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

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。

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。