コンタミネーションコントロールのための宇宙用高分子材料の表面エネルギー制御

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350511
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 田川 雅人 神戸大学, 工学部・機械工学科, 助教授 (10216806)
• 研究分担者: 後藤 景子 京都教育大学, 教育学部, 教授 (30243356) ; 大前 伸夫 神戸大学, 工学部, 教授 (60029345) ; 横田 久美子 神戸大学, 工学部, 教務職員(教育職) (20252794) ; 田川 由美子 聖母女学院短期大学, 生活科学科, 講師 (40207808)
• キーワード: 宇宙環境 / 低地球軌道 / 原子状酸素 / コンタミネーション / 表面自由エネルギー / 接触角 / ポリイミド

研究概要

本研究では、(1)宇宙環境要因による各種高分子材料の表面/バルク特性の変化を観測する、(2)コンタミネーション付着の模擬実験を行い、その結果を宇宙サンプルと比較する事により、宇宙環境の主要な要因である原子状酸素/紫外線/X線等がコンタミネーション付着に与える影響を評価する、(3)材料の表面自由エネルギーをアクティブ制御することによりコンタミネーションの低減を図る新しい表面改質手法を開発する、の3点について研究を行い、コンタミネーション問題解決のための基礎的な知見を得ることを目的とするものである。平成15年度には、宇宙環境下においてコンタミネーションが付着する高分子表面の状態を明らかにするため、研究室現有の原子状酸素発生装置により低軌道宇宙環境を模擬した原子状酸素照射を行い、その性状変化について明らかにした。その結果、原子状酸素を照射されたポリイミド表面には酸素が物理・化学吸着しており、カルボニル基、カルボキシル基等の表面官能基の導入が確認された。さらに、本申請で平成14年度に試作した接触角測定装置により原子状酸素を照射したポリイミドの接触角を測定した結果、前進接触角は76゜から60゜にまで低下しており、ポリイミド表面が官能基の導入により親水化し、よりコンタミネーションが付着し易い状態になっていることが明らかになった。宇宙環境下でのこの様な高分子表面の性状変化はこれまで全く認識されておらず、本研究で初めて明らかになった事実である。また、本年度はポリイミド表面のフッ素化によるコンタミネーション低減化に関する実証実験を行うための原子ビーム装置系の改良もおこない、最終年度に行う予定の高分子表面フッ素化実験に向けての準備を整えた。

研究成果

• [文献書誌] 田川雅人: "レーザーデトネーション誘起超音速原子ビームを用いた低損傷表面改質技術"平成14年度学術研究支援事業 研究成果報告書. 75-79 (2003)
• [文献書誌] Tagawa, M.: "Wear-life of the molybdenum disulfide sputtered film under hyperthermal atomic oxygen bombardment : in-situ wear-life evaluations"Proceedings of the 10th European Space Mechanism and Tribology Conference. ESA SP-524. 311-314 (2003)
• [文献書誌] Yokota, K.: "A quantitative study in synergistic effects of atomic oxygen and ultraviolet regarding polymer erosion in LEO space environment"Proceedings of the 9th International Symposium on Materials in a Space. ESA SP-540. 265-272 (2003)
• [文献書誌] Tagawa M.: "Application of quartz crystal microbalance for polymer degradation studies regarding atomic oxygen activities in low earth orbit"Proceedings of the 9th International Symposium on Materials in a Space. ESA SP-540. 247-252 (2003)
• [文献書誌] Yokota K.: "Temperature dependence in erosion rates of polyimide under hyperthermal atomic oxygen exposures"Journal of Spacecraft and Rockets. Vol.40,No.1. 143-144 (2003)
• [文献書誌] Gotoh K.: "Wettability of ultraviolet excimer-exposed PE, PI and PTFE films determined by the contact angle measurements"Colloids and Surfaces A : Physicochem.Eng.Aspects. Vol.224. 165-173 (2003)
• [文献書誌] Tagawa M.: "Polyimides and Other High Temperature Polymers : Synthesis, Characterization and Appiications"VSP. 532 (2003)