局所的熱イミド化反応を用いた新規PI/CNT複合材3D積層造形プロセスの創出

利用局部热酰亚胺化反应创建新的 PI/CNT 复合材料 3D 增材制造工艺

• 批准号: 22K14161
• 负责人: 藤井 達也
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Akita Prefectural University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14161/
• 关键词: PAA被覆CNT; 熱イミド化反応; 複合材料; 積層造形; 微小材料試験; 3D積層造形; ポリイミド; カーボンナノチューブ; 耐熱複合材; 熱イミド化

本研究では、ポリイミド（PI）の前駆体であるポリアミック酸（PAA）をカーボンナノチューブ（CNT）に被覆したPAA被覆CNT粉末を用い、選択的レーザー照射技術と組み合わせることで、耐熱性と耐宇宙環境性に優れたPI/CNT複合材の新規3D積層造形プロセスを提案する。具体的には、PAA/CNT混合ワニスを再沈殿法で粉末化することで粒子内部までCNTが均一分散したPAA被覆CNTの微粒子を作製し、それをレーザー照射にて局所的に熱イミド化反応させながら積層造形することで、従来の造形技術では実現することのできない超高濃度かつ良分散状態のPI/CNT複合材の3D造形プロセスを確立する。さらに、石英ガラス多孔質体を用いて熱イミド化反応中のPAA被覆CNT粉末を加圧造形することで、PI粒子間の界面接着強度を向上し、高強度・完全ボイドフリーなPI/CNT複合造形体の製造を実現する。初年度となる2022年度、PAA被覆CNT粉末を用いたPI/CNT複合材の3D造形（積層なし）と造形体の評価を実施した。PAA被覆CNT粉末を乳鉢で粉砕し、ふるいを用いて53um以下の粉末を選別する。選別した粉末を内径10mmの金型に充填し、プレス機を用いて厚さ1mmになるまで加圧する。加圧した粉末に対し、複合型3Dプリンター（Snapmaker社製Snapmeker 2.0 A250T、レーザー波長450nm）を用いてレーザー照射する。焼結体を含む粉末を取り出し、純水中で超音波洗浄することで未焼結の粉末を除去し、PI/CNT複合造形体を得た。本研究では、金型への粉末充填量、レーザー出力、照射時間などを変化させて造形体を作製した。さらに、PI/CNT複合造形体の造形条件を検討するため、造形体の造形誤差、機械的特性、およびイミド化率を評価した。

This study proposes a new 3D laminate design scheme for PI/CNT composites based on the use of PAA coated CNT powders and the selection of irradiation techniques for PI precursors, heat resistance and cosmic environment resistance. Specifically, the PAA/CNT mixture is pulverized by the re-precipitation method, and the CNTs are uniformly dispersed in the particle interior. The PAA coated CNT microparticles are manufactured by the re-precipitation method. The 3D shape of the PI/CNT composite is established by the re-precipitation method. In addition, the PAA-coated CNT powder in the quartz porous body was heated and formed under pressure, and the interfacial adhesion strength between PI particles was improved, and the PI/CNT composite molded body was produced with high strength and complete transparency. In 2022, PAA coated CNT powder was used to evaluate 3D modeling of PI/CNT composites. PAA-coated CNT powders are used in the selection of powders below 53um Select the powder and fill the mold with an inner diameter of 10mm, and apply pressure to the mold with a thickness of 1 mm. Pressure powder, composite 3D laser (Snapmaker 2.0 A250T, wavelength 450nm) Sintered bodies containing powders are extracted, ultrasonic washed in purified water, unsintered powders removed, PI/CNT composite molded bodies obtained In this study, the amount of powder filling, the strength of the powder and the irradiation time of the gold mold were changed. In addition, PI/CNT composite molding conditions are discussed, molding errors, mechanical characteristics, and degradation rates are evaluated.

项目成果

局所的熱イミド化反応を用いたCNT複合PI多孔質体の造形条件の検討

局部热酰亚胺化反应CNT复合PI多孔材料建模条件研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 松本拓真;鈴木庸久;藤井達也
• 通讯作者: 藤井達也

秋田県立大学先端加工技術研究室HP

秋田县立大学先进加工技术实验室 HP