繊維の力学物性

細くて長い繊維は軽くて強く、しかもしなやかに曲がる

引張に対して強い一方でしなやかに曲がるという繊維独特の力学物性は、長くて細い形態異方性と、繊維軸方向にそって分子が並ぶ構造異方性に由来する。例えば、ほぼ同一の化学組成と構造を持つ人毛・羊毛・カシミアがこの順で柔らかく感じるのは、この順で繊維が細くなり、曲げモーメントが減少するためである。ガラスでさえ、直径が10 µmを下回れば“グラスウール”のように綿状になる。だからと言ってグラスウールで下着を作ることはお勧めできない。ガラスが肌に突き刺さり、たいへんなことになる。一般的な繊維でも、引張に対してはガラスより強いが、しなやかに曲がるため、肌に突き刺さることは無い。これは上記の「構造異方性」のためである。

繊維には、綿や麻、絹のような天然繊維と、ポリエステルやナイロンをはじめとする化学繊維がある。金属繊維や無機繊維なども有るが、多くは炭素—炭素の共有結合が線状に連なった高分子（分子鎖）から構成されている。炭素—炭素の共有結合は最も強い化学結合であり、分子鎖軸方向への強度・弾性率はたいへん大きい。例えば現在もっとも多く生産されているポリエステル（PET）繊維の分子鎖軸方向への弾性率は125 GPa、強度はダイヤモンドとほぼ同じ28 GPaに達し、宇宙エレベータ^（1）を十分実現できる。一方で分子鎖軸方向以外への結合力は桁違いに弱いため、分子鎖を一方向に引き揃えることで、繊維軸に平行な方向と垂直な方向の物性に大きな異方性を生じる。

分子を揃える

連続的に引き伸ばすことで分子鎖の向きを揃える