2021 Fiscal Year Annual Research Report
耐熱・難燃性を備え柔軟なエアロゲル繊維の創出とエアロゲル化可能な高分子構造の解明
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19K05611
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
廣垣 和正 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (00512740)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | エアロゲル / 超臨界二酸化炭素 / アラミド / 多孔質 / 柔軟性 / 低密度 / 断熱性 / 湿式紡糸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究により、パラ系アラミドのフィブリル分散液からゲル繊維を連続的に湿式紡糸する際、剪断速度を大きくすると分子会合を駆動力とするフィブリルネットワークの強化により、後の超臨界乾燥による溶媒除去時のネットワーク構造保存に有利となり、緻密な多孔構造のエアロゲル繊維を作製できることを見出した。一方で、湿式紡糸する際に剪断速度を大きくすると、紡糸の不安定性が誘発され、繊維の形態不良による物性低下や、またスキン層の形成による繊維表面の多孔性の消失が大きな課題となった。不安定化の解消による高剪断速度での紡糸とスキン層形成の抑制を目的に、湿式紡糸時の凝固浴温度がエアロゲルの構造に与える影響を調べた。
凝固浴温度を高くすることで、ノズルからゲル繊維を吐出する際のフィブリルの伸長に伴う絡み合いを抑制して分散液の粘度を低下させ、また凝固浴の粘度低下による押し出し抵抗の低減により、安定して紡糸可能な剪断速度が向上できることを見出した。高剪断での紡糸により、フィブリルの配向性を向上させた後に、凝固浴内での溶媒置換を伴うフィブリル伸長を促進することで、繊維内に強固なゲルネットワークを形成でき、後の超臨界乾燥による溶媒除去時の繊維の収縮を低減し、緻密な細孔構造の破壊を抑制できた。また、分散液の粘度を低下させて紡糸することで、ノズル壁面との摩擦によるフィブリルが凝集したスキン層の形成を抑止でき、繊維表面にも孔径15 nm程度の多孔構造を有するエアロゲル構造を紡糸することに成功した。
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