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綿の優れた機能に対する階層構造の寄与を明らかにし、綿のミクロフィブリルの螺旋配向構造を再現する新しい紡糸方法を開発することが本研究の目的である。そのために着想した方法は、FDM (Fused Deposition Modeling) 型3Dプリンタの樹脂吐出機構を利用してミクロフィブリル含有繊維を得る方法である。2017年 度は、3Dプリンタを用いて2種類の樹脂製繊維を組み合わせた複合繊維を作製可能であることが確認できた。2018年度は、あらかじめ螺旋構造を内包させた樹脂 複合フィラメントを自作し、それを用いて3Dプリンタを用いて繊維化を実施したが、螺旋構造は痕跡程度しか観察できなかった。一方、本方法を用いると２種類の樹脂が繊維断面で同心円状多層構造を発現することが明らかとなった。これは、綿繊維に存在する多層構造を模倣した繊維の実現に成功したと言える。2019年度は3Dプリンタの故障とコロナ禍の影響でメーカーの修理対応に大幅な遅れが発生したため、繊維化の実験が実施できなかった。そこで、2019年度は綿の微細構造の解析に注力し、大型放射光施設の強力なX線を用いて、1本の綿が乾燥する過程の構造変化を観察することに成功した。 2020年度は本研究で実現することができた同心円状多層構造繊維の構造形成メカニズムの解明に取り組んだ。2種類の3Dプリンタを用いての再現実験においても同構造が発現することが確認でき、本方法の普遍性を確認した。さらに、同構造の形成過程を観察するために、構造形成中の3Dプリンタノズル内部の樹脂を削り出して内部を観察した。その結果、同心円状多層構造はノズルへの導入流路ですでに形成されていることが明らかとなった。さらに、単純なせん断流動ではなく、温度勾配が重要な役割を果たしていることが示唆された。
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