末端変性シタリヱピソザウヱゲマ配合物の 大規模粗視化分子動 ... · strain(%) 未変性SSBR/silica 末端変性SSBR/silica 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

末端変性スチレンブタジエンゴム配合物の大規模粗視化分子動力学シミュレーション

JSR株式会社 ○冨永哲雄・畠添拓実・曽根卓男

産業技術総合研究所 森田裕史

防衛大学校 萩田克美

第2回材料系ワークショップ 2016/10/4

秋葉原UDX 4階 NEXT-1

末端変性スチレンブタジエンゴム

ゴム原料50.3％補強剤

25.8％

配合剤5.9%

タイヤコード13.3%

ビードワイヤー 4.7%

出典：日本のタイヤ産業2006（JATMA)

ゴム原料50.3％補強剤

25.8％

配合剤5.9%

タイヤコード13.3%

ビードワイヤー 4.7%

タイヤを構成する原材料(ゴム組成物） 未変性ポリマー 末端機能化ポリマー

補強剤

ポリマー

ゴム組成物中では、・ ゴム原料・ 補強剤（カーボンブラック、シリカ）

が主原料、約75%を占める。

補強剤の分散性悪い

エネルギーロス

良い

大きい 小さい

末端変性ポリマーは、補強剤と結合することで、分散性を改良

� 末端変性には、リビングアニオン重合をベースにしたＳＢＲが有効

n-BuLi

重合Li+

( ST/BD共重合体 )

+ 官能基(F)F

末端変性SBRStyrene

(ST)

Butadiene

(BD)

シリカ分散状態の評価（TEM）

500 nm 500 nm

未変性未変性未変性未変性SBRSBRSBRSBR

F末端末端末端末端変性変性変性変性SBRSBRSBRSBR

ゴム配合物の物性

106

2

3

4

5

6

7

8

910

7

G'(P

a)

0.12 3 4 5 6 7 8 9

12 3 4 5 6 7 8 9

10

strain(%)

未変性SSBR/silica末端変性SSBR/silica

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

末端変性SSBR/silica 未変性SSBR/silica

tanδ

エネルギーロス ペイン効果

15

10

5Nom

inal

Str

ess

(M

Pa)

4003002001000

Strain (%)

末端変性SBR 未変性SBR

応力歪み曲線

末端変性により

ゴム配合物の物性が大きく変化

ゴム配合物中のシリカの構造解析（SPring-8）

101

102

103

104

105

106

107

Intensity (Arb. Units)

0.001 0.01 0.1 1

q (nm-1)

Non-modified SBR Modified SBR

SAXSUSAXS

一次粒子

一次凝集体

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

0.00

Probab

ility

10080604020

Radius of Aggregates /nm

Modified SBR Non-modified SBR

末端変性SBR，未変性SBR間で

シリカ一次凝集体の粒径分布が大きく異なる

―末端変性SBR―未変性SBR

―末端変性SBR―未変性SBR

ゴム・フィラー複合系モデル

ゴム・フィラー相互作用

フィラー分散構造（配置）

一次凝集体モデル

ゴムモデル

架橋したバネビーズモデル

ゴム・フィラー結合モデル

USAXSデータからフィラー配置を構築

凝集体最小単位を定義

SSカーブ比較

モデルフィラー配置

アグリゲート定義

フィラー・ポリマーの結合部位

中心 末端mace

末端変性○ ○ ○

mac ○ ○ ー

nace未変性

○ ○ ○nac ○ ○ ー

シミュレーション 実験

実験の挙動をシミュレーションで定性的に再現

→末端変性SBR対応モデル

→未変性SBR対応モデル

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

Nominal Stress (A

rb. units)

250200150100500

Strain (%)

mace mac nac nace

8

6

4

2

0

Nominal Stress (M

pa)

250200150100500

Strain (%)

末端変性SBR 未変性SBR

まとめ

✔ 大型放射光施設SPring-8のUSAXS-SAXS実験より得られた末端変性SBRと未変性SBRのフィラー構造を用いたフィラー・ゴム複合系の大規模粗視化MDシミュレーションをスーパーコンピュータ「京」で実施．

✔ ゴム・フィラー複合系モデルによりSSカーブ実測データを定性的に再現した．

✔ SSカーブ高歪み領域の振る舞いは，末端変性SBRと未変性SBRのフィラーとの結合の違いによる網目鎖の伸び切り鎖効果の違いとして解釈される．

✔ SSカーブ低歪み領域の振る舞いの違いは，末端変性SBRと未変性SBRのフィラー一次凝集体の構造の違いとして説明することができる．