結果と考察

-97-

-98-

ケナフ繊維が均一に分散しばらつきもないことが改質剤L(1%)で も効果が出たのではないかと考えられる．特性改善の目的から，

高流動の汎用材料であるPSJに対し，高剛性であるPSHをマトリッ クスとして使った場合のコンパウンドも検討した所，メタブレン を配合することでPSJとほぼ同当の流動長が出せることが分かっ た．メタブレンを配合するとコンパウンドの機械特性はやや低下 するが，PSHに対してはその程度が少ないようである．

実際に射出成形を行った際の複合材料の組成を確認するために 密度を測定した．なお，射出成形に当っては，CAをケナフ繊維の 5%配合した．Table3-3はポリスチレンとしてPSJおよびPSHを使用 し，ケナフ繊維なしおよびケナフ繊維含有量30%の場合の理論値と 実 測 値 で あ る ． PSJ の 密 度 は 約 1.006g/cm³， PSH の 密 度 は 約 1.016g/cm³，ケナフ繊維の密度は約1.382g/cm³，改質剤の密度はそ れぞれL≈1.127g/cm³，S≈1.141g/cm³，C≈0.954g/cm³として，ポリス チレン，ケナフ繊維と改質剤の混合割合に基づいて計算した値を 理論値とした．改質剤添加の有無にかかわらず，実測値は理論値 にほぼ一致している．従って，CAを添加する限り，原料の仕込み 量通りにケナフ繊維を30%含有する複合材料が得られることが確 認された．

-99-

Fig.3-3 Effect of the content of L on the MFR of the composites．

Fig.3-4 Effect of modifier on the MFR of the composites．

-100-

Fig.3-2 Effect of modifier on the spiral flow length of the composites．

Table3-3 Density of specimen (g/cm³)．

Specimen PSJ PSJ-KF(30%) PSH PSH-KF(30%)

Measured value

No modifier 1.006 1.112 1.016 1.124 L(3%)-C(5%) 1.004 1.110 1.013 1.125 L(3%)-S(5%) 1.009 1.107 1.018 1.122

Theoretical value

No modifier 1.006 1.119 1.016 1.126 L(3%)-C(5%) 1.007 1.121 1.016 1.127 L(3%)-S(5%) 1.016 1.127 1.026 1.134

-101-

3.3.2. 動的粘弾性測定による複合材料の繊維-高分子界 面の考察

PSJ 系，PSH 系それぞれの KF/PS 複合材料の損失弾性率（E’）

の温度依存性を Fig.3-5，Fig.3-7 に，損失正接(tan δ)の温度依 存性を Fig.3-6，Fig.3-8 に示す．いずれの場合も，KF/PS 複合材 料の E'は温度の上昇とともに減少するが，いずれの温度域におい ても CA を 5％添加することによって E'が顕著に増加している．CA によって KF と PS マトリックスの界面接着性が向上した結果であ る．一方，改質剤をさらに添加した PSJ-KF (30%) -CA (5%) 複合 材料の E'は，改質剤なし PSJ-KF (30%) -CA (5%) 複合材料より若 干低下することが確認できた．改質剤によってマトリックスの弾 性率が減少することがわかる．

損失正接に関しては，PS の分子運動性が増加する 90 ℃以上で tan δ が増加するが，その極大値は CA の添加によって小さくなっ ており，より弾性的になる傾向が顕著に認められる．CA を用いる ことにより PS 鎖が KF に拘束される程度が増すものと思われる．

改質剤をさらに添加した場合は，PSJ 系複合材料の tan δ の極大 値は改質剤なし PSJ 系複合材料より僅かに増加するが，PSH 系複合 材料ではほぼ等しい極大値になっている．このことは，CA による KF/PS 複合材料の界面において PS 鎖を KF に拘束させる効果に対し ては，改質剤は影響を及ぼさないことを意味している．

-102-

従って，改質剤は KF 表面近傍には存在せず，マトリックス PS 中に分散しているものと思われる．このために，弾性率が低い改 質剤 L，S，C はマトリックス PS の弾性率をわずかに低下させる影 響を及ぼすものと考えられる．

改質剤なし及び改質剤ありの複合材料の破断面の SEM 像を Fig.3-9 に示す．Fig.3-9 を見ると，繊維の幅が改質剤を添加する ことで細くなっていると思われる．これを確認するために複合材 料から KF 繊維を取り出し，繊維の幅と長さを確認した．Fig.3-10 に示すようにデジタル顕微鏡で観察した KF 繊維の結果から，改質 剤なしに比べ，改質剤あり複合材料から回収した KF 繊維の幅と長 さが短くなったことが確認できた．これは改質剤を添加すると，

マトリックスの粘度が低下することにより混練中のスクリュー回 転数が増大し，ケナフ繊維が切断，解繊しやすくなるためと考え られる[26]．

-103-

Fig.3-5 Storage modulus of the PSJ composites．

Fig.3-6 Tan δ of the PSJ composites．

-104-

Fig.3-7 Storage modulus of the PSH composites．

Fig.3-8 Tan δ of the PSH composites．

-105-

Fig.3-9 Cross-sectional SEM micrograph of tensile fracture surface of the PSJ-KF(30%)composite．

Fig.3-10 Length and width of the KF recovered from the composites．

-106-

3.3.3. 改質剤を添加したケナフ繊維/ポリスチレン複合 材料の機械物性

PSJ (PSH) – KF (30%) 複合材料のシャルピー衝撃値に及ぼす改 質剤の影響を Fig.3-11 に示す．靱性改質剤 S，C を添加すること により，わずかにシャルピー衝撃値が増加するが，PSH 系に改質剤 L と S を添加した場合を除いては，有意差とは認め難い．

複合材料の引張破断応力と引張破断ひずみに及ぼす改質剤の添 加効果をそれぞれFig.3-12，Fig.3-13に示す．Fig.3-12で明らか なように，改質剤を添加したKF/PS複合材料の引張破断応力は改質 剤なしの複合材料より小さくなっている．同様の傾向はPS単独の 引張破断応力についても見られることから，E’の温度依存性で確 認されたように，改質剤が可塑剤として働き，マトリックスの弾 性率が低下することが原因となっていると考えられる．

一方，引張破断ひずみに関しては，PS単体に比して複合材料の 破断ひずみが極端に低下し，3％程度になっていることがわかる．

試料の延伸に伴って，剛直で変形がほとんど起こらないKFと軟ら かいマトリックス間にボイドが発生して破壊が開始するものと考 えられる．その後のクラックの進展は，改質剤SやCでは阻止でき ないものと思われる．ただし，PSH系に注目すると，PSH単体の引 張破断ひずみが改質剤の添加によって10％以上増加しており，こ れを反映する形で改質剤を添加した複合材料の破断ひずみが増加 している．これは，改質剤が可塑剤として機能したことにより，

-107-

PSHの脆性を改善した結果と解釈できる．このことは， PSH系に改 質剤LとSを添加した複合材料のシャルピー衝撃値が増加するとい う結果と符合する．

-108-

Fig.3-11 Effect of modifier on the charpy impact strength of the composites (without notch)．

Fig.3-12 Effect of modifier on the tensile strength of the composites．

-109-

Fig.3-13 Effect of modifier on the tensile strain of the composites．

-110-