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4D NANO DESIGN

タイヤの材料開発における新技術「4D NANO DESIGN」を確立

高性能で高品質なタイヤの開発を促進するためには、材料開発技術の進化が非常に重要です。 しかし、ゴム材料はその分子構造や配合物の特性が複雑に関係してタイヤとしての性能を生み出しているため、その関係性を調べ、材料設計を行うのは容易なことではありません。

材料開発の進化 この状況を打破するために、ダンロップは世界トップレベルの計算能力を有するスーパーコンピュータ「京」などを積極活用し、タイヤを構成する材料に焦点を当てた新材料開発技術の「4D NANO DESIGN(フォーディーナノデザイン)」を創出しました。
4D NANO DESIGNはタイヤ性能を向上させる新材料を効率的に開発するために、
①「調べる」
②「予測する」
③「作る」
④「引き出す」という4つの技術を融合。

ナノレベルで分子の挙動を表現しながら材料シミュレーションと解析を実施することで科学的かつ合理的に材料開発を行い、素材を自在にコントロールすることを可能にしました。

材料をナノレベルで徹底研究します。

材料をナノレベルで徹底研究します。

世界トップレベルの計算能力を有するスーパーコンピュータ「京」や世界最高性能の放射光を生み出すことができる大型放射光施設のSPring-8、地球規模の気候および地殻の変動メカニズムを解析することができるスーパーコンピュータの地球シミュレータなどを用い、タイヤの性能に大きく寄与するゴム内部のシリカ等の3次元配置を精密に調べることを可能にした技術です。
この技術により、従来できなかった大きな領域の構造をナノレベルで調べ、シミュレーションに応用することで、ゴムとしての特長を正確に表現することが可能になりました。

スーパーコンピュータ「京」

スーパーコンピュータ「京」

SPring-8

SPring-8
シミュレーションし、分子設計を行います。

シミュレーションし、分子設計を行います。

新材料開発技術の「4D NANO DESIGN」は、「大規模材料 FEM(有限要素法)シミュレーション」、
「MD(分子動力学)シミュレーション」、「MO(分子軌道法)シミュレーション」から成る
「マルチスケールシミュレーション」で構成されています。
「大規模材料 FEM(有限要素法)シミュレーション」は、タイヤの燃費性能やグリップ性能に関係するゴム内部のエネルギーロスの発生場所を精度よく調べることができる技術。
「MO(分子軌道法)シミュレーション」は、配合物の反応性を調査して構造を最適化する技術。
これらを組み合わせた「マルチスケールシミュレーション」を用いることで、コンピュータ上でゴム材料を分子レベルで設計し、ゴム特性を予測することが可能になりました。
ナノ

※スワイプ操作で全体をご覧ください。

設計に基づき自在に素材を合成します。

設計に基づき自在に素材を合成します。

調べ、予測した結果に基づき、素材を自在に合成することに成功しました。
例えば低燃費タイヤのエナセーブPREMIUMでは、シミュレーションで設計したポリマー中の変性基の位置や強度を、高精度にコントロールされたポリマーに合成し、低燃費性能とウエットグリップ性能を高次元で両立する「両末端マルチ変性ポリマー」を開発しました。
また、シリカとポリマーを繋ぐ結合剤の反応性を最適化した「耐熱高反応結合剤」を採用することにより、シリカとポリマーの結合力の向上とシリカの分散性のアップを達成し、燃費性能を向上させました。
一方、スポーツタイヤのDIREZZA ZⅡ★(STAR SPEC)では、ゴム全体は剛く、接地面だけを柔らかくする新コンパウンドを開発。タイヤと路面の密着性が高まり、走行初期から強力な縦・横方向のグリップ性能を発揮できるようになりました。
両末端マルチ変性ポリマー
耐熱高反応結合剤

※スワイプ操作で全体をご覧ください。

材料の潜在能力を最大限に活かします。

材料の潜在能力を最大限に活かします。

ゴム分子
タイヤのゴムには、末端変性ポリマーや耐熱高反応結合剤、マルチ変性SBR、シリカ用変性ポリマーなど様々な材料が含まれており、それらが複雑に関係してタイヤの性能を生み出しています。
これら材料のパフォーマンスを最大限に活かすために、ゴム内部の事象のナノレベルでの解析や材料プロセス技術の適切な開発などを実施。結果として、タイヤの性能を最大限に引き出すことに成功しました。
ゴム分子

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