宇宙用構造材料としての炭素繊維強化プラスチックの放射線効果

宇田川 昂; 弓立 浩三*; 工藤 久明; 貴家 恒男; 森野 美樹*; 瀬口 忠男

JAERI-Tech 95-007, 25 Pages, 1995/02

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人工衛星構造材料としてのエポキシ樹脂複合材、および長期間の運用を行う宇宙用材料として有望とされるポリイミド(PMR-15)複合材である2種類の炭素繊維強化プラスチック(CFRP)に対する宇宙環境の影響を調べた。これらの材料に対する耐宇宙環境性は電子、陽子、原子状酸素、および熱サイクルに曝したあとの機械特性の変化から評価した。その結果、PMR-15をマトリックスとするCFRPは、宇宙環境において優れた性能を持つことが明らかとなった。また、電子と陽子の照射を比べても、CFRPの機械特性に違いがないことを明らかにした。

原子状酸素による高分子材料表面の微視的構造形成

後藤 亜紀*; 山下 真一*; 喜多村 茜; 田川 雅人*

no journal, , 

原子状酸素(Atomic oxygen: AO)は、地球周回低軌道に存在する残留大気の主成分である。相対速度約8km/s(並進エネルギー約5eV)で人工衛星などの宇宙機に衝突し、熱制御材料として使用されている高分子材料を酸化・浸食など重大な損傷を与える。そのため、AO照射による高分子材料の劣化予測及び防護技術の確立は不可欠である。先行研究では、AO照射により高分子材料表面にナノ及びマイクロメートルオーダーの針状突起(微視的突起構造)が形成されることが報告されている。宇宙機設計の観点から、AO照射による高分子材料の「巨視的」または「反応量論的」な観点(質量損失、反応生成物(反応初期過程)、機械及び熱光学的変化など)が報告されているものの、「微視的」な突起構造の形成メカニズムの詳細は明らかにされていない。そこで我々はAO照射による微視的突起構造の形成に着目した。本研究では、化学組成が単純な汎用炭化水素系高分子材料である、低密度ポリエチレン(LDPE-A及びLDPE-B), ポリプロピレン(PP), ポリスチレン(PS)の市販フィルムにAOを照射し、FE-SEMで表面の微細構造を観察した。結果として、一定のAOフルエンスに達すると均一な密度での突起構造が形成されるようになり、それ以上フルエンスが高くなると突起構造の集積化や陥没穴の形成などが生じ、表面形状が複雑化することがわかった。AO照射により形成される突起密度の最大値は、PP LDPE PSの順で高くなり、高分子材料の化学構造に依存することがわかった。