ナノ微粒子複合化による宇宙用高分子膜材の耐紫外線性・靭性の向上法

纳米粒子复合材料提高航天用聚合物膜材料的抗紫外线性能和韧性的方法

基本信息

批准号：
19656027
负责人：
中村孝
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19656027/
关键词：
機械材料・材料力学ナノ材料複合材料・物性紫外線 PEEK

项目摘要

本研究の目的は,熱可塑性耐熱高分子PEEKに紫外線遮断性能を有する金属酸化物ナノ微粒子を分散させることで,耐紫外線性・靭性を兼ね備えた宇宙用複合膜材の開発指針を得ることにある.本研究では添加する金属酸化物として酸化チタンと酸化亜鉛の2種類を選択し,種々の条件(金属酸化物の材質,粒子径,粒子濃度,成形圧力,成形温度等)で複合材の試作を試みた.平成19年度の研究により,金属酸化物微粒子の濃度が増加するにつれ,マイクロバブルが基地に残存し硬さを低下させることがわかった.このため,PEEKと金属酸化物の複合粉末を溶融させながら任意の圧力で成形する圧縮成形機を新たに開発し,複合膜材の製作に適用した.その結果,本研究で選択したいかなる条件下においてもマイクロバブルが発生しないこと,金属酸化物粒子の濃度を上昇させることにより硬さを増加できること等が明らかとなった.一方,紫外線照射前後の材料表面の色差を利用することで,耐紫外線性を簡易に評価する新たな手法を開発し,本試作材の評価に適用した.試作した複合膜材に,異なる量の紫外線を照射した後,EPMA分析,SEM観察,硬さ試験,色差測定を行うことで,耐紫外線性・機械特性を向上させる条件を調べた.これらの評価を総合すると,金属酸化物微粒子としては,酸化亜鉛より酸化チタンを選択した方が複合材としての耐紫外線性が高くなること,種々の製造条件のうち,平均粒径270nmの酸化チタンを濃度20%で分散させた場合に,耐紫外線性・機械特性が最も向上すること等が明らかとなった.

这项研究的目的是获得开发空间复合膜材料的准则，这些材料通过将金属氧化物纳米颗粒与紫外线阻滞性能在热塑性热耐热聚合物PEEK中的性能中分散，从而结合紫外线耐药性和韧性。在这项研究中，选择了两种要添加的金属氧化物，即氧化钛和氧化锌，并在各种条件下用复合材料（金属氧化物材料，颗粒直径，颗粒浓度，成型压力，成型温度等）实验。 2007年的一项研究发现，随着金属氧化物细颗粒的增加，微泡保留在底座上，并降低了硬度。因此，开发了一台新的压缩成型机，以在融化时在任何压力下形成窥视和金属氧化物的复合粉末，并将其应用于复合膜材料的生产。结果，微泡不受本研究中选择的任何条件的影响。已经揭示了没有生成气泡，并且可以通过增加金属氧化物颗粒的浓度来增加硬度。另一方面，开发了一种新方法，可以通过利用紫外线照射之前和之后的材料表面之间的色差来轻松评估紫外线耐药性，并应用于对该原型材料的评估。通过EPMA分析，SEM观察，硬度测试和色差测量测量，检查了具有不同量UV射线的原型复合膜材料后，改善了紫外线电阻和机械性能的条件。通过结合这些评估，已经表明，当氧化钛而不是氧化锌作为金属氧化物细颗粒选择，并且当平均颗粒直径为270 nm的钛氧化钛在各种生产条件下以20％的浓度分散时，UV耐药性和机械性能是最大的。