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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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、 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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）
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。
目的
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 ]1 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2 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、3 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4 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）5 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
Biphenyltetracarboxylicdianhydride(BPDA)
OO
O
O
O
O
OH2N NH2＋
n
ONN
O
O
O
O
n
COOHHNCC
NHHOOC
OO
O
4,4´-diaminophenylether(ODA)
PI(BPDA/ODA ) [R ｎ ]
BPDA type PISample
-2nH2O
Sample(BPDA/PDA)
OO
O
O
O
O
NH2H2N＋
CC
COOHHOOC
O
NH
O
NH
n
n
NN
O
O
O
O
p-diaminobenzene(PDA)
PI(s-BPDA/PDA ) [S]
BPDA type PISample
-2nH2O
Biphenyltetracarboxylicdianhydride(BPDA)
Pyromellitic dianhydride(PMDA)
PI(PMDA/ODA )
n
NN
O
O
O
O
O
OO
O
O
O
O
＋ OH2N NH2
n
COOHHNCC
NHHOOC
OO
O
4,4‘-diaminophenylether(ODA)
Kapton type [K] ,APICAL type[A]
PMDA type PISample
-2nH2O
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。
ガン
フィラメント
ターミナル
真空チャンパー 電子線加速部
真空排気部
直流高圧電源部 －
＋
搬送部窓
X線遮蔽部
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。
EB 照射装置の外観
（岩崎電気（株）製 CB250/15/180 ）
EB 照射装置の概略図
LinkPrev.
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）
Electron Beam
Electron Beam
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 ray
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 ）
Indoor exposure Outdoor exposure
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２０ MeV 以上の荷電粒子（おもに μ 粒子と電子）の数1.11×101.11×10 8 8[[ 個個 /m/m22]] 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
Indoorexposure
Outdoor exposure
Original
L*
+W
hit
e-B
lack
0
20
40
60
80
100
120
140
BPDA/ODA(Rn)BPDA/PDA(S)
PMDA/ODA(K)PMDA/ODA(A)
Original Indoorexposure
Outdoor exposure
a*+
Red
-Gre
en
-200
-150
-100
-50
0
50
BPDA/ODA(Rn)BPDA/PDA(S)
PMDA/ODA(K)PMDA/ODA(A)
Color difference①
Original Indoorexposure
Outdoor exposure
b*+
Yel
low
-Blu
e
0
20
40
60
80
100
120
140
BPDA/ODA(Rn)BPDA/PDA(S)
PMDA/ODA(K)PMDA/ODA(A)
ΔE
Original Indoorexposure
Outdoor exposure
0
5
10
15
20
BPDA/ODA(Rn)BPDA/PDA(S)
PMDA/ODA(K)PMDA/ODA(A)
Color difference①
0
100
200
300
400
500
0 1000 2000 3000 4000
Max-Stress (Width)
UPILEX-RnUPILEX-S
KaptonAPICAL
Str
ess[
N/m
m2 ]
The amount of Electron beam dose[KGy]
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1000 2000 3000 4000
Break-Strain (Width)
UPILEX-RnUPILEX-S
KaptonAPICAL
Str
ain
(%)
The amount of Electron Beam irradiation[KGy]
Tensile properties②
FT-IR absorbance spectra(BPDA/PDA)
％ R
Original
EB4000KGy
Indoor exposure
Outdoor exposure
10004000 650Wavenumber[cm-1]
20003000
PI(BPDA/PDA)[S]
Fig.9 FT-IR absorbance spectra of PI(s-BPDA/PDA) in the 650-4000cm-1 region.
15131352
1692C N
C OFT-IR spectra③
ピーク (cm-1) 帰属
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
IR③
1000 6503000 20004000Wavenumber[cm-1]
APICAL EB 劣化顕微ＩＲ（ＡＴＲ法）
Original
EB1000KGy
EB2000KGy
EB4000KGy
％ R
APICAL-EB線
IR③
ピーク (cm-1) 帰属
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
1000 6503000 20004000Wavenumber[cm-1]
Outdoor exposure
Indoor exposureOriginal
APICAL 屋外（宇宙線、紫外線） 屋内暴露（宇宙線）顕微ＩＲ（ＡＴＲ法）
％ R
Wavelength[nm]
abs
RN
0
1
2
3
4
5
200 400 600 800
BeforeEB4000KGyIndoorOutdoor
UV-VIS spectra of PI④
abs
K
Wavelength[nm]
0
1
2
3
4
5
200 400 600 800
EB4000KGyBeforeIndoorOutdoor
UV-VIS spectra of PI④
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
Conclusion