2016 Fiscal Year Research-status Report
グリーン溶媒から創製される高性能繊維の強度発現機構解明とさらなる性能向上
| Project/Area Number |
15K06481
|
|---|
| Research Institution | Shinshu University |
|---|
Principal Investigator |
後藤 康夫 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (60262698)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
綿岡 勲 京都工芸繊維大学, 繊維学系, 助教 (70314276)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 高強度繊維 / イオン液体 / アクリル / 溶液紡糸 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
繊維の高強度・高弾性率化は、省資源・省エネルギーと材料の信頼性向上をもたらしサステナビリティ社会・安心安全社会の構築に貢献する重要な研究課題である。平成27年度に引き続き、高性能炭素繊維の前駆体であるポリアクリロニトリル(PAN)を汎用的なイオン液体である1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムクロリド(BmimCl)を溶媒として湿式紡糸・二次加熱延伸することでPAN繊維の高強度・高弾性率化を目指した。具体的には、より分子量の大きなアクリロニトリル単独重合体を作製し、強度～分子量の相関を調べた。その結果、屈曲性ポリマーで一般的に知られているように両者には高い相関が見られた。特に粘度平均分子量148万のポリマーでは、引張強度として最大値2.35GPa、最大平均値2.2GPaの高強度繊維が得られた。一方、弾性率は最大27GPa程度に留まり、顕著な分子量依存性は見られなかった。原因は、結晶弾性率が低いらせん型結晶構造を反映しているためと考えられた。以上の力学物性の結果より、当初目標として定めた高強度化は達成できた。
炭素繊維化についても検討を行った。アクリロニトリル単独重合体より低温で穏やかに環化反応を促進させる作用を持つアクリル酸を3wt%共重合したポリマーを用いてPAN繊維を作製した。予想に反し、単独重合体と比較して二次延伸性は明らかに低下し、引張強度は1GPaに満たず、高強度繊維を得ることはできなかった。BmimClのイミダゾリウムイオンがカルボキシ基とイオン結合しバルキーな側鎖として作用したため、配向を阻害したためと結論づけた。イミダゾリウムイオンと結合しない環化促進コモノマーを選択し、炭素繊維化を進めていく予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
交付申請書に記載の2年目の目標はほぼ達成できた。特に当初目的であるアクリル繊維の高強度化は目標値に達した。耐疲労性試験については、交付申請書記載の内容から若干遅れているが、設備は整ったので検討を進める。
|
| Strategy for Future Research Activity |
当初予定していた通り、以下の3点について検討を進めていく。
① 繊維の延伸と力学物性・構造評価：H28年度に引き続き、種々の条件で作製した高強度繊維を小角X線散乱、広角X線回折、偏光顕微鏡による複屈折の各測定を行う。延伸前の構造との比較により、強度向上に関わる構造パラメーターを明らかにしていく。
② 延伸繊維の引張強度以外の多面的な特性評価：H28年度はフィブリル化の起こりやすさを再現良く評価する実験法を確立した。また屈曲耐疲労性を評価する簡易的な装置を作製した。これらを用い、種々の条件で作製したPAN繊維に対して、フィブリル化傾向と耐疲労性に相関があるかを確認していく。
③ PAN延伸繊維の炭素繊維化：連続的に耐炎化処理できる管状炉を準備した。また張力をモニター・調整しながら炭素化反応を進めることも可能とした。これらの設備を用いて種々の条件で作製した高強度PAN繊維に対して炭素化を進めていき、従来品と比較して、より強度・弾性率の大きな高性能炭素繊維がもたらされるか検証していく。
|
| Causes of Carryover |
実験が順調に進捗し、平成28年度は樹脂や消耗品が当初予定よりも安価に済んだため、次年度使用額が生じた。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は、平成29年度請求額と合わせて、若干組成を変更した新たな樹脂の購入に当てる。
|
