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、 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。

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　

[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

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

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

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

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

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

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

Cosmic rays Cosmic ray (tokyo univ)

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

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

Tensile properties② Tensile test(Width)

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.

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]

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]

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

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

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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