高分子の結晶化挙動は材料特性に重要な影響を与え、分子鎖間の絡み合いネットワークは非晶質構造の重要な構成要素として結晶化過程で重要な役割を果たす。引張条件下で絡み合いネットワークが高分子の結晶化挙動に与える影響を調査するために、粗視化分子動力学シミュレーション手法を用い、Kremer-Grestビーズスプリングモデルに基づき異なる絡み合い度の高分子系を構築した。一定温度条件下でZ軸方向に一軸引張を行い、絡み合い密度が鎖セグメントの配向、結晶化開始ひずみおよび結晶度に与える影響を体系的に分析した。研究の結果、絡み合い密度が高い系は引張過程でより低い結晶化開始ひずみを示し、中程度のひずみ範囲でより高い結晶度を有していた。絡み合い点自体は局所的な鎖セグメントの配向を抑制するが、引張過程で外部応力が絡み合い点を介して隣接する鎖セグメントに伝達され、それによりより高い配向を誘起し、結晶化を促進する。さらに、絡み合い点は結晶化過程で徐々に晶域から「押し出され」、引張誘起結晶化過程における絡み合いの二重的な役割をさらに確認した。一方で局所配向を抑制し、他方で応力伝達メカニズムを介して全体の結晶化挙動を促進する。本研究は高分子の加工過程における構造進化を理解するための新しい微視的メカニズムの視点を提供する。

高分子;絡み合い;結晶化;分子シミュレーション