東レ、環動ポリマー構造を導入した新たな繊維強化プラスチックを開発――分子結合部がスライドして金属のように衝撃を吸収

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(a)ポリロタキサン分子の模式図。(b)ポリロタキサンを架橋した環動ポリマー構造の模式図。

東レは2018年3月22日、分子結合部がスライドする環動ポリマー構造を導入した、金属のような衝撃吸収性を有する繊維強化プラスチックを開発したと発表した。

自動車や家電などに広く用いられるポリマー材料は、強さと硬さを高めるために、ガラス繊維や炭素繊維で複合化する。しかし、その場合、複合材料における繊維自体が変形に追随できず、複合材料においても脆く壊れやすくなることが課題だった。一方、金属材料は外力によって変形すると、金属原子が元の位置からずれるものの、金属結合を保ちながら変形。受けた力を「いなす」ことで衝撃を吸収する。

研究グループは以前、ポリアミドに分子結合部がスライドする環動ポリマー(ポリロタキサン)を組み込むことで、加えられた力を分子レベルで「いなす」ことができる材料を開発。その技術を今回、繊維強化プラスチックに応用した。具体的には、ポリロタキサンを繊維強化プラスチックの繊維表面に選択的に配置。強さと硬さを併せ持ちながら、金属のような衝撃吸収性を有する繊維強化プラスチックの開発に成功した。開発した材料は、従来のガラス繊維強化ポリアミドと比べ4倍以上のエネルギーを吸収。さらに、繊維強化プラスチックでありながら、15%超の引張破断伸びを達成した。

今後は、この成果により、自動車、家電、スポーツ用品など、幅広い分野への応用展開とポリマー材料市場の拡大が期待されるという。また、同技術を適用したポリマー材料を、自動車用構造部材、衝撃吸収部材など、しなやかさが要求される構造用部材のベースポリマーとして展開し、新規用途の開発を進めるとしている。

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