2023 Fiscal Year Annual Research Report
局所的熱イミド化反応を用いた新規PI/CNT複合材3D積層造形プロセスの創出
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22K14161
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
藤井 達也 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教 (10780489)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ポリイミド / カーボンナノチューブ / 複合材料 / 熱イミド化 / 積層造形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超高濃度かつ良分散状態のカーボンナノチューブ（CNT）複合ポリイミド（PI）材の低コスト3D積層造形プロセスを開発するため、大別して2つの実験を行った。それぞれについて実績の概要を示す。
(1) PI/CNT複合材の単層造形と造形体の評価
ポリアミック酸（PAA）被覆CNT粉末と局所的熱イミド化反応を利用し、PI/CNT複合材の単層造形を行った。PAA被覆CNT粉末を金型に充填し、プレス機を用いて加圧した。加圧した粉末に対してレーザー（波長450nm）を照射し、焼結体を含む粉末を取り出した後、純水中で超音波洗浄することでPI/CNT複合造形体を得ることに成功した。造形体の熱影響域は、粉末充填量に影響せず、レーザー出力の増加により急激に増加した。破壊強度は、粉末充填量ならびにレーザー出力の増加により向上した。FT-IR分析の結果、レーザー出力320mW以上においてイミド化率100%を示した。
(2) PI/CNT複合材の積層造形
PAA被覆CNT粉末の充填とレーザー照射による焼結を繰り返すことで、PI/CNT複合材の積層造形を行った。厚さ方向の熱伝導により焼結体の層間を化学反応させるため、粉末充填時の層厚を薄くした。さらに、レーザー照射後の焼結体表面のイミド化を抑制するため、レーザー出力を下げ、レーザー照射回数を変更して積層造形を行った。結果、レーザー照射回数の増加により粉末のイミド化が進行し、反応ガスの発生による造形体の破損が見られた。超音波洗浄後の造形体は、照射回数によらず積層界面で剥離した。これは、レーザー照射後の焼結体表面においてイミド化が完了し、新たに充填した粉末と熱イミド化反応が起こらなかったためと考えられる。したがって、熱イミド化反応による積層造形を行うためには、さらなる造形条件の検討が必要である。
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