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ポリオレフィン系コンポジットについてご紹介します。

ポリオレフィン複合材料の新用途への展開

ポリオレフィン複合材料（POC）は、一般に2相以上を含み、2相の間に明確な境界を持つ材料と定義される。異なるユニークなシステムを注意深く組み合わせることで、個々の構成要素だけよりも優れた構造と機能を実現することができる。

POCの特性は、適切な工学技術によって向上させることができる。

現在、POCの応用例としては、自動車部品への利用が挙げられる。具体的には、自動車用バンパービームが注目されている。また、ポリオレフィン系複合材料は、建築用途にも使用されている。これらの用途の多くでは、天然樹脂充填ポリオレフィン複合材料が選ばれている。

このように、POCはさまざまな用途に使われているが、その性能を制限しているものがある。それは何か、そしてそれを克服する方法は何か……。

ポリオレフィンコンポジットの用途を制限するものとは？

POCの主な問題の1つは、ポリオレフィンマトリックスポリマーと強化繊維またはフィラーの間の非相溶性であり、より多くのアプリケーションでの使用が制限されています。界面におけるこの非相溶性は、複合材料構造における2つの材料間の接着性を低下させることになる。

この要因によって、界面を介した応力伝達が制限され、特に短繊維や粒子の場合、繊維や粒子の強化ポテンシャルが十分に発揮されないことを意味する。

また、非相溶性のために、繊維や粒子はポリマーマトリックス中に均一に分散されるのではなく、凝集体を形成することもある。この事実は、最適な特性プロファイルが実現されないか、最終的な複合材に非常に不均一な特性が存在することにつながる。

注）ポリオレフィンマトリックスポリマーと強化繊維やフィラーとの相性が悪いと、2つの材料の接着性が低下したり、ポリマーマトリックス内でフィラーが凝集したりする。

ポリマーコンポジットの非相溶性を克服する

ポリオレフィン以外のポリマーをベースとしたコンポジットでは、これらの非適合性の問題に対処するためのいくつかのアプローチが確立されている。利用されてきた技術には次のようなものがある。

カップリング剤の使用
相溶化剤の使用
過酸化物、過マンガン酸塩、プラズマを用いた繊維の処理

これらの技術は、様々なマトリックスポリマーと補強材の組み合わせで使用され、それぞれ程度の差こそあれ、成功を収めている。

一般的に、これらのアプローチは、複合材中のマトリックスポリマーと強化材の間に化学的または物理的な相互作用を確立することに基づいています。その相互作用により、そのような相互作用を持たない材料と比較して、改良された界面が存在することになる。

この相互作用は、ポリマーマトリックスと強化材の両方の構造に存在する特定の化学官能基または基の存在に起因することが多い。マトリックスポリマー中の化学基は、強化材中の化学基と相互作用し、その結果、得られる複合材構造に好ましい界面がもたらされるのである。

しかし、ポリオレフィンをマトリックスポリマーとして使用する場合の問題は、コンポジット中の強化材との相互作用の可能性が限られていることである。一般にポリオレフィンポリマーには極性化学基が存在しないためである。通常、複合材料において良好な界面特性を得るために必要なタイプの相互作用につながるのは、このような極性官能基の存在だ。

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