2021 Fiscal Year Final Research Report

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

Research Project

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Project/Area Number	19K04851
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
Research Institution	Japan 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
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
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.
Free Research Field	高分子化学、耐熱性高分子、複合材料、航空宇宙工学
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。