本文關(guān)鍵詞：抗原子氧用含磷聚酰亞胺—倍半硅氧烷雜化材料的制備及性能研究

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【摘要】：多數(shù)航天器運(yùn)行在距地球表面200-700km的低地球軌道。在這個(gè)軌道高度上有諸多環(huán)境因素影響航天器的運(yùn)行和工作壽命，例如熱循環(huán)、微重力、惰性氣體、空間碎片、紫外輻照和空間原子氧。業(yè)已證明，原子氧會(huì)對航天器外部材料造成嚴(yán)重的損害。因此，能否開發(fā)出既能適應(yīng)空間環(huán)境又能滿足航天器性能要求的航天材料，已經(jīng)成為發(fā)展航天工業(yè)的關(guān)鍵。聚酰亞胺材料具有高強(qiáng)度、良好的熱穩(wěn)定性、抗紫外線輻照等優(yōu)異性能，已經(jīng)被廣泛用于航天材料。然而，原子氧與聚酰亞胺材料在碰撞的過程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理及化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致材料被侵蝕以及性能退化。因此，具有高效抗原子氧侵蝕聚酰亞胺材料的研究，可以延長航天器的工作壽命和工作效率。目前，抗原子氧侵蝕的方法主要分為兩類：一種是在聚酰亞胺材料表面施加防護(hù)涂層，另外一種是通過物理共混或化學(xué)共聚來實(shí)現(xiàn)基體強(qiáng)化。表面施加防護(hù)涂層是一種有效提高空間材料抗原子氧侵蝕的手段，常見的防護(hù)涂層包括無機(jī)涂層、有機(jī)涂層和有機(jī)/無機(jī)雜化涂層�；w強(qiáng)化法是指將抗原子氧侵蝕性能好的硅、磷、鋯、錫等元素，通過接枝、共聚、共混的方法引入到聚合物基體中，利用上述元素在空間原子氧環(huán)境中具有“自愈合”或“自修復(fù)”功能來提高空間材料的抗原子氧性能。原子氧對材料的侵蝕率是直觀反映材料抗原子氧侵蝕性能的指標(biāo)之一，無論表面涂層法還是基體強(qiáng)化法，關(guān)鍵都在于開發(fā)具有較低的原子氧侵蝕率的材料。 近年來，具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的籠形倍半硅氧烷（POSS）可提高聚酰亞胺的抗原子氧性能的報(bào)道被廣泛關(guān)注。研究人員系統(tǒng)的研究了在聚酰亞胺主鏈和側(cè)鏈引入POSS后，材料的抗原子氧性能。結(jié)果顯示，無論P(yáng)OSS在聚酰亞胺的主鏈還是側(cè)鏈，其抗原子氧性能都被顯著提高。與此同時(shí)，由于POSS的引入，增加了聚酰亞胺的自由體積，有效緩解了空間高速粒子沖擊所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，消除了原子氧輻照和殘余應(yīng)力的協(xié)同效應(yīng)，提高了聚酰亞胺材料的原子氧耐受性。但遺憾的是，美國宇航局長期空間暴露實(shí)驗(yàn)LDEF的研究發(fā)現(xiàn)，含有POSS的聚合物在長期被原子氧輻照后都會(huì)產(chǎn)生細(xì)微裂紋，原子氧可以直接穿過裂紋侵蝕其底部材料，因此會(huì)影響航天器的運(yùn)行壽命。此外，將苯磷氧基團(tuán)引入到聚酰亞胺分子鏈中來提高其抗原子氧性能也被大量報(bào)道。美國宇航局的空間暴露實(shí)驗(yàn)MISSE對含磷聚酰亞胺進(jìn)行了長達(dá)四年的在軌測試，結(jié)果證明含磷聚酰亞胺具有較強(qiáng)的抗原子氧性能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)含磷聚酰亞胺被原子氧輻照時(shí)，其表面會(huì)生成一層聚磷酸鹽鈍化層，該鈍化層并不與原子氧反應(yīng)，可以有效保護(hù)其底部材料免受原子氧侵蝕，提高材料的抗原子氧性能。因此，將含磷基團(tuán)和POSS共同引入到聚酰亞胺中，既可以顯著提高其抗原子氧性能，又能彌補(bǔ)由于長期使用產(chǎn)生裂紋所帶來的影響。 在本文中，采用A2+B8反應(yīng)合成了系列含磷聚酰亞胺-倍半硅氧烷雜化材料。通過同軸源地面模擬設(shè)備對其進(jìn)行了原子氧暴露實(shí)驗(yàn)，，在不同的原子氧累計(jì)通量下，含磷聚酰亞胺-倍半硅氧烷雜化材料的抗原子氧性能顯著增強(qiáng)。并且隨著磷含量的增加，其原子氧侵蝕率降低。此外，為了探究磷同POSS協(xié)同抵抗原子氧侵蝕的機(jī)理，分別對材料在原子氧環(huán)境中暴露前和暴露后的表面化學(xué)成分變化、化學(xué)結(jié)構(gòu)變化及表面形貌變化做了對比研究，結(jié)果表明，含磷聚酰亞胺-倍半硅氧烷雜化材料表面生成的含磷鈍化層可以有效填補(bǔ)含硅鈍化層無法覆蓋的區(qū)域，二者具有協(xié)同作用，保護(hù)底部材料免受原子氧進(jìn)一步侵蝕。
【關(guān)鍵詞】：原子氧 聚酰亞胺 三苯基膦 倍半硅氧烷 鈍化層 協(xié)同作用
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V250
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-30
• 1.1 引言11
• 1.2 空間原子氧簡介11-16
• 1.2.1 低地球軌道環(huán)境11-13
• 1.2.2 空間原子氧的產(chǎn)生方式13-14
• 1.2.3 原子氧侵蝕空間材料作用機(jī)制14-16
• 1.3 航天器材料抗原子氧性能的評估16-18
• 1.3.1 空間暴露實(shí)驗(yàn)16-17
• 1.3.2 地面模擬試驗(yàn)17-18
• 1.4 航天器用原子氧敏感材料18-22
• 1.4.1 復(fù)合材料18-19
• 1.4.2 熱控材料19-20
• 1.4.3 潤滑劑材料20-21
• 1.4.4 光學(xué)材料21
• 1.4.5 電力系統(tǒng)材料21-22
• 1.5 抗原子氧材料的研究進(jìn)展22-29
• 1.5.1 抗原子氧材料簡介22-23
• 1.5.2 無機(jī)材料23-24
• 1.5.3 含氟有機(jī)聚合物材料24-25
• 1.5.4 含苯磷氧聚合物材料25-26
• 1.5.5 含有機(jī)硅聚合物材料26-29
• 1.6 本論文設(shè)計(jì)思想及主要內(nèi)容29-30
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分30-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑30
• 2.2 表征和測試方法30-32
• 第3章 含磷聚酰亞胺－籠形倍半硅氧烷雜化材料的合成及表征32-48
• 3.1 引言32-33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分33-48
• 3.2.1 二（3-氨基苯基）苯基氧化膦（DAPPO）單體的合成及表征33-36
• 3.2.2 八氨基苯基籠形倍半硅氧烷（8NH2-POSS）的合成及表征36-39
• 3.2.3 含磷聚酰胺酸齊聚物的合成39-40
• 3.2.4 鏈封端含磷聚酰亞胺－籠形倍半硅氧烷雜化材料的合成及表征40-42
• 3.2.5 鏈封端含磷聚酰亞胺－籠形倍半硅氧烷雜化材料的熱性能42-44
• 3.2.6 POSS 封端含磷聚酰亞胺-籠形倍半硅氧烷雜化材料的合成及表征44-45
• 3.2.7 POSS 封端含磷聚酰亞胺－籠形倍半硅氧烷雜化材料的熱性能45-48
• 第4章 含磷聚酰亞胺 倍半硅氧烷雜化薄膜抗原子氧性能研究48-55
• 4.1 引言48
• 4.2 抗原子氧性能測試48-55
• 4.2.1 測試方法48
• 4.2.2 雜化薄膜的質(zhì)量損失和原子氧侵蝕率48-50
• 4.2.3 雜化薄膜表面形貌研究50-51
• 4.2.4 雜化薄膜表面化學(xué)結(jié)構(gòu)研究51-55
• 第5章 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-63
• 作者簡介及科研成果63-64
• 致謝64

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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本文編號：792963