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ポリイミドフィルムの宇宙線に対する 耐性の研究

ポリイミドフィルムの宇宙線に対する 耐性の研究.    神奈川大学 大石富士夫、立山暢人    東大宇宙線研究所 瀧田正人 2003 年 7 月 13 日~ (乗鞍宇宙線観測所・屋内・屋外借用). Purpose. 目的. 構造、製造工程の異なる 4 種類のポリイミドフィルムにおいて、 乗鞍宇宙線観測所の屋外および屋内での宇宙線暴露、 電子線照射装置を用いた EB 照射を行う。 劣化に伴う構造・物理変化や強度変化を解析する。 すでに航空・宇宙環境で一部使用されている PMDA 系 PI ( Kapton )と二種類の BPDA 系 PI との比較を行い、

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ポリイミドフィルムの宇宙線に対する 耐性の研究

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  1. ポリイミドフィルムの宇宙線に対する 耐性の研究    神奈川大学 大石富士夫、立山暢人    東大宇宙線研究所 瀧田正人 2003年7月13日~ (乗鞍宇宙線観測所・屋内・屋外借用)

  2. Purpose 目的 構造、製造工程の異なる4種類のポリイミドフィルムにおいて、 乗鞍宇宙線観測所の屋外および屋内での宇宙線暴露、 電子線照射装置を用いたEB照射を行う。 劣化に伴う構造・物理変化や強度変化を解析する。 すでに航空・宇宙環境で一部使用されている PMDA系PI(Kapton)と二種類のBPDA系PIとの比較を行い、 BPDA系PIの航空・宇宙環境での使用の可能性を探ることを 目的とする。

  3. 方法 ○ 環境 EB照射、乗鞍屋内暴露、乗鞍屋外暴露、熱水浸漬(40h)、   水蒸気暴露(40h) ○ 表面変化   色差測定(L*a*b*)①、光沢度測定(鏡面反射)、 VMS(ビデオマイクロスコープ・表面観察)、UV-VIS④ ○ 構造物理変化   引張強度試験②、   顕微鏡IR(赤外吸収スペクトル、ATR法)③ 

  4. [ポリイミドの特徴] •  熱可塑性、高温流動性、成形加工性、耐加水分解性に優れている •  耐熱性(熱分解開始温度~500℃) • 微細回路を持つベースフィルム、自動車・航空機エンジン廻り部品、電子電気部品、 •  電気絶縁性(誘電率3.2~3.4、高い絶縁破壊電圧、絶縁欠陥少) •  電線、エナメル線、積層板、塗料、電子材料(保護膜、絶縁膜、レジスト等) •    フレキシブルプリント基板[OA機器,カメラ用]、電線被覆材等 •    半導体の応力緩和用(バッファーコート膜)、表面保護用 •  耐薬品性(有機溶剤に不溶、酸・アルカリの化学薬品に対し耐性、寸法変化率小) •  耐放射線性(のCo-60γ線4,000Mradで強度、伸度が50%) •   ヒンジレス伸展マスト • 半導体関連材料、自動車関連材料(複写機の軸受けや自動車のタイヤホイール)、液晶表示装置、ジェットエンジンカバー、スペース・シャトル、航空機構造体 など

  5. Sample BPDA type PI Sample(BPDA/ODA) + Biphenyltetracarboxylic dianhydride(BPDA) 4,4´-diaminophenylether(ODA) -2nH2O PI(BPDA/ODA ) [Rn]

  6. Sample(BPDA/PDA) Sample BPDA type PI + Biphenyltetracarboxylic dianhydride(BPDA) p-diaminobenzene(PDA) -2nH2O PI(s-BPDA/PDA ) [S]

  7. Sample PMDA type PI Sample(PMDA type) + Pyromellitic dianhydride(PMDA) 4,4‘-diaminophenylether(ODA) -2nH2O PI(PMDA/ODA ) Kapton type [K] ,APICAL type[A]

  8. Electron Beam EB エレクトロンビーム(EB)は、高速の電子線である。 主に被照射物質の表面で作用する。 EBの高分子製品への利用例   ・滅菌処                                               ・照射架橋による表面改質 (ビニルテープ、電線の被覆材料等の耐熱温度・強度の向など)                                                  ・高分子製品へ塗布した塗料等の硬化(インキの高速乾燥、アクリル系塗料の塗布による光沢加工紙の製造、帯電防止材塗布による帯電防止フィルムの製造など) EB照射装置の概略図 EB照射装置の外観 (岩崎電気(株)製 CB250/15/180) フィラメントを加熱して熱電子を放出させ、フィラメント-窓(陽極)間に高電圧をかけてその電子を加速させることによってEBを発生させる。 Prev. Link

  9. Electron Beam EB EB照射装置の設定条件 使用装置 :電子線照射装置CB250/10/180L(岩崎電気製) 加速電圧 :150KV 電流値 :7.16mA ドレン電流 :0.1mA 搬送速度 :5m/min 往復照射 K値 :17.7 照射回数 :4、8、16 time 酸素濃度 :300ppm以下 照射線量 :1000、2000、4000KGy 照射面 :両面 照射量(1回):250KGy

  10. Cosmic rays 乗鞍宇宙線観測所で暴露を行った。 地理的位置:北緯36度6分、東経173度33分 標高:2770m(平均気圧720hPa) Cosmic ray Indoor exposure Outdoorexposure 観測された宇宙線の総量(暴露期間2003年7月13日~9月24日) 天頂角30度以内に入射した20MeV以上の荷電粒子(おもにμ粒子と電子)の数 1.11×10 8[個/m2] 中性子の数 1.50×108[個/m2] ( 0.15×5E-1cos3[1/cm2・min・sr・MeV]20<E<100MeV) 15×5 E-2cos3[1/cm2・min・sr ・ MeV]E>100MeV M.Sato,1995,Nagoya-U

  11. Cosmic rays Cosmic ray (tokyo univ)

  12. Color difference① L* +White -Black Original Color difference2 a* +Red -Green Outdoor exposure Indoor exposure Indoor exposure Outdoor exposure Original

  13. Color difference① Outdoor exposure Indoor exposure Original Color difference3 b* ΔE +Yellow -Blue Outdoor exposure Indoor exposure Original

  14. Tensile properties② Tensile test(Width)

  15. FT-IR spectra③ C O 1692 1513 1352 C N FT-IR absorbance spectra(BPDA/PDA) PI(BPDA/PDA) [S] %R Outdoorexposure Indoorexposure EB4000KGy Original 4000 3000 2000 1000 650 Wavenumber[cm-1] Fig.9 FT-IR absorbance spectra of PI(s-BPDA/PDA) in the 650-4000cm-1 region.

  16. FT-IR(A) ピーク(cm-1) 帰属 IR③ 1708.14 イミド環のC=O伸縮振動 1495.04 ベンゼン環の骨格振動 1368.25 ベンゼン環と第三級アミンのC-N伸縮振動 1234.22 =C-O-C=逆対称伸縮振動 1084.76 ベ ン ゼ ン 環 と 第 三 級 ア ミ ン の C - N 変 角 振 動 808.03 P-二置換基を有するベンゼン環のC-H面外変角振動 APICAL EB劣化 顕微IR(ATR法) %R EB4000KGy EB2000KGy EB1000KGy Original 4000 2000 1000 650 3000 Wavenumber[cm-1]

  17. APICAL-EB線 ピーク(cm-1) 帰属 IR③ 1708.14 イミド環のC=O伸縮振動 1495.04 ベンゼン環の骨格振動 1368.25 ベンゼン環と第三級アミンのC-N伸縮振動 1234.22 =C-O-C=逆対称伸縮振動 1084.76 ベ ン ゼ ン 環 と 第 三 級 ア ミ ン の C - N 変 角 振 動 808.03 P-二置換基を有するベンゼン環のC-H面外変角振動 APICAL 屋外(宇宙線、紫外線) 屋内暴露(宇宙線)顕微IR(ATR法) FT-IR(A) %R Outdoorexposure Indoorexposure Original 4000 2000 1000 650 3000 Wavenumber[cm-1]

  18. UV-VIS spectra of PI④ UV-VIS(Rn) RN abs Wavelength[nm]

  19. UV-VIS spectra of PI④ UV-VIS(K) K abs Wavelength[nm]

  20. Conclusion Conclusion 1)宇宙線による変化 2ヶ月の暴露では、BPDA/ODA [Rn]は引張強度および伸びの減少がほとんど見 られなかった。  屋内で暴露した場合と、宇宙線、紫外線、水分等の影響が考えられる屋外で暴露した場合を比較すると、外観変化に違いはあるが、強度や構造に違いは見られない。 2)EB照射 EB4000KGy照射までは、 BPDA/ODA[Rn]とPMDA/ODA[K]は引張強度および伸びの減少がほとんどない。 したがってEB用に使用できる可能性が確認された。 3)1年暴露の資料について、現在解析中

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