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公開番号2025086596
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-09
出願番号2023200685
出願日2023-11-28
発明の名称ポリマーにフィラーが分散された複合材料のシミュレーションモデルの作成方法、および、当該シミュレーションモデルを用いたシミュレーション方法
出願人住友理工株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G16C 60/00 20190101AFI20250602BHJP(特定の用途分野に特に適合した情報通信技術)
要約【課題】ポリマーにフィラーが分散された複合材料のシミュレーションモデルにおいて、フィラー粒子モデルの近傍領域における分散構造を自在に制御することができるシミュレーションモデルの作成方法を提供する。
【解決手段】ポリマーにフィラーが分散された複合材料のシミュレーションモデルをコンピュータが作成する方法は、モデル作成領域においてフィラー粒子モデルを互いに重複しない座標にランダムに配置し、既にフィラー粒子モデルが配置されたモデル作成領域においてフィラー粒子モデルを新たに配置するステップとを含み、フィラー粒子モデルを新たに配置するステップは、既に配置されたフィラー粒子モデルの座標と、予め設定されたフィラー粒子モデル間距離とに基づいて、新たに配置するフィラー粒子モデルの座標を設定するステップと、予め設定された上限粒子配位数に基づいて、設定された座標にフィラー粒子モデルを新たに配置するステップとを含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ポリマーにフィラーが分散された複合材料のシミュレーションモデルをコンピュータが作成する方法であって、
モデル作成領域においてフィラー粒子モデルを互いに重複しない座標にランダムに配置するステップと、
既にフィラー粒子モデルが配置されたモデル作成領域においてフィラー粒子モデルを新たに配置するステップとを含み、
前記フィラー粒子モデルを新たに配置するステップは、
既に配置されたフィラー粒子モデルの座標と、予め設定されたフィラー粒子モデル間距離とに基づいて、新たに配置するフィラー粒子モデルの座標を設定するステップと、
予め設定された上限粒子配位数に基づいて、前記設定された座標にフィラー粒子モデルを新たに配置するステップを含む、
シミュレーションモデルの作成方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
予め設定されたフィラー充填率を充足するまで、前記フィラー粒子モデルを新たに配置するステップを繰り返す、請求項１記載のシミュレーションモデルの作成方法。
【請求項３】
前記新たに配置するフィラー粒子モデルの座標を設定するステップは、
既に配置されたフィラー粒子モデルの中から任意のフィラー粒子モデルを選択するステップと、
前記選択された任意のフィラー粒子モデルの座標と新たに配置するフィラー粒子モデルの座標との距離が、予め設定されたフィラー粒子モデル間距離になる座標を、新たに配置するフィラー粒子モデルの座標として設定するステップである、
請求項１または２記載のシミュレーションモデルの作成方法。
【請求項４】
前記予め設定された上限粒子配位数に基づいて、前記設定された座標にフィラー粒子モデルを新たに配置するステップは、
モデル作成領域におけるフィラー粒子モデルの粒子配位数が、予め設定された上限粒子配位数以下である場合に、前記設定された座標にフィラー粒子モデルを新たに配置するステップである、
請求項１または２記載のシミュレーションモデルの作成方法。
【請求項５】
前記予め設定された上限粒子配位数が３個または４個である、請求項１または２記載のシミュレーションモデルの作成方法。
【請求項６】
前記予め設定された上限粒子配位数が、下記式により設定される、請求項１または２記載のシミュレーションモデルの作成方法。
（式）上限粒子配位数＝フィラー粒子モデルの円周率π／（１－［フィラー充填率［体積％］×０．０１］）
【請求項７】
前記予め設定されたフィラー粒子モデル間距離は、予め設定されたフィラー粒子モデルの重心座標間距離であって、フィラー粒子モデルの直径の０．９倍以上１．０倍以下である、請求項１または２記載のシミュレーションモデルの作成方法。
【請求項８】
前記複合材料が、ポリマーに導電性のフィラーが分散された複合材料である、請求項１または２記載のシミュレーションモデルの作成方法。
【請求項９】
請求項１または２記載のシミュレーションモデルの作成方法により作成されたシミュレーションモデルの特性を解析するステップを含む、シミュレーション方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマーにフィラーが分散された複合材料のシミュレーションモデルの作成方法、および、当該シミュレーションモデルを用いたシミュレーション方法に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ポリマーにフィラーを配合した複合材料は、フィラーの分散形態（モルフォロジー：Morphology）によって特性が変化するため、各種複合材料の開発においては、フィラーの分散形態が諸特性に与える影響をシミュレーションによって予測することが行われている。シミュレーションの精度は、シミュレーションモデルに依存する部分が大きいため、その作成方法がいくつか提案されている。
【０００３】
例えば、不均質材料のシミュレーションモデルを作成する方法であって、粒子モデルを順次モデル化領域内に分散して発生させて、前記粒子モデルを発生させるとき、既に配置した粒子モデルと新たに発生させる粒子モデルの重心間距離の許容値を、前記粒子モデルの数が設定された数増える毎に小さくするように粒子モデルの発生位置を制御するステップを含むシミュレーションモデルの作成方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５８５４０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、従来のシミュレーションモデルの作成方法では、フィラー粒子（一次粒子）の近傍領域における分散構造のモデル化についての検討が不十分であり、フィラー粒子モデル同士が形成する近距離ネットワーク構造を自在に制御することが困難であった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、ポリマーにフィラーが分散された複合材料のシミュレーションモデルの作成方法において、フィラー粒子モデルの近傍領域における分散構造を自在に制御することができる、シミュレーションモデルの作成方法を新たに提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の［１］～［９］を、その要旨とする。
［１］
ポリマーにフィラーが分散された複合材料のシミュレーションモデルをコンピュータが作成する方法であって、
モデル作成領域においてフィラー粒子モデルを互いに重複しない座標にランダムに配置するステップと、
既にフィラー粒子モデルが配置されたモデル作成領域においてフィラー粒子モデルを新たに配置するステップとを含み、
前記フィラー粒子モデルを新たに配置するステップは、
既に配置されたフィラー粒子モデルの座標と、予め設定されたフィラー粒子モデル間距離とに基づいて、新たに配置するフィラー粒子モデルの座標を設定するステップと、
予め設定された上限粒子配位数に基づいて、前記設定された座標にフィラー粒子モデルを新たに配置するステップを含む、
シミュレーションモデルの作成方法。
［２］
予め設定されたフィラー充填率を充足するまで、前記フィラー粒子モデルを新たに配置するステップを繰り返す、［１］記載のシミュレーションモデルの作成方法。
［３］
前記新たに配置するフィラー粒子モデルの座標を設定するステップは、
既に配置されたフィラー粒子モデルの中から任意のフィラー粒子モデルを選択するステップと、
前記選択された任意のフィラー粒子モデルの座標と新たに配置するフィラー粒子モデルの座標との距離が、予め設定されたフィラー粒子モデル間距離になる座標を、新たに配置するフィラー粒子モデルの座標として設定するステップである、
［１］または［２］記載のシミュレーションモデルの作成方法。
［４］
前記予め設定された上限粒子配位数に基づいて、前記設定された座標にフィラー粒子モデルを新たに配置するステップは、
モデル作成領域におけるフィラー粒子モデルの粒子配位数が、予め設定された上限粒子配位数以下である場合に、前記設定された座標にフィラー粒子モデルを新たに配置するステップである、
［１］～［３］のいずれかに記載のシミュレーションモデルの作成方法。
［５］
前記予め設定された上限粒子配位数が３個または４個である、［１］～［４］のいずれかに記載のシミュレーションモデルの作成方法。
［６］
前記予め設定された上限粒子配位数が、下記式により設定される、［１］～［５］のいずれかに記載のシミュレーションモデルの作成方法。
（式）上限粒子配位数＝フィラー粒子モデルの円周率π／（１－［フィラー充填率［体積％］×０．０１］）
［７］
前記予め設定されたフィラー粒子モデル間距離は、予め設定されたフィラー粒子モデルの重心座標間距離であって、フィラー粒子モデルの直径の０．９倍以上１．０倍以下である、［１］～［６］のいずれかに記載のシミュレーションモデルの作成方法。
［８］
前記複合材料が、ポリマーに導電性のフィラーが分散された複合材料である、［１］～［７］のいずれかに記載のシミュレーションモデルの作成方法。
［９］
［１］～［８］のいずれかに記載のシミュレーションモデルの作成方法により作成されたシミュレーションモデルの特性を解析するステップを含む、シミュレーション方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フィラー粒子モデルの近傍領域における分散構造を自在に制御することができる。
【０００９】
本発明によれば、フィラー粒子モデル相互間に形成される近距離ネットワーク構造を制御することができるため、シミュレーションの精度の向上に寄与することができる。
【００１０】
例えば、本発明の一実施形態によれば、複合材料の導電特性シミュレーションにおいて、シミュレーションにより得られる体積抵抗値の傾向と、実際の複合材料の測定により得られる体積抵抗値の傾向との乖離を抑制することができるため、シミュレーションの精度の向上に寄与することができる。
この点、従来の複合材料の導電特性シミュレーションでは、フィラー粒子モデル同士の近傍領域における分散構造を自在に制御できず、実際の複合材料における分散構造を反映したシミュレーションモデルの作成が困難であった為、シミュレーションにより得られる体積抵抗値と、実際の複合材料の測定により得られる体積抵抗値に乖離が生じる傾向があった。具体的には、例えば、フィラーの充填率が少ない条件下におけるシミュレーションにおいては、フィラー粒子同士が形成する近距離ネットワーク構造を再現し難い結果、シミュレーションにより得られる体積抵抗値が、実際の複合材料の測定値に比して高抵抗化する傾向があり、シミュレーションの精度に課題があった。本発明の一実施形態によれば、フィラーの充填率が少ない条件下におけるシミュレーションにおいても、高抵抗化する傾向を抑制することができるため、シミュレーションの精度を高めることができる点において非常に優れている。
（【００１１】以降は省略されています）

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