三次元繊維ネットワーク構造の粘弾性予測

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繊維分散系についてその基本特性を詳細に検討した。繊維分散系の弾性率の濃度依存性を測定したところ、いずれの系も弾性率Gの対数は濃度cの対数に対して直線的に増加した。すなわち、G=kc^aと書ける。繊維として微結晶セルロースを用いたところa=2.25であった。また、パルプ繊維を用いるとa=3、シート状のバクテリアセルロースを用いるとa=5となることが示された。一方、kに関しては、これが繊維の軸比pとk∝p^2のような関係にあることがわかった。さらに、kは単繊維の弾性率にも依存した。以上のことから、aの値は繊維個々の特性とは無関係な繊維ネットワークの特性を反映し、kは繊維の軸比および弾性率等、繊維個々の特性に依存すると考えられる。これを確認する目的で、新たに2次元格子モデルを設定し、弾性率の濃度依存性について検討したところ、繊維が十分長くかつ繊維間にすべりがない場合はa=5となること、また、kは単繊維のヤング率E_fを用いてk=E_fp^2と書けることが明らかとなった。これは、上述の実験結果とも一致する。また、系に多糖水溶液を添加した結果、aの値が大きくなることが示された。これは、多糖添加により系のネットワーク構造が変化したことを示す。