高分子溶融体中におけるフィラー添加による構造制御

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繊維状ナノフィラーを添加した高分子複合材料を使用し、流動場を用いた成形加工において得られる高分子結晶構造について調べる研究である。流動場においては繊維のみならず高分子鎖も流れ方向を向くために、エピタキシャルな結晶成長や高度な分子配向が達成されやすいことがこれまでに明らかになった。例えば、繊維が流れの方向を向き、それに沿ってマトリクスが結晶化することで高い配向度を示す。成形体の剛性は結晶性と配向度によって決定されるが、繊維添加複合材料を成形した際の、伸長/せん断等の流動様式やひずみ速度の影響、さらには粒子サイズやアスペクト比の影響は明らかにされていない。本研究はこれらに焦点を当てた。本研究では、溶融ポリプロピレン（PP）中に直接ポリビニルアルコール（PVA）を添加し伸長流動を与えることで、分散相、すなわちPVA相を繊維化することに成功した。なお、得られた繊維は、予備実験における二軸押出機を用いたせん断流動によって調製された繊維とアスペクト比が同等であった。また、本研究において得られた成形体も以前と同様、繊維状のPVAに沿ってPPが結晶化することで、分子配向が向上していた。したがって、流動様式による分散相の繊維化及びマトリクスの配向状態に違いはほとんど確認されなかったことがわかる。これは、本複合材料は押出成形のみならず延伸によるフィルム成形も可能であることを示唆している。また、ポリエチレン（PE）/カーボンナノチューブ（CNT）についても流動様式の検討を行った。先行研究において、PE/CNTに押出成形（せん断流動）を施した際、配向したCNTが結晶核剤として働きPEの配向度が向上した。この結果に対し今回は伸長流動を与えたところ、PE分子はより高度に配向した。プラスチック成形加工ではさまざまな流動様式やアスペクト比の繊維を用いるため、本研究で得られた結果は工業的に重要な知見である。