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Study on the surface modification effect of vacuum ultraviolet light irradiation on the adhesive strength of polyimide

Research Project

Project/Area Number 19K04851
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
Research InstitutionJapan Aerospace EXploration Agency

Principal Investigator

Ishida Yuichi  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (20371114)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小笠原 俊夫  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20344244)
川崎 翔大  金沢工業大学, 革新複合材料研究開発センター, 研究員 (40825949)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords接着 / ポリイミド / 表面改質 / 炭素繊維複合材料 / 耐熱性高分子 / 真空紫外光 / 接着・接合 / 表面
Outline of Research at the Start

ポリイミドは優れた化学的安定性、耐宇宙環境性、耐熱性を有する一方、ポリイミドの接着は困難であり、種々の航空宇宙システムにおける構造設計上での大きな制約となっている。本研究では、ポリイミドの接着強度向上に要求される樹脂表面の物理化学的要件を明らかにすることを目的として、キセノンエキシマランプから放射される真空紫外光をポリイミド樹脂に照射することで得られる①分子の解離およびダングリングボンドの効果、②活性酸素種による表面酸化効果等を評価・解析する。系統的な真空紫外光の照射実験と表面の分析、接着継手の力学的・材料科学的な評価解析を実施することで、接着強さに及ぼす表面改質効果の予測モデルを構築する。

Outline of Final Research Achievements

The effect of vacuum ultraviolet light irradiation treatment on polyimide-based heat-resistant CFRP (CF/PI) on the adhesive strength of the thermoplastic polyimide (TPI) film adhesive was evaluated by a compression shear strength test. Due to the modification by vacuum ultraviolet light irradiation, the compression shear adhesion strength at room temperature is more than doubled (average 10 MPa → 26 MPa), and even at high temperature (150 °C, 200 °C) is improved by 1.6 times or more (high temperature strengths were 15 MPa or more).
Surface analysis using XPS showed that amides, carbonyls, and hydroxyl groups were increased in the case of CF/PI, and TPI film increased amide bonds were increased in the case of TPI film by irradiation with vacuum ultraviolet light. It was suggested that the increase in highly polar bonds contributed to the improvement of adhesive strength.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ポリイミドは優れた化学的安定性、耐宇宙環境性、耐熱性を有するため、人工衛星、ロケット、航空機などの航空宇宙システムで多岐にわたって使用されている。一方で、優れた耐熱性・化学的安定性であるがゆえに、ポリイミドの接着は相当に困難であり、種々の航空宇宙システムにおける構造設計上での大きな制約となっている。そこで本研究では、ポリイミド/炭素繊維複合材料または接着フィルム(熱可塑性ポリイミド)の表面に真空下で紫外線を照射して表面を改質することで接着強度向上を図り、接着強度向上に資する樹脂表面の物理化学的要件を明らかにした。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] 熱可塑性ポリイミドを介した炭素繊維ポリイミド複合材料の熱融着強度に及ぼす真空紫外光照射の影響2020

    • Author(s)
      川崎翔大、山﨑誠仁、小笠原俊夫、石田雄一
    • Journal Title

      日本複合材料学会誌

      Volume: 46 (4) Pages: 143-149

    • NAID

      130008068245

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 真空紫外光照射がポリイミド複合材料の高温接着強度に与える影響とその表面分析2021

    • Author(s)
      川崎翔大、山﨑誠仁、小笠原俊夫、石田雄一
    • Organizer
      第46回複合材料シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ポリイミド系耐熱CFRPの高温接着強度に及ぼす真空紫外光照射の影響2021

    • Author(s)
      山﨑誠仁、川崎翔大、小笠原俊夫、石田雄一
    • Organizer
      第12回日本複合材料会議(JCCM-12)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 真空紫外光による表面改質を施した炭素繊維強化ポリイミド複合材料の表面改質効果の検証2020

    • Author(s)
      川崎翔大、小笠原俊夫、石田雄一
    • Organizer
      第45回複合材料シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 炭素繊維強化樹脂の接着強度に及ぼす窒素雰囲気下における真空紫外光照射の効果2020

    • Author(s)
      川崎翔大、石田雄一、小笠原俊夫
    • Organizer
      第11回日本複合材料会議(JCCM-11)
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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