In-situ繊維複合技術による樹脂の高性能化

摘要

ポリマーブレンド材料において，分散相のモルフォロジー制御は，高性能，高機能材料の創生において最も重要な技術である．分散相の形状は，粒子，楕円，薄膜，フィブリルと様々であり，強化，機能性付与などの目的に応じた制御が行われている．例えば微粒子ゴムは耐衝撃性，薄膜化ポリアミドはガスバリア性，フィブリル化液晶ポリマーは高い力学的特性を付与することができる．これらの複合材料の多くが，高付加価値製品として実用化されている．ポリマーブレンド分散相のモルフォロジーを決定付ける要因としては，界面張力，粘度比および成形時の応力などがある．界面張力および粘度比は，樹脂の組み合わせ選定の段階で固定される因子であるが，相容化剤などの第3成分の添加により，界面張力をコントロールすることが可能である．成形時の応力は，せh断応力，伸張応力に分類され，流動場によって大きく分散相の変形度合いが異なることが知られており，伸張応力の方が分散相を大きく変形，分裂，さらにはフィブリル化させることができる．これらの因子を巧みに利用することにより，様々な材料の研究開発が行われている．液晶ポリマー(LCP)系ポリマーブレンドでは，多くのフィブリル強化に関する報告があるが，ここ数年LCP以外の材料についても多く報告されている．組み合わせとしては，極性／非極性ポリマーの組み合わせが多く，非相容性を巧みに利用している．また一部，非極性ポリマー同士の組み合わせも報告されている．われわれは，これまでに分散相が成形加工中に連続長繊維化することによるin-situ繊維強化複合材料の研究開発を行ってきた．これらの分散相は，従来フィブリルと表現されている短繊維ではなく，数百〆m以上の繊維長およびサブミクロンオーダーの繊維直径を有しており，強化および新たな機能付与が期待できる．本稿では，連続長繊維化が容易な材料系の一つとして，ポリオレフイン／ポリカプロラクトン(PCL)ブレンドの研究結果を中心に報告する．用いたポリオレフィン，PCLの粘度とせh断速度の関係を図1に示す．