2021 Fiscal Year Annual Research Report
真空紫外光照射がポリイミドの接着強さに及ぼす表面改質効果の物理化学的要件の解明
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19K04851
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 接着・接合 / ポリイミド / 表面改質 / 真空紫外光 / 耐熱性高分子 / 炭素繊維複合材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
接着性が低いと予想されるポリイミド系耐熱 CFRP（CF/PI）への真空紫外光照射処理が熱可塑性ポリイミド（TPI）フィルム接着剤の接着強度に与える影響について、高温での圧縮せん断強度試験による強度評価を行った。代表的な照射条件は、照射時間4分、照射距離（ランプ－ステージ間）10 mm、酸素濃度0.2±0.1 %とした。被着体サイズはL12 x W10 mm、接着長さは7 mmとし、固定治具を用いて恒温炉で加熱しながら接着させた。その結果、真空紫外光照射での改質により、圧縮せん断接着強度が150℃で約1.8倍（平均9.2 MPa→16.8 MPa）、200℃でも約1.8倍（平均10.5 MPa→18.5 MPa）向上した。
上記で使用したTPIフィルムのガラス転移温度は230℃程度であるため、より高い温度での接着強度向上を目指して、CF/PIの母材と同じ熱硬化性ポリイミド（ガラス転移温度約360℃）を含浸させた薄層テーププリプレグを接着シートとして、同様に接着試験ならびに圧縮せん断試験を行った。その結果、強度のばらつきが大きいものの、250℃の高温でも強度を維持していることが確認された。ただし、接着層として使用した薄層テーププリプレグの樹脂含有率などの品質が均一でなく、接着面積が10 x 7 mmと小さいことがばらつきの原因になったと思われる。
XPS表面分析により、CF/PI表面の紫外光照射時間に対する元素量割合を調べたところ、O1Sの割合増加（酸化）は照射10秒で終了、F1Sの割合低下（コンタミの洗浄）は30秒程度でほぼ完了しており、短時間で酸化・洗浄できることがわかった。
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