(57)【要約】【課題】本発明は、セルロースを溶解したＤＭＡＣ溶液からなるマトリックス材とセルロース繊維からなる補強材とから製造される、高い引張り強度、高温での高い貯蔵弾性率、及び低い線熱膨張係数を有する構造用複合材料を提供するものである。【解決手段】下記の工程からなる構造用複合材料の製法：（１）  セルロースを水及び非水系極性有機溶媒の順に浸漬処理した後、４〜８重量％塩化リチウムのＤＭＡｃ溶液に溶解させてセルロースのＤＭＡｃ溶液を調製する工程、（２）  上記（１）で得られるセルロースのＤＭＡｃ溶液及びセルロース繊維を型枠に入れて、一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維を含有するゲル状物を得る工程、（３）  該ゲル状物をアルコール及び水からなる群から選ばれる少なくとも１種の溶媒に浸漬させる工程、及び（４）  浸漬後の該ゲル状物を乾燥する工程。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の工程からなる構造用複合材料の製法：
（１）  セルロースを水及び非水系極性有機溶媒の順に浸漬処理した後、４〜８重量％塩化リチウムのジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）溶液に溶解させてセルロースのＤＭＡｃ溶液を調製する工程、
（２）  上記（１）で得られるセルロースのＤＭＡｃ溶液及びセルロース繊維を型枠に入れて、一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維を含有するゲル状物を得る工程、
（３）  該ゲル状物をアルコール及び水からなる群から選ばれる少なくとも１種の溶媒に浸漬させる工程、及び
（４）  浸漬後の該ゲル状物を乾燥する工程。
【請求項２】
上記工程（１）で調製されるセルロースのＤＭＡｃ溶液がセルロースを０．５〜３重量％程度含有するＤＭＡｃ溶液である請求項１に記載の製法。
【請求項３】
上記工程（２）で用いるセルロース繊維が、亜麻、ラミー、マニラ麻、パピルス、竹、ケナフ、パルプ、コットンリンター、大麻、黄麻、及びサイザル麻からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の製法。
【請求項４】
上記工程（２）で用いるセルロース繊維の繊維長が１〜２５ｃｍ程度である請求項１に記載の製法。
【請求項５】
上記工程（２）が、繊維軸を一方向に揃えたセルロース繊維を入れた型枠に、上記（１）で得られるセルロースのＤＭＡｃ溶液を加えて、一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維を含有するゲル状物を得る工程である請求項１に記載の製法。
【請求項６】
構造用複合材料中の一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維の含有量が８０〜９０重量％程度である請求項１に記載の製法。
【請求項７】
上記請求項１〜６のいずれかに記載の製法により製造される構造用複合材料。
【請求項８】
下記の物理的特性を有するセルロースを主原料とする構造用複合材料：
（１）  力学的異方性を有し、
（２）  ２５℃、乾燥状態の繊維軸方向の引張強度が、３００〜５５０ＭＰａであり、
（３）  ２００℃、１０Ｈｚでの繊維軸方向の貯蔵弾性率Ｅ’が、２０〜３０ＧＰａであり、
（４）  ８０℃〜１２０℃の繊維軸方向の線熱膨張係数が、０〜３×１０−７Ｋ−１である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルロースを主成分とする構造用複合材料に関する。具体的には、セルロースを溶解したＤＭＡｃ溶液からなるマトリックス材とセルロース繊維からなる補強材（繊維）とから製造される構造用複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境に対する関心の高まりと共に、従来メリットと見なされてきた「丈夫で長持ち」という複合材料の特性が、廃棄処分に膨大なエネルギーが必要とされることからむしろデメリットとして問題視されるようになってきた。そのため、環境調和型複合材料（Ｅｃｏ−Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の開発が要望されている。
【０００３】
廃棄時に自然に還すことを目的として、天然繊維の利用が考えられている。天然素材として、第一にセルロースを挙げることができる。セルロースは、自然界に豊富に存在しかつ生物分解性を有している。また、天然のセルロース（セルロースＩ型）は結晶弾性率が１３８ＧＰａであり、この値は液晶紡糸により得られる高性能繊維と比較して遜色がなく，補強繊維として有力な候補材料といえる。
【０００４】
セルロースを含む複合材料として、例えば、亜麻を２０ｗｔ％含有する複合材料が８０ＭＰａの引張り強度を有し、バナナ繊維を含むもので５８ＭＰａ程度の引張り強度を有することが報告されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００５】
そして、さらに引張り強度を改善するために、バナナ繊維に加えてガラス繊維を２０ｗｔ％添加した複合材料が報告されており、その引張り強度は１００ＭＰａ程度である（例えば、非特許文献２を参照）。
【０００６】
しかし、このように複数の素材を組み合わせて複合化する際には、素材間に必然的に界面が存在する。界面での接着、応力の伝達は複合材料の特性に大きな影響を及ぼし、例えば、水分が界面に浸入することにより界面剥離をもたらし、材料の寿命を著しく低下させることがある。また、この様なセルロース繊維を含有する複合材料においても、廃棄処分にエネルギーが必要とされることから依然環境面において問題を残している。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｎ．Ｅ．Ｍａｒｃｏｖｉｃｈ  ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ｖｏｌ．６８，  ２０６９（１９９８）
【０００８】
【非特許文献２】
木村照夫，”複合材料活用辞典”日本複合材料学会編，産業調査会，２００１，ｐｐ．８２８−８３５
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、同種の素材（セルロース）の異なる形態の材料から製造される、力学的特性に優れた構造用複合材料を提供することにある。具体的には、セルロースを溶解したジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）溶液からなるマトリックス材とセルロース繊維からなる補強材とから製造される、高い引張り強度及び高温での高い貯蔵弾性率、並びに低い線熱膨張係数を有する構造用複合材料を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するべく鋭意研究を行った結果、セルロースを溶解したＤＭＡｃ溶液からなるマトリックス材を調製し、このマトリックス材と配向性を制御したセルロース繊維からなる補強材とから製造されるセルロース複合材料が、優れた引張り強度、高温での高い貯蔵弾性率、及び低い線熱膨張係数を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は以下の通りである。
【００１２】
項１  下記の工程からなる構造用複合材料の製法：
（１）  セルロースを水及び非水系極性有機溶媒の順に浸漬処理した後、４〜８重量％塩化リチウムのジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）溶液に溶解させてセルロースのＤＭＡｃ溶液を調製する工程、
（２）  上記（１）で得られるセルロースのＤＭＡｃ溶液及びセルロース繊維を型枠に入れて、一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維を含有するゲル状物を得る工程、
（３）  該ゲル状物をアルコール及び水からなる群から選ばれる少なくとも１種の溶媒に浸漬させる工程、及び
（４）  浸漬後の該ゲル状物を乾燥する工程。
【００１３】
項２  上記工程（１）で調製されるセルロースのＤＭＡｃ溶液がセルロースを０．５〜３重量％程度含有するＤＭＡｃ溶液である項１に記載の製法。
【００１４】
項３  上記工程（２）で用いるセルロース繊維が、亜麻、ラミー、マニラ麻、パピルス、竹、ケナフ、パルプ、コットンリンター、大麻、黄麻、及びサイザル麻からなる群から選ばれる少なくとも１種である項１に記載の製法。
【００１５】
項４  上記工程（２）で用いるセルロース繊維の繊維長が１〜２５ｃｍ程度である項１に記載の製法。
【００１６】
項５  上記工程（２）が、繊維軸を一方向に揃えたセルロース繊維を入れた型枠に、上記（１）で得られるセルロースのＤＭＡｃ溶液を加えて、一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維を含有するゲル状物を得る工程である項１に記載の製法。
【００１７】
項６  構造用複合材料中の一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維の含有量が８０〜９０重量％程度である項１に記載の製法。
【００１８】
項７  上記項１〜６のいずれかに記載の製法により製造される構造用複合材料。
【００１９】
項８  下記の物理的特性を有するセルロースを主原料とする構造用複合材料：
（１）  力学的異方性を有し、
（２）  ２５℃、乾燥状態の繊維軸方向の引張強度が、３００〜５５０ＭＰａであり、
（３）  ２００℃、１０Ｈｚでの繊維軸方向の貯蔵弾性率Ｅ’が、２０〜３０ＧＰａであり、
（４）  ８０℃〜１２０℃の繊維軸方向の線熱膨張係数が、０〜３×１０−７Ｋ−１である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】
本発明のセルロース由来の複合材料は、セルロースをＤＭＡｃに溶解した溶液（マトリックス材）と配向性を有するセルロース繊維（補強材）から製造される。セルロースを原料として用いたのは、その強固な繊維骨格や分子内水素結合により優れた機械的特性を有しているからである。
【００２２】
このマトリックス材及び補強材を構成するセルロースとしては、亜麻、ラミー、マニラ麻、パピルス、竹、ケナフ、パルプ、コットンリンター、大麻、黄麻、及びサイザル麻からなる群から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。特に、植物繊維としての高い力学特性を有する観点から、ラミー、亜麻、大麻が好ましい。また、セルロースは、既にリグニン等の不純物が除かれたものが好ましい。
セルロースのＤＭＡｃ溶液（マトリックス材）の調製
マトリックス材を調製するに先立ち、前処理として上述のセルロースを水及び非水系極性有機溶媒に順に浸漬処理し、溶媒置換させる。非水系極性有機溶媒としては、水と混和する非プロトン系の極性有機溶媒が挙げられ、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドン等が用いられる。
【００２３】
具体的には、セルロースを、水、アセトン、及びジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）に順次浸漬・濾過を繰り返し溶媒置換させるのが好ましい。
【００２４】
より具体的には、セルロースを室温（１５〜３０℃程度、以下同じ）で水（蒸留水が好ましい）に２４〜４８時間程度浸漬し続いて濾過する。次に、セルロースを室温でアセトンに２４〜４８時間程度浸漬し続いて濾過する。最後に、セルロースを室温でＤＭＡｃに２４〜４８時間程度浸漬し続いて濾過する。セルロースを溶媒で充分に膨潤させるため、各溶媒ごとに２回程度セルロースの浸漬・濾過を繰り返すことが好ましい。
【００２５】
セルロースに本前処理を施すことにより、次の塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を含有するＤＭＡｃ溶液への溶解性が飛躍的に向上する。
【００２６】
次に、前処理後のＤＭＡｃで膨潤したセルロースを、５０〜７０℃程度で４０〜６０時間程度真空乾燥する。
【００２７】
乾燥後のセルロースを、室温で４〜８重量％程度の塩化リチウムを含有するＤＭＡｃ溶液に浸漬し溶解させる。セルロースと該塩化リチウム含有ＤＭＡｃ溶液は、重量比で１：９９〜３：９９程度の割合で混合すればよい。混合は室温にて２４時間程度撹拌し、その後数日間放置する。はじめは白濁状態（繊維が溶解せず分散した状態）であり、室温で数日間放置すると透明化する。透明化をもって溶解したものとする。
【００２８】
セルロースのＤＭＡｃ溶液中におけるセルロースの濃度は、０．５〜３重量％程度となるように調製すればよく、好ましくは、１〜１．５重量％程度である。セルロース複合材料の製造
セルロース繊維（補強材）の繊維長は、１〜２５ｃｍ程度であればよく、好ましくは５〜１５ｃｍ程度である。短かすぎるとセルロース繊維の充分な配向性が得られないため好ましくない。
【００２９】
上記セルロースのＤＭＡｃ溶液（マトリックス材）及び繊維軸を一方向に揃えたセルロース繊維を型枠に入れて放置すると、一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維を含有するゲル状物が得られる。
【００３０】
具体例としては、繊維軸を一方向に揃え、繊維の両端を金属板等で固定したセルロース繊維を入れた型枠に、上記マトリックス材を加えて放置することにより、一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維を含有するゲル状物が得られる。加えるマトリックス材の量はセルロース繊維が漬かる程度でよく、例えば、セルロース繊維１ｇに対し２〜４ｍｌ程度であればよい。また、放置温度及び時間は室温で１０〜２０時間程度であればよい。
【００３１】
他の具体例としては、セルロース繊維を上記マトリックス材に浸漬し、セルロースの繊維軸を一方向に揃えて型枠内に放置することにより、一軸の繊維配向性を有するセルロース繊維を含有するゲル状物が得られる。より具体的には、マトリックス材に分散したセルロース繊維を刷毛等で一方向に揃え、ハンドレイアップ法にて型枠に沿わせて放置する方法、又はマトリックス材に分散したセルロース繊維をＴダイから押し出し繊維配向を揃えて型枠に沿わせて放置する方法等が挙げられる。マトリックス材の使用量、及び放置条件は上記のものを採用することができる。
【００３２】
上記の工程で用いる型枠としては、上述の水や非水系極性有機溶媒に侵されない材質であれば特に限定はなく、金型枠、木型枠、樹脂型枠等公知の材質を適宜選択できる。
【００３３】
この様にしてセルロース繊維を一方向に配向させることにより、異方性を有し繊維軸方向の力学的特性に優れたセルロース複合材料を製造することができる。
【００３４】
次に、上記のゲル状物を含む型枠を、アルコール及び水からなる群から選ばれる少なくとも１種の溶媒に浸漬させ溶媒を置換する。この浸漬処理により、ゲル状物に含まれるＤＭＡｃが室温で乾燥可能な水及び／又はアルコールに置換され、また、ゲル状物に含まれる塩化リチウムが除去されてセルロースが再生される。
【００３５】
用いるアルコールは、沸点が水より低いものが好ましく、炭素数１〜４の直鎖又は分岐鎖のアルコールであればよい。具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｔｅｒｔ−ブタノール等が例示される。特に、蒸気圧が高い方が好ましいことからメタノールが好ましい。
【００３６】
浸漬処理は、ゲル状物を含む型枠を上記の溶媒中室温で１〜２日程度放置すればよい。
【００３７】
次に、浸漬処理後のゲル状物を含む型枠を、室温で１２〜２４時間程度放置、乾燥して溶媒を除去する。
【００３８】
さらに残存溶媒を完全に除くため、５０〜７０℃程度で２４〜４８時間程度真空乾燥する。これにより、セルロース繊維（補強材）の充填率が８０〜９０重量％程度の本発明のセルロース複合材料が得られる。
【００３９】
本発明のセルロース複合材料は、マトリックス材及び補強材とも同質原料のセルロースを用いて製造される。そのため、異質材料同士から製造される材料に比べ、マトリックス材と補強材の親和性が高く、両者は強固に結合しているという特徴を有している。しかも、本発明のセルロース複合材料は、補強材であるセルロース繊維が一軸配向性を有するため力学的な異方性を有し、繊維軸方向の高い引張り強度及び高温での高い貯蔵弾性率、並びに低い線熱膨張係数を有している。
【００４０】
具体的には、本発明のセルロース複合材料は、下記の物理的特性を有している。
（１）  力学的異方性、すなわち、繊維軸方向とそれ以外の方向の力学的特性が異なる性質を有している。
（２）  引張強度が、３００〜５５０ＭＰａ程度（好ましくは３５０〜５００ＭＰａ程度）である。引張り強度の測定は、一軸引張り試験により行った（実施例を参照）。
（３）  ２００℃、１０Ｈｚでの貯蔵弾性率Ｅ’が、２０〜３０ＧＰａ程度（好ましくは２０〜２５ＧＰａ程度）である。貯蔵弾性率の測定は、動的熱機械分析装置を用いて行った（実施例を参照）。
（４）  線熱膨張係数が０〜３×１０−７Ｋ−１程度（好ましくは１．２×１０−７〜１．７×１０−７Ｋ−１程度）ある。線熱膨張係数は、熱機械分析装置を用いて求めた（実施例を参照）。
【００４１】
さらに、本発明のセルロース複合材料は、セルロースを原料とするため軽量であり、全生分解性を有しているという特徴をも有している。
用途
上記の特徴を有する本発明のセルロース複合材料は、種々の用途に用いることができる。その軽量性、優れた引張り強度、高温での高い貯蔵弾性率、及び低い線熱膨張係数を有することから、特に構造用材料として好適に用いることができる。具体的には、壁材、床材、天井材、板材、柱材等の建築材；橋脚などの橋梁材；自動車、飛行機などの壁材、床材、ヘッドレスト，ドアトリムなどの内装材や一次構造材；機械，機器，各種材料の梱包材、レントゲンなどの医療関連機器；生体材料；釣竿、自転車などのスポーツ用品等が挙げられる。
【００４２】
【実施例】
次に、実施例をあげて本説明をさらに説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。
【００４３】
実施例１
（１）セルロースのＤＭＡｃ溶液（マトリックス材）の調製
セルロース（既にリグニンなどを除去したもの）を、蒸留水に室温で４８時間浸漬後濾過し、次にアセトンに室温で４８時間浸漬後濾過し、最後にＤＭＡｃに室温で４８時間浸漬後濾過した。溶媒で膨潤したセルロースを、６０℃で４０時間真空乾燥した。８重量％ＬｉＣｌのＤＭＡｃ溶液及び乾燥後のセルロースを、９９：１の重量比で混合し、室温で約２４時間撹拌し、つづいて室温で数日間放置した。繊維が溶けず白濁した分散状態から室温数日後に透明状態となる。透明状態を溶解したとみなした。これにより、１重量％のセルロースのＤＭＡｃ溶液を得た。
（２）セルロース複合材料の製造
ラミー繊維（３〜４ｇ）を、真鍮金型上に一方向に並べて両端を固定する。金型内に上記（１）で得られたマトリックス材を注ぎ込み、マトリックス材がゲル状になるまで室温で約半日放置した。マトリックス材の量は、ラミー繊維が漬かる程度（約１０ｍｌ）を使用した。マトリックス材がゲル化した後、金型をメタノール中に浸漬させ１〜２日間放置し、塩化リチウムを除去した。メタノール中から金型を引き上げ、室温で約半日放置し、溶媒を除去することによりセルロースを再生させた。さらに、残存溶媒を完全に取り除くために、６０℃で約２４時間真空乾燥を行った。これにより、ラミー繊維の充填率が８０〜９０重量％の本発明の複合材料を得た。
実施例２（別法）
ラミー繊維（３〜４ｇ）を、実施例１（１）で得られるマトリックス材に浸漬させ、繊維束内にまでマトリックス材を充分に含浸させた。マトリックス材中に分散したラミー繊維の配向を刷毛で揃え、ハンドレイアップ法にてラミー繊維含有マトリックス材を金型に沿わせた（或いは、ラミー繊維含有マトリックス材をＴダイから押し出すことにより繊維配向を揃え、金型に沿わせてもよい。）。マトリックス材がゲル状になるまで金型を室温で約半日放置した。マトリックス材がゲル化した後、金型をメタノール中に浸漬させるか、或いはメタノールを金型の上から注ぎ、１〜２日間放置して塩化リチウムを除去した。メタノール中から金型を引き上げ、室温で約半日放置し、溶媒を除去することによりセルロースを再生させた。さらに、残存溶媒を完全に取り除くために、６０℃で約２４時間真空乾燥を行った。これにより、ラミー繊維の充填率が８０〜９０重量％の本発明の複合材料を得た。
なお、実施例１で得られるセルロース複合材料の物性の評価方法は、以下の通りである。
＜走査型電子顕微鏡写真＞
実施例１で得られる複合材料を繊維方向に垂直に切断した断面の走査型電子顕微鏡写真を図１に示す。写真は、走査型電子顕微鏡（ＪＥＯＬ５６１０ＬＶＳ；日本電子（株）製）を用いて撮影した。
【００４４】
図１の写真中、黒い細長の模様は繊維の空洞（水の通路：ルーメンと呼ばれる）であり、繊維が紙面垂直方向に伸びて存在することを示す。
＜Ｘ線写真＞
実施例１で得られる複合材料のＸ線写真を図２に示す。Ｘ線写真は、Ｘ線回折装置（ＲＩＮＴ２０００；（株）リガク製）を用いて撮影した。
【００４５】
図２より、複合材料はラミー繊維と同様にスポット状のブラッグ回折点が多数現われる繊維図形を示していることから、複合材料は異方性を有していることが分かる。なお、等方性であればスポットとはならず同心円状となる。
＜Ｘ線回折測定＞
実施例１で得られる複合材料の赤道方向の（繊維の配列と直角方向）Ｘ線回折測定結果を図３に示す。Ｘ線回折装置（ＲＩＮＴ２０００；（株）リガク製）を用いて測定した。
【００４６】
図３より、複合材料はラミー繊維単独でのＸ線回折角（２θ＝２１）と同じ回折角を示していることから、複合材料中においてもラミー繊維がセルロースＩ型結晶として存在することが分かる。また、図中の数字は補強材としてのラミー繊維の微結晶の大きさを示した。この結晶の大きさは図中のピークの幅（半値幅）から求めることができる。もともとのラミー繊維が６０Åであったのに対して、複合材料の中に入れ込んだものは５８Åであり、値は変化していない（２Å程度は誤差）。このことは、複合材料の製造プロセスで繊維自身は溶解していないことを意味する。
＜引張り強度の測定＞
実施例１で得られる複合材料の引張り強度の測定結果を図４に示す。引張り強度試験は、下記の一軸引張り試験により行った。
（一軸引張り試験）
測定装置：引張り試験機；オートグラフＡＧＳ−１ｋＮＧ；（株）島津製作所製。
【００４７】
原理：試料を一定速度で伸長し、その際の応力−ひずみ関係を自記記録した。
【００４８】
測定試料：幅５ｍｍ，試料長４０ｍｍ（そのうち，両端を各々１０ｍｍつかみ具でつかんでいるため，測定に供されている部分（原長）は２０ｍｍとなる）、厚み約１ｍｍ。
【００４９】
測定条件：室温２５℃，原長２０ｍｍ，引張り速度２０ｍｍ／分。
【００５０】
図４より、マトリックス材のみの応力−ひずみ曲線に比較して，セルロース複合材料では初期勾配が増加し，また破断応力が増加していることがわかる。これらは各々、繊維の補強により、弾性率、引張り強度が著しく増大したことを意味する。特に，引張り強度は極めて大きく、ラミー単繊維の７０％以上の値となり，他の類似材の値を大きく凌駕してることが分かった。この値はガラス繊維強化複合材料の値（２００ＭＰａ）を超え，低炭素鋼（０．２％Ｃ）の引っ張り強度（４５０ＭＰａ）を超えている。これらの高い引張り強度の発現は，本複合材料中で補強繊維が配向しており，セルロースの有する固有物性がマクロな複合材料全体の物性に反映された結果と考えられる。
＜貯蔵弾性率の測定＞
実施例１で得られる複合材料の貯蔵弾性率の測定結果を図５に示す。貯蔵弾性率の測定は、下記の動的熱機械分析装置を用いて行った。
（動的熱機械分析装置）
測定装置：動的粘弾性測定装置；ＤＶＡ２００；アイティー計測制御（株）製。
【００５１】
原理：試料に繰り返し伸長を加え，試料からの応答状態を自記記録した。
【００５２】
測定試料：幅４ｍｍ，試料長２０ｍｍ（そのうち，両端を各々５ｍｍつかみ具でつかんでいる），厚み約１ｍｍ。
【００５３】
測定条件：原長１０ｍｍ。
【００５４】
周波数：１０Ｈｚ。
【００５５】
図５より、マトリックス材単独に比較して，複合材料では貯蔵弾性率の絶対値が大きく，室温で４０ＧＰａであることが分かった。高温に至るまで貯蔵弾性率の低下は著しくなく，２００℃においても２０ＧＰａの高い値を保持した。セルロースは高温で軸方向の物性が余り変化しないことから，配向したセルロース分子の特性が複合材料の高温での力学物性に対しても大きく反映された結果と考えられる。
＜線熱膨張係数の測定＞
実施例１で得られる複合材料の線熱膨張係数の測定結果を図６に示す。線熱膨張係数の測定は、下記の熱機械分析装置を用いて求めた。
（熱機械分析装置）
測定装置：熱機械分析装置；ＳＳ１２０ＣＵ；セイコー電子（株）製。
【００５６】
原理：重り（荷重）を加えた試料を一定速度で昇温させ，試料の伸びを自記記録した。
【００５７】
測定試料：幅５ｍｍ，試料長４０ｍｍ（そのうち，両端を各々１０ｍｍつかみ具でつかんでいる），厚み約１ｍｍ
測定条件：原長２０ｍｍ
昇温速度：１０℃／分
荷重：１２０ｋＰａ
図６より、マトリックス材が温度の上昇に伴い熱膨張するのに対して，複合材料では熱膨張が著しく抑制され，ほぼ熱膨張しない材料であることが分かった。セルロース分子自身は温度の上昇により若干熱収縮する。一方，マトリックスは熱膨張するため，両者を組み合わせた複合材料では，全体として低い熱膨張係数となったものと考えられる。図の例では，１．７Ｘ１０−７Ｋ−１の線熱膨張係数を示したが，繊維配向を制御することで線熱膨張係数の値を０から３Ｘ１０−７Ｋ−１の間で制御できることになる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のセルロース複合材料は、マトリックス材及び補強材とも同質原料のセルロースを用いて製造される。そのため、異質材料同士から製造される材料に比べ、マトリックス材と補強材の親和性が高く、両者は強固に結合しているという特徴を有している。しかも、本発明のセルロース複合材料は、補強材であるセルロース繊維が一軸配向性を有するため力学的な異方性を有し、繊維軸方向の高い引張り強度及び高温での高い貯蔵弾性率、並びに低い線熱膨張係数を有している。
【００５９】
さらに、本発明のセルロース複合材料はセルロースを原料とするため軽量であり、全生分解性を有しかつリサイクル可能である点で環境への負荷がないという特徴をも有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合材料を繊維方向に垂直に切断した断面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】本発明の複合材料のＸ線回折写真である。
【図３】本発明の複合材料の赤道方向のＸ線回折測定結果を示す図である。
【図４】本発明の複合材料の応力−ひずみ曲線から引張り強度の測定結果を示す図である。
【図５】本発明の複合材料の貯蔵弾性率の温度変化の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の複合材料の線熱膨張挙動から線熱膨張係数の測定結果を示す図である。
【図１】
2004161793.tif 000002
【図２】
2004161793.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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