CNT紡績糸

 当研究室では,CNTウェブに撚りを加えてCNT紡績糸を作製している.CNTフォレストに対して後方に移動するスピンドルでCNTウェブに撚りを加えながら引き出してCNT紡績糸を作製する.スピンドルの回転速度と引き出し速度を調整し,撚り数や撚り角度を制御する.典型的な撚糸パラメータは,回転速度32,000 min-1,引き出し速度120 mm/sである.この場合,5 mm幅のCNTウェブを紡績すると糸径は20 μm程度,撚り角度は25°程度となる.CNT撚糸表面は,一般的な撚糸と同様なモフォロジーをしている.

CNT紡績糸作製

 CNT紡績糸の撚糸の強度,ヤング率はそれぞれ,約400 MPa,約30 GPaであっるた.破断部でのCNT引き抜け長が数100 μmに及ぶことから,破断モードはCNT短繊維破断ではなく,CNTすべりであることがわかった.応力ひずみ線図に見られる破断前の応力上昇率低下は,CNT相互すべりが生じていることを示している.撚糸の重量密度(0.7 g/cm3程度)を多層CNTの密度(2 g/cm3)と比較すると,内部に空隙が多く残っていることがわかる.そこで,空隙を減少させファンデルワールス相互作用を高めるため,撚糸に再度撚りを加える追撚処理を施した.その結果,紡績糸径は22.8 μmから19.2 μmに減少し,同時に重量密度は1.24 g/cm3 にまで増加した.そして、引張強度は770 MPaに,ヤング率は51 GPaに向上した.追撚処理でCNTが近接したことにより,ファンデルワールス結合領域が拡大しCNT間結合性が向上したと言える.また、高密度化の取り組みとして、2本の撚糸を合わせ撚りした合撚糸についても調べた.一端に負荷を固定した撚糸複数本を縦型のスピンドルに取り付け,荷重負荷で張力を与えて合わせ撚りを行った.張力104 MPa時に引張強度は1GPa,ヤング率は51 GPaとなった.これは,単純な撚糸の2~3倍の特性向上と言える.合撚では追撚より高密度化が可能であり,強度はさらに向上すると考えられる.

各CNT紡績糸の応力ひずみ曲線

コメントは受け付けていません。