Development of moldable CNT / polyimide composites having high heat-resistance and high strength

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K06610
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 石田 雄一 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)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ナノコンポジット / ポリイミド / カーボンナノチューブ / 耐熱複合材

Outline of Annual Research Achievements

カーボンナノチューブ（CNT）は優れた力学・耐熱特性と大きなアスペクト比を持っていることから、複合材料の強化材として期待されている。特に近年、CNTをシリコン基板上に垂直に生成し、その一端を平行に引き出すことでCNTを一方向に配向させたシートを作成する技術が確立した。この配向CNT/エポキシ複合材は従来のランダムCNT複合材と比較して弾性率および強度が著しく向上している。モールド成形が可能な配向CNT複合材は小型・大量生産が必要なジェットエンジンの圧縮機ブレードなどに適していると考えられるが、エポキシ系では耐熱性が不足しており、ポリイミドのような耐熱性樹脂を母材とする必要がある。本研究では、JAXAで開発した熱硬化性ポリイミドTriA-X、熱可塑性ポリイミドISAS-TPIおよびそのブレンドを母材とする配向CNT複合材を製作し、評価を行った。結果を下記に示す。
（１）レジンフィルムインフュージョン（RFI）方式でポリイミドフィルムと配向CNTシートを交互に積層しモールド成形を行ったが、溶融粘度が高いため含浸不十分で樹脂層とCNT層が分離していた。
（２）配向CNTシートにポリイミド溶液を含浸後、溶媒を乾燥除去したプリプレグを製作し、これを数枚重ねてモールド成形したところ、厚さ約0.02～0.1 mmの配向CNT/ポリイミド複合材を製作することができた。
（３）配向CNT/ポリイミド複合材は樹脂単体に比べ大幅な引張強度・弾性率の向上が見られた。
（４）ガラス転移温度は樹脂単体に比べわずかに上昇した。