2020 Fiscal Year Annual Research Report
Material design of super fiber and application to polymer composite
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18K19109
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
山口 政之 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40401947)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 高分子レオロジー / 粘弾性 / 成形加工 / ポリマーブレンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素繊維により強化された高分子系複合材料の研究開発は盛んに行われているが、コストパフォーマンスに劣るため十分に普及が進んでいない。一方で、自動車をはじめ多くの分野で材料に対する軽量化が強く求められている。すなわち、コストパフォーマンスに優れる高剛性繊維を複合化して、高強度かつ熱可塑性の新規複合材料に対する市場ニーズは極めて強い。
対象とする被改質樹脂は市販のポリプロピレン（PP）であり、これをポリビニルアルコール（PVA）繊維で高強度化する。予め製造されているPVA繊維をPPと共に単純混合するという手法はこれまでにも報告されているものの、親水性高分子であるPVA繊維は疎水性のPP中に分散しにくく、また、繊維径は太いため、あまり好ましい物性値を示さないことが知られている。
本研究では、溶融PPにPVA水溶液を直接添加し、押出機内で混練と脱気を実施することで、PVAの繊維化とその微細分散を実現した。そのために特殊な装置を設計し、複合材料を得た。本装置では二軸押出機に液体を注入するノズルが設置されている。PVA水溶液はポンプによってノズルより注入される。注入部では溶融したPPが充満しており、押出機下流に向かって流れているため逆流を生じない。また、押出機下流には幅広いベント孔を設けて水の揮発を促進している。もちろん真空排気で高い吸引力を示すよう設計している。押出物はストランドカットされてペレットとなる。
本方法で得られたコンポジットを熱成形して得られた製品は高剛性、高強度、さらには高耐熱であることが判明しており、優れた材料としての広い利用が期待できる。また、最終年度にはその構造解析を詳細に行うと共に、他材料への波及効果も検討した。その結果、優れた力学特性は高度な分子配向に依存すること、また、他の結晶性高分子でも同様の効果が期待できることが明らかとなっており、普遍的な技術となる。
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