高分子の強度

質問

高分子溶液を紡糸して繊維とした場合、
最後に熱延伸することで結晶化が進み強度が上がりますが、
その後でテンションをかけずに加熱すると緩和収縮します。
すると強度が下がるのですが、ここで教えてほしいのは
(1)収縮して強度が下がるのは結晶化度が下がるから？
(2)収縮するのはなぜ？（ゴムの場合-S-が分子間で架橋をなして
分子鎖同士を滑りにくくして、延伸すると無理やり引き伸ばして
エントロピー減少した状態。加熱すると分子運動が激しくなり
復元力が増すとありますが・・。対象の高分子も一部架橋化して
いるかもしれませんが、他に考えられることがあれば）

回答No.1

psa29 · ベストアンサー

収縮して強度が下がるのは、結晶化度が下がるからではなく、延伸して並んでいた結晶の配列や分子鎖の配列が、乱れるからだと思います。
同じ結晶化度のポリマーでも結晶が配列した方が強度は強くなります。
加熱している温度は、融点よりも低く、ガラス転移温度よりも高い温度だと思います。
よって、非晶部分の分子が動いて配列が乱れたりする訳ですが、この時にエントロピーが増加する方向に進んで、収縮します。
伸ばして、セットしていた状況が温度が高まる（ガラス転移温度よりも高くなる）事によって解放されるからです。
結晶の部分が架橋点のように挙動しますので、対象のポリマーが化学架橋されていなくても、このような挙動となります。
ガラス転移温度よりも高い状態で、非晶部分が示す弾性挙動は、エントロピー弾性です。
エントロピー弾性は、基本的に温度の上昇により弾性率が上昇します。

お礼

非常に明快で分かりやすいご回答ありがとうございます。参考になりました。