2014 Fiscal Year Annual Research Report
溶融延伸による分子鎖絡み合いの完全解きほぐしと超高強度繊維・膜の創製
| Project/Area Number |
26288098
|
|---|
| Research Institution | Gunma University |
|---|
Principal Investigator |
上原 宏樹 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (70292620)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山延 健 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (40183983)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 溶融延伸 / 分子鎖絡み合い / ポリエチレン / 超高分子量 / 繊維 / 膜 / 高強度 / 六方晶 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
分子量が100万以上の超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE)は、溶融粘度が高く、溶融状態で延伸できる。この溶融延伸過程では、完全非晶状態から六方晶を経て斜方晶に至る結晶構造変化が確認されている。一方、分子量が数十万程度のポリエチレンでは、このような結晶構造変化が観測されない。したがって、試料分子量は溶融延伸時における六方晶結晶化の支配因子であると予想される。そこで、本研究では、異なる分子量を有するUHMW-PEの溶融延伸挙動比較することで、分子量と六方晶結晶化との関係性を明らかにするとともに、溶融延伸により発現する特異な高次構造と力学物性および熱的性質との関係を議論した。
３種類の異なる分子量を有するUHMW-PEについて、溶融延伸過程の構造変化をその場（in-situ）広角X線測定（WAXD）により調査した。どのUHMW-PEでも、応力-ひずみ曲線には応力が一定となる「plateau領域」と、その後、応力が上昇する「ひずみ硬化領域」が観測された。このとき、分子量が高いほどplateau領域の応力値が高く、ひずみ硬化領域での応力上昇が急であった。これらの挙動と溶融延伸過程におけるin-situ WAXD像の赤道線方向の2θプロファイルの変化を対比させると、plateau領域に達するまでは非晶配向が進行し、その後plateau領域に入ると共に、六方晶反射の急激な強度上昇が確認されている。これと同時に、斜方晶反射も出現し始めるが、その強度の増加率は低く、延伸に伴い徐々に強くなり、最終的には六方晶反射の強度を超えるまで強度増加が確認された。これに対して、六方晶反射強度は延伸後半まで一定であった。また、分子量が高くなるほど、一定となる六方晶量が多く、後の斜方晶転移も顕著であった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
異なる分子量を有するUHMW-PE試料に対して、溶融延伸過程におけるin-situ WAXD計測を実施した結果、分子鎖絡み合いの「深さ」を六方晶分率によって相対化できることが明らかになった。これにより、効率的に分子鎖を解きほぐすための延伸条件の最適化が可能になると期待される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在、平面型NMRユニットを搭載可能な大型延伸装置を試作中であり、これにより、一軸延伸工程のみならず二軸延伸工程についても、六方晶結晶化前の非晶配向状態における分子鎖絡み合いの「深さ」変化を緩和時間の関数として数値化できるようになると期待される。これは、本研究の最終目標である超高強度繊維・膜の創製に貢献すると期待される。
|
| Causes of Carryover |
平面型NMRユニットを導入する際の費用に充当するため。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度にインプロセス計測用NMRユニットを購入する予定である。
|
