| 研究課題/領域番号 |
19K04072
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
西田 政弘 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60282828)
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| 研究分担者 |
田川 雅人 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10216806)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 宇宙工学 / 環境 / 衝撃工学 / 材料力学 |
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| 研究実績の概要 |
宇宙機には，エポキシ樹脂/炭素繊維強化複合材が主に使われているが，宇宙環境により強度が低下する可能性がある．本研究では，耐熱性があり，電子線，紫外線に強いポリイミドを用いたポリイミド樹脂/炭素繊維強化複合材の表面に，耐原子状酸素コーティング（シルセスキオキサン誘導体）を施した材料を宇宙環境に強い材料として提案し，宇宙ゴミを模擬した飛翔体を超高速衝突させ，破壊状況およびイジェクタ（噴出物）の発生を詳しく調べる．宇宙環境のうち，電子線および原子状酸素を試験片に照射し，宇宙ゴミを超高速衝突させることで，それら宇宙環境の影響，特にその複合効果およびメカニズムを研究期間の3年間で明らかにする．そして，ポリイミド樹脂/炭素繊維強化複合材および耐原子状酸素コーティングの特性，厚さを変化させ，宇宙環境に強いポリイミド樹脂/炭素繊維強化複合材を提案することを目的としている．
3年間の研究期間の1年目である2019年度は，まず初めに，耐原子状酸素コーティングを施したポリイミド樹脂/炭素繊維強化複合材（擬似等方材）を作製し，その試験片を用いて，宇宙ゴミを模擬した飛翔体の超高速衝突実験を行い，破壊の様子，主に，貫通孔径の周りの様子，イジェクタ（噴出物）の発生，特に基礎特性を明らかにした．コーティング厚さ5 μｍおよび20 μｍの試験片を作製することで，その影響も調べた．さらに，耐原子状酸素コーティングを施したポリイミド樹脂/炭素繊維強化複合材に電子線および原子状酸素を照射し，その試験片を用いた超高速衝突実験を行うことで，貫通孔径の周りの様子，イジェクタ（噴出物）の発生を調べた．宇宙環境に強い材料を提案するためのデータを収集している．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
3年間の研究期間の1年目である2019年度は，耐熱性があり，電子線，紫外線に強いポリイミド樹脂/炭素繊維強化複合材（ポリイミドCFRP）の擬似等方性積層板（8 ply, 厚さ1mm，縦75 mm×横150 mm）をJAXA提供のプリプレグから作製し，耐原子状酸素コーティングとして，有機－無機ハイブリッド材料であり，耐原子状酸素性が認められている「シルセスキオキサン誘導体」（SQシリーズ，東亞合成株式会社）の標準グレードを用いて，厚さ 5 μｍおよび20 μｍの試験片を作成した．厚さの異なるコーティングを作製するため，条件について試行錯誤した．また，耐原子状酸素コーティングを施したポリイミド樹脂/炭素繊維強化複合材に電子線を照射すると接着不具合が一部観察されたため，作製条件を工夫した．宇宙環境として，電子線の照射は高崎量子応用研究所（１号加速器）で照射線量30 MGy（照射線量率2 kGy/s），原子状酸素の照射は神戸大学（研究分担者）で1.00E+20 AO/cm2の照射を行った試験片を準備した．衝突実験は，JAXA宇宙科学研究所の二段式軽ガスガンを用いて行い，衝突実験後の試験片に対して，破壊状況およびイジェクタ（噴出物）の発生を詳しく調べている．
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| 今後の研究の推進方策 |
衝突実験による試験片からのイジェクタ発生の解析には，ISO 11227に基づき，ターゲットの 前面に設置された検証板に衝突したイジェクタの圧痕および本研究室で提案して椅子手法（直接法）：実験チャンバーから回収されたイジェクタのサイズ分布を解析する方法により詳しく調べる．さらに，高速度カメラの画像，試験片の観察や，超音波およびＸ線ＣＴによる内部探傷の結果から，宇宙環境の複合効果を明らかにする．メカニズムを考察することにより，ポリイミドCFRPの特性および耐原子状酸素コーティングの特性や膜厚を変化させた試験片を用いて，超高速衝突時にイジェクタ発生が少なくなるような特性，膜厚の組み合わせおよび条件を明らかにする．３年間の研究期間の最後には，宇宙環境に強い耐原子状酸素コーティングを施したポリイミド樹脂/炭素繊維強化複合材を提案することを目的として，研究を進める．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
3月に実験ができなかったため，その消耗品で使用．
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