レーザー延伸過程のオンライン測定による繊維構造形成機構の解明

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走行中の繊維に炭酸ガスレーザーを照射して急速かつ均一に加熱することによって、ネック点を任意に固定できることを利用し、ミリ秒オーダーの時間分解能でその場測定することにより、繊維構造形成過程を解析した。本研究で使用されたポリフッ化ビニリデン(Paly(vinylidene fluoride),以下PVDFと略す)は、クレハ合繊株式会社から頂いたPVDF250μm繊維であり、レーザー加熱延伸法を用いてネック延伸を行い、同時に温度、直径、および張力の測定を行った。この時に適用された条件と同じ延伸条件でSPring-8の超高輝度X線を利用して、オンラインX線回折像を撮影した。安定的に延伸できた条件は延伸倍率4.5と5.5倍であり、送出速度は6と12m/minであり、この時の延伸応力は110と242MPaであった。オフラインの予備実験によると、PVDF繊維の内部構造は、100MPa以上の延伸応力が掛けられる場合にはβ結晶だけが形成される。したがって、延伸比5.5倍ではβ結晶だけが、延伸比4.5ではαとβ結晶が混在して現われると思える。オンライン広角X線回折像からX線強度プロフィルを取ってレーザー加熱延伸中のPVDF繊維構造形成を検討した。実際的にPVDFは結晶化速度が速くて、ガラス転移温度がもっと低くて、α結晶の回折が未延伸繊維でも現れる。延伸倍率5.5倍の場合では、ネック変形以前の未延伸繊維部分ではα結晶の(200),(010),(110),(021)面の回折である結晶回折が現れ、経過時間が0.2msからは(021)面の回折は消えて、赤道線上にβ晶の(110)回折スポットが観察され始める。このβ晶の(110)回折スポットの強度は、PVDF繊維の結晶化速度が速いために、経過時間が増加しても変化しなかったのに対し、α結晶の回折は時間の経過と共に消失した。