| 研究課題/領域番号 |
19K04851
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 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 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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。
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| 研究成果の概要 |
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、圧縮せん断強度試験による強度評価を行ったところ、真空紫外光照射での改質により、室温での圧縮せん断接着強度が2倍以上（平均10 MPa→26 MPa）、高温（150℃、200℃）でも1.6倍以上向上した（高温強度15 MPa以上）。XPSによる表面分析を行ったところ、真空紫外光を照射することにより、CF/PIではアミド、カルボニル、水酸基の増加、TPIフィルムではアミド結合の増加がみられ、極性の高い結合の増加が接着強度の向上に寄与していることが示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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