ポリプロピレン×セルロースナノファイバー コンパウンド試作所感

ポリプロピレン(PP)にセルロースナノファイバー(CNF)を配合し

セルロースナノファイバー配合量、5%、10%、20%

で二軸今点試作を実施。

使用設備　　　：　二軸押出機　26㎜ ／ L/D45

投入方法　　　：　メインフィーダー　ポリプロピレン樹脂

　　　　　　　　　サイドフィーダー　セルロースナノファイバー

スクリュー構成：　前半　搬送＋軽いフィード部

　　　　　　　　　中盤　ニーディングブロックで分散

　　　　　　　　　後半　ミキシング＋脱揮ゾーン

■5％配合

●スタート直後立ち上がりは非常にスムーズとなり

　PP単体時のトルクが仮に40％前後とすると、セルロースナノファイバー

　5％でトルクは約45％程度となり、ほぼ誤差レベルとなった。

　再度フィードからのセルロースナノファイバー供給も問題なし

　(ブリッジやつまり等の兆候は見られない)

　溶融状態も良好で、ストランドも均一で、外観では

　バージンPPと比べ多少のマット感。

　この条件ではニーディングの効きも過剰ではなく

　「分散もそこそこ、加工も安定」というバランス。

　量産OKラインとなった。

■10％配合

●10％配合した瞬間に機械挙動に変化。

・まず、トルクが一段上がる。

　スクリューに負荷がかかってきているという手ごたえ。

　一番感じることは、吐出したストランドにて

　「凝集しているカーボンナノファイバーがいる事がわかる】

　※ここで、テストとして

　　①回転数UP　→　一気に粘度が上昇

　　　　　　　　 →　分散は多少改善

　　せん断がかかりすぎている。

※スクリュー構成の改善が必要と感じる。

【配合量としては、良好と思われる。】【導電性付与】

■20％配合

●20％配合でトルク及び表面性に大きな変化。

・スクリューがグッと踏ん張んる感じ。

　トルクが明確に上がり、機械負荷が目に見えてわかるレベル。

　一番明確なのは分散性。

　「明らかに凝集し絡み合っている状態のダマが定期的に発生】

　※ここで、テストとして

　　①回転数UP　→　一気に粘度が上昇

　　　　　　　　 →　分散は目に見えて良好とはいえない

　　せん断がかかりすぎている。

※ストランドも

・表面荒れ

・定期的に脈打ちが発生し吐出が一定ではない

・ストランドカット時に明らかに音の変化あり（硬度UP）

触った感じも樹脂と言うよりは、カーボンの塊を樹脂で

繋いでいるようなイメージ

■やってみた感想

・今回のテストで一番感じたことは

　【10％配合を超えると　配合　というよりは　設計　になる】

　5%では素材足しにしただけ。

　10%で調整が必要となる。（スクリュー構成・せん断・分散）

　20%はもうプロセス込みで作る材料

　特にCNF配合の難しい点は、

　・軽すぎる　（供給が難しい）

　・絡む　　　（分散が難しい）

　・効きすぎる（粘度がすぐに上昇）

　この3つが一番の難点と考える。

　ここを攻略する事で高充填も可能と考える。

　スクリュー構成が一番重要