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大学編

NO.152
1.2 繊維製造 1.2.4 紡糸
研究者名 藤松 仁
所属 信州大学 繊維学部 精密素材工学科 材料物性工学 教授
研究テーマ 超高分子量ポリエチレンのゲル化延伸法による高強度・高弾性繊維化
概要(文献3)

超高分子量ポリエチレンのゲル化延伸法による高強度・高弾性繊維化

ポリエチレンは分子鎖が理想的に配向したとき、予想される理論強度弾性率が極めて高いため、多くの研究者により高強度・高弾性繊維化.の取り組みがなされてきた高分子材料である。これまでに報告された多様な方法により得られた強度の値はその試料に使用されたポリエチレンの分子量に依存し、分子量が高いほど強度が高いことが明らかにされている。このことは、最適な条件で分子配向が達成されれば、到達できる強度の最大値は使用されたポリエチレンの分子量により決まってしまうことを示している。分子鎖の絡み合いの少ない前駆体を作ることができ優れた延伸性を有するゲル紡糸法は最も工業化に適しているとされている。優れた高強度・高弾性繊維を製造することができるゲル紡糸法は既に工業化に採用されている。しかし、ゲル紡糸法はポリエチレンを一旦溶液にする必要があるが、分子量が高くなると溶媒に対する溶解性が低下することから、重量平気分子量が150万以上のポリエチレンを適用することは困難であるといわれている。我々が取り組んできた応力負荷型膨潤延伸法は、膨潤時に適切な応力を印加することで分子鎖の絡み合いの少ない前駆体を作り、それを超延伸する方法であり、重量平均分子量330万のポリエチレンについて最大強度5.3GPaの繊維を作ることができることを明らかにしてきた。この方法はゲル紡糸法のように溶液にするプロセスを必要としないことから、さらに高い分子量590万のポリエチレンに適用し、高強度・高弾性繊維化の可能性を検討してきた。しかし、高い膨潤度は得られるものの高い分子鎖の絡み合いに阻まれ、超延伸可能な前駆体を得ることは未だにできていない。この超高分子量ポリエチレンが均一なゲルになることから、ゲル紡糸による可能性について検討した。一般にゲル紡糸法では細いノズルから圧力をかけて押し出された糸状物を超延伸することによって高強度・高弾性繊維を製造している。超高分子量のポリエチレンのゲルをノズルから圧力をかけて押し出すと、大きなバラス効果が作用してノズルの先端で膨張してしまい、糸状物を得ることが困難であることがわかった。そこで、バラス効果に左右されないためにはノズルから押し出すのではなく、ゲルから引き上げることで糸状物を得ることを検討した。本研究では、引き上げ方式による連続的な糸状物を得るための条件を探索するとともに、得られた糸状物の延伸性および強度を調べた。



図1 引き上げ方式ゲル紡糸の模式図
図1 引き上げ方式ゲル紡糸の模式図
キーワード 有機材料化学(高分子化学,複合材料化学,コロイドおよび界面化学)