模拟橡胶材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种方法，该方法可用于精确地设定用于模拟实际橡胶材料的橡胶材料模型、并且获得高精度的计算结果。一种用于模拟含有填料的橡胶材料的方法，包括：用于测量与橡胶材料中X-射线和/或中子有关的散射数据的测量步骤(S1)；用于由散射数据通过反向蒙特卡罗法规定的橡胶材料中填料三维结构的可视化步骤(S2)；基于填料三维结构来设定橡胶材料模型的模型设定步骤(S3至S6)；以及基于橡胶材料模型进行变形模拟的步骤。其中，在测量步骤中，用在10-4nm-1至10nm-1范围内的散射矢量(q)获得散射数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了一种方法，该方法可用于精确地设定用于模拟实际橡胶材料的橡胶材料模型、并且获得高精度的计算结果。一种用于模拟含有填料的橡胶材料的方法，包括：用于测量与橡胶材料中X-射线和/或中子有关的散射数据的测量步骤(S1)；用于由散射数据通过反向蒙特卡罗法规定的橡胶材料中填料三维结构的可视化步骤(S2)；基于填料三维结构来设定橡胶材料模型的模型设定步骤(S3至S6)；以及基于橡胶材料模型进行变形模拟的步骤。其中，在测量步骤中，用在10-4nm-1至10nm-1范围内的散射矢量(q)获得散射数据。【专利说明】
本专利技术涉及一种。尤其涉及一种方法，其包括精确地设定用于模拟实际橡胶材料的橡胶材料模型、从而可用于获得精确计算结果。
技术介绍
考虑到补强，可在用于轮胎等的橡胶材料中混入填料比如炭黑和二氧化硅。已经大致发现，填料在橡胶材料中的分散能力相当程度地影响橡胶强度等。然而，其细节尚不是太清楚。因此重要的是，精确地观察填料在橡胶材料中的三维分散状态(团聚结构)，以便使用基于分散状态的模型进行模拟。随着近来的技术发展，人们已经建议用3D_TEM(透射电子显微镜)获得橡胶材料的电子束传送图像，然后用层析成象方法由该图像成形为橡胶材料的三维结构，从而设定以三维结构为基础的橡胶材料模型。令人遗憾的是，所有可用3D-TEM获得的信息都是关于橡胶整体当中局部的结构信息，因而存在统计特性不足以用于进行模拟的问题。这导致模拟精确度的降低。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种，以便能够解决上述问题。该方法基本上包括:通过使用特定散射矢量范围内的散射数据(scatteringdata),用反向蒙特卡罗法(reverse Monte Carlo method)确定具有高统计特性的橡胶材料的三维结构，所述散射数据是通过使用橡胶材料的X射线和/或中子而获得的；以及基于三维结构来设定橡胶材料模型。 本专利技术是一种用于模拟含有填料的橡胶材料的方法。该方法包括:测量橡胶材料的X射线和/或中子的散射数据的测量步骤；通过使用散射数据用反向蒙特卡罗法确定橡胶材料中填料的三维结构的可视化步骤，基于填料的三维结构来设定橡胶材料模型的模型设定步骤；以及基于所述橡胶材料模型进行变形模拟的步骤。所述测量步骤包括获得在一定范围内的散射数据，在所述范围内由方程式(I)表示的散射矢量(q)大于10-1nm-1且小于IOnm-1, q = 431.sin θ / λ…⑴其中λ是电磁波或粒子束的波长，Θ是散射角的一半。在测量步骤中，进入样品的X射线和/或中子射线的光束大小优选等于或大于60 μ m、并且等于或小于30_。在测量步骤中，待用X射线散射方法测量的入射的X射线强度等于或大于101° (光子 /s/mrad2/mm2/0.1 % bw)、并且等于或小于 IO23 (光子 /s/mrad2/mm2/0.1 % bw)。 根据本专利技术用于包括:测量橡胶材料的X射线和/或中子的散射数据的测量步骤；通过使用散射数据用反向蒙特卡罗法确定橡胶材料中填料的三维结构的可视化步骤；基于填料的三维结构来设定橡胶材料模型的模型设定步骤；以及基于橡胶材料模型进行变形模拟的步骤。所述测量步骤包括获得在一定范围内的散射数据，在所述范围内由下述方程式表示的散射矢量(q)大于10-4nm-1且小于10nm-1, q = 4 π.sin θ /入，其中λ是电磁波或粒子束的波长，θ是散射角的一半一般来讲，用于橡胶的填料(补强填料)比如二氧化硅具有大约1O-1OOnm的一次颗粒尺寸。填料聚集物的多数颗粒的一次聚集体通常具有大约500nm以下的尺寸。另一方面，散射矢量涉及通过用反向蒙特卡罗法计算获得的空间解析(space dissolution)。因此，在采用相对于填料中一次颗粒尺寸或者其一次聚集体尺寸而言大散射矢量的情况下，该情况会导致具有不必要的空间解析的计算，从而导致低效率。相反，在使用小散射矢量的情况下，尽管该情况容许甚至使用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜进行观察，但该情况是不实用的，因为要求很高的计算成本。通过使用本专利技术，散射矢量(q)被限定于上述范围，从而确保有效地并且精确地测定一次聚集体的形状和填料中一次颗粒的布局。因此，根据上述步骤，确保了精确地测定实际橡胶材料实际上具有的三维结构，从而获得更精确的以三维结构为基础的橡胶材料模型。因此，本专利技术确保了精确的模拟结果。【专利附图】【附图说明】图1是示意的根据本专利技术的一种实施方式的橡胶材料的局部放大横剖视图。 图2是描述该实施方式所述的程序的流程图。 图3是使用该实施方式所述的方法由样品获得的橡胶材料的三维图像。 图4(a)是二维橡胶材料模型的局部放大图；图4(b)是其主体部分的放大图。 图5(a)是另一种二维橡胶材料模型的局部放大图；图5(b)是其主体部分的放大图。 图6是三维橡胶材料模型一部分的示意放大图。 图7是描述正六面体要素的子要素的正六面体要素的放大图。【具体实施方式】下面参照附图对本专利技术实施方式进行描述。在本实施方式中，如图1所示，分析对象是具有填料的橡胶材料(C)，其含有作为基质橡胶的橡胶成分(a)、以及作为填料(b)的二氧化硅。用计算机(未显示)模拟橡胶材料(C)的变形计算。橡胶成分(a)的例子包括:天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁基橡胶(IIR)、丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯异戊二烯丁二烯橡胶(SIBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、氯丁橡胶(CR)、以及丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)。填料(b)的例子包括，但不限于:二氧化硅、炭黑、粘土、滑石粉、碳酸镁、以及氢氧化镁。橡胶材料(C)可以适当地混有多种在橡胶工业中常用的材料比如硫、以及硫化促进剂。图2显示了用于进行本实施方式所述的模拟方法的流程图。在本实施方式中，首先，进行测量橡胶材料(c)的X射线和/或中子的散射数据的测量步骤(步骤S1)。使用例如小角散射法进行测量步骤。通过使用小角散射法，X射线或者中子被辐射至橡胶材料。入射的X射线反映了有关材料内电子密度分布(在本实施方式中为填料的分布)的信息，并且散射X射线(或者散射中子)发生在入射的X射线(或者中子射线)周围。即，在橡胶材料中存在颗粒和密度的不均匀区的条件下，不论是否是结晶的还是无定形的，散射发生在入射的X射线周围。散射X射线例如曝光于检测器，从而在检测器内部形成对应于散射数据的X射线潜像。X射线潜像被显像，得到有关填料的三维结构信息。在辐射光研究设备比如SPring-8、以及PF中进行测量步骤。在本实施方式中，通过使用SPring-8中的两种束线BL20XU和BL40B2用小角度X射线散射法进行测量。而检测器，使用X线图像增强器加CCD检测器(浜松光子株式会社制造)、以及固态半导体探测器PILATUS100K(DECTRIS有限公司制造)。这两个束线的使用可确保获得在一定范围内的散射数据，在所述范围内由下述方程式(I)表示的散射矢量大于ΙΟΛιπ 1且小于IOnnT1。借助本实施方式，得到了就散射矢量(q)而言在1.2X IO^W < q < 2nm_1范围内的二维小角X射线散射数据。q = 431 ?s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟含有填料的橡胶材料的方法，该方法包括下述步骤：测量橡胶材料的X射线和/或中子的散射数据的测量步骤；通过使用所述散射数据用反向蒙特卡罗法确定橡胶材料中填料三维结构的可视化步骤；基于填料的三维结构来设定橡胶材料模型的模型设定步骤；以及基于所述橡胶材料模型进行变形模拟的步骤，其中所述测量步骤包括：获得在一定范围内的散射数据，在所述范围内由方程式(1)表示的散射矢量(q)大于10‑4nm‑1且小于10nm‑1，q＝4π·sinθ/λ  (1)，其中λ是电磁波或粒子束的波长，θ是散射角的一半。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸本浩通，内藤正登，
申请(专利权)人：住友橡胶工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP