2017 Fiscal Year Research-status Report
Investigation of the void formation mechanism during laser drawing
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17K05990
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
金 慶孝 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (30504550)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 繊維材料 / 延伸 / ボイド繊維 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究では、経験値として分かった延伸条件(延伸倍率、送出速度、レーザー出力の変化及び分子量依存性)によるPET繊維のボイド形成メカニズムを確認した。送出速度が速くなるほど延伸張力が増加し、送出速度4.0 m/minではボイドが形成されなくなった。送出速度の増加に伴ってネック変形時の歪速度も増加し、ネック変形に要する時間も短くなる。高速ほどボイドができ難いことは、ボイド形成に一定の時間を必要とすることを分かった。
ボイド形成に分子量依存性を確認するため、固有粘度(以下、IV)が異なる3種類のPET繊維での延伸を行った。まず、延伸倍率5.2倍までは、いずれのIVでもボイド率が小さかったが、延伸倍率6.0倍以上では明瞭なボイドが生じ、IVが低いほど、また送出速度が遅くなるほど、ボイド率が大きくなる傾向がみられた。得られたボイド率は最大63%で、送出速度1.0ｍ/min、延伸倍率6.25倍で延伸した場合だった。この結果はPET繊維の軽量化に革新的な結果である。
そしてSPring-8の超高輝度X線源による超小角X線散乱のその場測定によるPoly(ethylene terephthalate)(PET)繊維のネック変形直後のUSAXS撮像および解析を行った。USAXSの撮像範囲はq = 0.008 - 0.1 nm-1程度であった。USAXS撮像の際、PETは延伸応力80 - 180 MPaで延伸を行った。ネック直後に赤道ストリークとX字上に広がるバタフライパターンが観察された。このバタフライパターンは延伸応力の増加によって弱くなった。バタフライパターンはネック変形時のせん断によって形成するシェアバンドによって出現しており、このシェアバンドがフィブリルの移動によって繊維内によく分散するとバタフライパターンが弱くなる。これは構造の均一性の向上を意味し、高倍率での強度増加を説明できる。
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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
レーザー加熱の延伸条件、すなわち、延伸倍率、未延伸糸の送出速度、レーザー出力の変化及び分子量依存性によるボイド形成メカニズムを確認した。この結果をまとめてH29,30年繊維学会年次大会での発表を行った。
また、SPring-8の超高輝度X線源による超小角X線散乱のその場測定によるPET繊維のネック変形直後のUSAXS撮像および解析を行い、PET繊維のバタフライパターンはネック変形時のせん断によって形成するシェアバンドによって出現しており、このシェアバンドがフィブリルの移動によって繊維内によく分散することを発見した。これをまとめてH29年繊維学会年次大会、秋季大会及びPolymer Journalでの投稿報文を準備している。
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| Strategy for Future Research Activity |
レーザー加熱の延伸条件、すなわち、延伸倍率、未延伸糸の送出速度、レーザー出力の変化及び分子量依存性によるボイド形成メカニズムを確認した時、 分子量依存性による影響が大きいことことが分かった。SPring-8の超高輝度X線源(フロンティアソフトマター開発専用ビームライン産学連合体(FSBL)のアドバンス・ビームタイム活用テーマの募集)の使用が出来るように、2018Bの準備を進んでいる。これを用いて超小角X線散乱のその場測定によるPET繊維のネック変形直後のUSAXS撮像を行い、レーザー加熱の延伸条件によるPET繊維のボイド形成メカニズムを明らかにする。また、PET繊維のボイド形成に関する分子量依存性も明らかにするつもりである。
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| Causes of Carryover |
レーザー加熱の延伸条件の実験を行う時、分子量依存性に集中してSPring-8での実験を行っていないので、未使用額が生じた。今年度ではFSBLのアドバンス・ビームタイム活用テーマの募集に応募し、2018B実験を行うので、H29年度の請求額と合わせて、消耗品購入に使用する。
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Research Products
(3 results)
