伸びやすさが異なるポリエチレンフィルムの構造評価

結晶性ポリマーの伸びやすさ（物性差）に影響する因子として、結晶性の違いや変化があげられます。今回は延伸時の伸びやすさが異なる2種類のポリエチレン（PE）フィルムについて、延伸前後で広角X線散乱法（WAXS）や小角X線散乱法（SAXS）測定、TEM観察などを行い、結晶性の変化と伸びやすさの関係を調べた事例を紹介します。

ポリエチレンフィルムの結晶構造調査

フィルムA（伸びにくい）とフィルムB（伸びやすい）のWAXS、SAXS測定の結果を図1と表1に示します。フィルムA、Bともに、延伸により結晶化度と結晶子サイズが低下しており、結晶構造が崩れていることがわかります。また、フィルムAは延伸後に長周期構造が長くなっており、さらに、フィルムBでは長周期構造が観測されませんでした。このことから、伸びやすいフィルムBの方が、結晶構造がより崩れやすく、長周期の結晶構造が確認できなくなったと考えられます。

次に、断面TEM観察の結果を図2に示します。いずれのフィルムも、延伸前では一方向にラメラ構造が多数認められましたが、延伸後ではラメラの存在頻度が減少していることがわかりました。また、延伸後のフィルムBでは、ラメラ構造の方向に規則性がなくなっており、長周期構造が認められなかったSAXSの結果と良い相関が認められました。
なお、走査プローブ顕微鏡（SPM）にて非晶部分の弾性率を比較したところ、フィルムAに比べてフィルムBの弾性率が低いことが確認できました。以上のことから、フィルムBは非晶部分がやわらかいため延伸時に結晶構造が崩れやすく、結果として伸びやすいと推察されました。