粗視化分子動力学シミュレーションによるフェノール樹脂架橋ネットワーク構造のモデリングと応力歪解析

摘要

汎用ワークステーションによるフェノール樹脂の大規模分子動力学（MD）シミュレーションを実現するため，ユナイテッドアトムモデルを用いた反応MDシミュレーション手法を開発した。フェノールとホルムアルデヒドの縮合反応をモデル化し，フェノール核のorthoおよびpara位の反応速度定数比を考慮したシミュレーションを行った結果，反応率α=0.85の架橋ネットワーク構造を得た。ゲル化点はα=0.58であった。反応由来の局所応力を減らすため，反応速度を遅くし，反応粒子の幾何学配置制約も課した。また300Kにおける応力歪解析の結果，引張弾性率はαの上昇とともに増加し，α=0.85において4.5GPaとなった。先行研究における実験結果や大規模全原子MDシミュレーション結果との良い一致が得られ，本粗視化手法の有効性が確認された。