A Study of the Radiation Damage to Polyimide film ポリイミドフィルムの宇宙線に対する 耐性の研究 A Study of the Radiation Damage to Polyimide film 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） 　査定金額　0

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（25 μm） BPDA系PI[UPILEX-Rn,-S],PMDA系PI(Kapton),[APICAL] 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。 航空・宇宙環境で一部使用されている 二種類のBPDA系PIとの比較を行い、 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。 Purpose

方法 ○　環境 　　EB照射、乗鞍屋内暴露、乗鞍屋外暴露、熱水浸漬、水蒸気暴露(40h） ○　表面変化 　　色差測定（L*a*b*）、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-VIS ○　構造物理変化 　　引張強度試験、 　　顕微鏡IR（赤外吸収スペクトル、ATR法）　

[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

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

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

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

Kapton type [K] ,APICAL type[A] PI(BPDA/ODA ) [Rｎ] PI(s-BPDA/PDA ) [S] PI(PMDA/ODA ) Kapton type [K] ,APICAL type[A]

PIフィルム 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

PIフィルム PI発泡体 Indoor exposure

Video1 　　 BPDA系PI[Rn]

Video2 　　BPDA系PI[s]

ビデオマイクロスコープ（VMS）による表面観察 １ 　　PI(BPDA/ODA) [Rn] Indoor exposure 　　　 Indoor exposure 　　　　　　　 Indoor exposure 　　(2.5month) 　　　 (12month) 　　　　　　　　　 (24month) 　　　 Outdoor exposure 　　　 Outdoor exposure 　　 　 Outdoor exposure 　　　　　(2.5month) 　　　　 (12month) 　　　　　　　 (24month)

ビデオマイクロスコープ（VMS）による表面観察 2 PI(BPDA/PDA) [S] Indoor exposure Indoor exposure 　 Indoor exposure 　　　(2.5month) (12month) (24month) Outdoor exposure　　　　　 Outdoor exposure　　　　　　 Outdoor exposure 　 　(2.5month)　　　　　　　　　　　 (12month) 　　　　　　　　　 (24month)

ビデオマイクロスコープ（VMS）による表面観察 3 PI(PMDA/ODA) [K] Indoor exposure Indoor exposure Indoor exposure 　 (2.5month) (12month) (24month) Outdoor exposure Outdoor exposure Outdoor exposure 　 　(2.5month) (12month) (24month)

ビデオマイクロスコープ（VMS）による表面観察4 PI(PMDA/ODA) [A] ～Fig.ⅳ.7示す。 Indoor exposure Indoor exposure　　 Indoor exposure 　　(2.5month) (12month) (24month) Outdoor exposure Outdoor exposure　 Outdoor exposure 　　(2.5month) (12month) (24month)

引張強度試験

伸び率変化

ベンゼン環と第三級アミンのＣ－Ｎ伸縮振動 赤外線吸収スペクトル　 PI(BPDA/ODA) [RN]の未劣化試料から暴露2年試料までの顕微FT-IRスペクトル 4資料ではIR スペクトルでは 変化見られず 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

X線回折 1 X-ray diffraction pattern of BPDA/ODA [Rn] with 　indoor exposure. X-ray diffraction pattern of BPDA/ODA [Rn] with outdoor exposure. 結晶性の変化が起こっている

X線回折 2 Outdoor BPDA/PDA [S] with outdoor exposure. PMDA/ODA [K] PMDA/ODA [A]

Indoor exposure(3month). Indoor exposure(12month). PI伸発泡体 1 ビデオマイクロスコープ(VMS)による表面観察 Before degradation. Indoor exposure(3month).　　　　　 Indoor exposure(12month).

PI伸発泡体 2 赤外線吸収スペクトル 熱伝導率測定 引張強度試験 Fig. 5.2.3.1 Changes in tensile strength with indoor exposure period. PI伸発泡体 2 赤外線吸収スペクトル 熱伝導率測定 引張強度試験

まとめ PIフィルム 1. PMDA/ODA[KAPTON],[APIKAL]の表面劣化の進行はBPDA/ODA[Rn], BPDA/PDA[S]より早い。 BPDA系は強度・伸びの変化が暴露初期のみ大きく、長期にわたる変化はPMDA系に比べ減少は穏やかである。 2. BPDA/PDA[S] , PMDA/ODA[APIKAL]の屋外暴露資料ではC=O結合の吸収度変化の増減から一次構造の変化がおきた可能性がある。 3. X線回折の結果結晶化度の低下などの結晶性の変化が起こっている。 4. PMDA系[KAPTON]に比べBPDA系[Rn]が紫外線・宇宙線に対する耐久性に優れている。 PI発泡体 現在４年間屋内暴露した資料について解析中。