ゴム材料のマルチスケール•マルチフィジックスシミュレーション：粗視化分子動力学シミュレーションを中心にして

摘要

ゴム材料は，タイヤをはじめとする多くの工業製品で用いられている材料である.高分子鎖（ポリマー）が主な成分であり.長くて互いに絡み合っていることが特徴である.高分子鎖の溶融体（メルト）単体は粘度の高い流動体であるが.架橋を形成させることで流れない固形状として，実用に供されている.タイヤゴム材料では，この架橋は，硫黄と炭素が化学結合したものである.高分子鎖を部分的に化学結合することで形成されたネットワーク構造が弾性率などの機械的性質を特徴付けている.このゴムの加硫架橋は，1839年にァメリカのC. Goodyearによって発明された.また，工業用ゴム材料では，フィラーと呼ばれる充填剤を充填することで，ゴムを補強している.ゴムにカーボンブラックを充填するとゴムの強度や耐久性が著しく向上することは，1904年にィギリスのS. C. Moteによって発見された.1912年にタイヤの補強に用いられ，その性能から広く利用されるようになった.なお，空気入りタイヤが自動車に利用され始めた1895年当時は，カーボンブラックで補強されたゴムではなく ，白いゴムが利用されていた.現在では，タイヤ用ゴム材料の場合，このフイラーとしてはシリカやカーボンブラックのナノ粒子が用いられている.シリカ製ナノ粒子の配合は，タイヤの低燃費を実現する要素技術であり，1990年代に，フランスのミシュラン社が,低燃費で濡れた路面でもスリップしにくい"グリーンタイヤ"を発売した.その後の研究の進展で，シリカ製ナノ粒子配合による効果のメカニズム検討などが進み，ゴム中でのシリカナノ粒子の階層的な凝集構造が重要な役割を持っていることが明らかになつてきた.現在でも，このシリカ製ナノ粒子に関して，表面処理，カップリング剤，ポリマー末端基の変性，混合の練り加工処理などの工夫で，ゴム中での分散状態を改良し，タィャゴム材料の工業的な性能を向上させる努力が絶え間なく続いている.