2017 Fiscal Year Annual Research Report
紫外線ばく露が防護服の機械的強度・耐熱性低下に与える影響とその予測手法の確立
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16H03133
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
若月 薫 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (60408755)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森川 英明 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (10230103)
鮑 力民 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (10262700)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 防護服 / 紫外線ばく露 / 機械的強度 / 熱伝達 / 高機能繊維 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の大きな目的は、防護服に使用されるアラミド等の高機能布地の経年使用に対する強度・耐熱性の機能低下の予測手法を確立し、防火服・防弾チョッキなどの個人防護服が製品出荷時に持つべき性能のリダンダンシー（余剰安全度）を研究するものである．現代の防護服はアラミド繊維のような高機能繊維を用いて作られており，高機能繊維によって高い機械的強度，高耐熱・高耐熱性の防護性能を達成できている．しかし，高機能繊維は紫外線によって機械的強度の低下のような性能劣化が起こることがわかっているが，紫外線による防護性能の低下は評価されていない．平成28年度の研究成果を元に，防火服が1年間使用される上でどの程度の紫外線に曝されるのかを見極め，本年度（H29年度）は紫外線曝露量の設定を行い，市販の試験片を用いた促進劣化作業を行い，劣化試験後の試験片は，引張試験及び着火性試験を行った．また，防火服の着用者の大きなリスクである熱伝達に対する紫外線劣化の影響も不明なため，熱伝達性試験（放射熱・火炎）も行った．これらの性能試験により，初期性能と劣化試験片の性能比較を行い劣化過程の現象解析を行った．結果より，紫外線劣化に対する機械的強度は指数関数的に低下した．また，生地に含まれる難燃繊維（本研究では(m-Aramid, p-Aramid）の混紡による研究を実施したが，もしそれぞれの純素材の特性がわかれば，混紡比をパラメータとして，一つの数値モデルが作成できるのではないかという見解を得ることができた．一方，熱的特性（着火性，遮熱性）については数値評価としては変化しなかったが，外観に変化が発生していることが生地組織の顕微鏡観察によって明らかになった．これは空気雰囲気下においては，燃えない傾向はあるものの，今後熱分析等を用い，詳細な調査が必要であることを示唆した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度（H29年度）は，平成28年度の研究成果を元に，防火服が1年間使用される上でどの程度の紫外線に曝されるのかを見極め，紫外線曝露量の設定を行い，市販の試験片を用いた促進劣化作業を行い，劣化試験後の試験片は，防火服防護性能の機械的強度・耐熱性・耐火性に着目し，引張試験，熱伝達性試験，表面着火性試験を行った．引張試験では，防火服生地の表地の破断強度を用いて評価を行った．熱伝達性試験では，防火服生地3層にコーンヒーターを用いて20kW/m2で加熱を行い，HTI（熱伝達性指数）による評価をした．着火性試験は，JIS T 8022を参考に着火性試験を行った．実験は防火服生地3層にマイクロバーナーによる火炎を10秒間接炎させ，ビデオ映像を用いた残じん・残炎時間の測定をした．評価は残じん・残炎時間の長さによって行った．
機械的強度は紫外線ばく露によって顕著な劣化を示した．熱伝達性はメタアラミドの混紡率の高い表地Aの試験片で上がる傾向にあったが，パラアラミドの混紡率の高い表地Bでは変化はみられなかった．この原因は今回の実験方法では把握できなかったため，検証を行う必要がある．着火性試験では残じん・残炎時間への影響は無かったが，火炎接炎後の焦げ跡に変化があったため，耐熱性への影響があったと考えられる．紫外線ばく露量と防火服性能劣化のモデル化では，表地A，表地Bにおける，任意の紫外線ばく露時間t時間後の破断強度を求めることができるモデルを確立できた．また，アラミド繊維の混紡率の違いによる劣化の激しさを劣化係数の大きさによって表現することが可能となった．
本年度は、計画通り、確立されていない防火服の防護性能の紫外線劣化に関する評価法・条件を決定し、実験の実施を行った．研究は順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
防火服はアラミド繊維のような高機能繊維を用いて作られており，高機能繊維によって高い機械的強度，高耐熱・高耐熱性の防護性能を達成できている．H29年度は，防火服生地の紫外線ばく露量と防護性能劣化（耐熱性・機械的特性）の関係把握を行い，特に機械的強度は紫外線ばく露によって顕著な劣化を示し，アラミド繊維の混紡比の違いによる劣化の激しさを劣化係数によって表現できることが明らかになった．異なる任意の条件での破断強度を得ることができるモデルを確立する方向性が見つけられた．しかし，著しく劣化した機械的強度の根拠は明らかにできなかった．基本，織物は糸構造・織物構造という二つの要素を元に生地としての性能を確保している． H30年度は，この織物構造や糸構造と紫外線ばく露の関係を明らかにするため，混紡率の同じアラミド繊維の織物構造及び糸構造を変化させた生地を製作し，混紡比・織物構造・糸構造という３つのパラメータから劣化に関する原因を突き詰めていきたい．具体的には，織り方における「リップストップ構造」や「糸構造の特殊化」を中心とした検討を行いたい．リップストップ構造は織物の強度を向上させるために加えられている織り方で構成する糸の本数・パターンで強度が変わってくるが，強すぎるリップストップ構造は生地を服にする際の剛性（しなやかさ）に影響を及ぼす．また，２種のアラミド繊維の紫外線に対する強度は，p-Aramidは m-Aramid と比較して劣化率が高くなる．ゆえに，異なるアラミド繊維を糸にする際に純粋に混ぜたものを紡糸するか，逆に紫外線に対する劣化率が高いp-Aramid糸をm-Aramid糸で包んで強度をあげるなどの工夫も可能である．H30 年度はこれらの生地を製作し，主として機械的強度の劣化と織物構造・糸構造の関係について検討を行いたいと考える．
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