出する最大剥離応力算出手段と、
前記応力−変位曲線により与えられる変位に対して応力を積分することにより、剥離エネルギーを算出する剥離エネルギー算出手段と、
を備えることを特徴とする繊維材料と接着液の界面の剥離特性予測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−２０１３（Ｐ２０１３−２０１３Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２７８３（Ｐ２０１１−１３２７８３）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
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