熱控涂層通過自身的熱物特性即太陽吸收比(α_s)和發(fā)射率(ε_H)來調(diào)控航天器表面的溫度。低比值涂料型無機熱控涂層具有優(yōu)異的空間環(huán)境穩(wěn)定性,是高性能航天器輻射器大面積散熱面的首選熱控材料,但該類涂層具有固化溫度高及表面脆性大等局限性,而室溫固化的有機熱控涂層空間環(huán)境穩(wěn)定性較差,難以滿足長壽命航天器的熱控需要。本課題結合實際工程應用需求,以硅材料單體作為切入點,采用溶膠-凝膠方法進行有機/無機雜化,制備可室溫固化的有機/無機雜化熱控涂層,取得的研究結果如下:(1)室溫固化機理研究。通過不同反應條件下正硅酸乙酯(TEOS)和硅氧烷水解縮聚反應動力學分析,進一步明確了正硅酸乙酯在不同條件下水解縮聚反應規(guī)律;通過探討硅氧烷室溫條件下反應的自發(fā)性,對其室溫固化機理進行研究,驗證了制備室溫固化粘結劑的可行性。(2)粘結劑配方優(yōu)化研究。通過控制變量法,初步評價了不同種類和用量的硅氧烷與TEOS共水解縮聚所得粘結劑的室溫固化特性,以此優(yōu)選配方,制備出了符合性能要求且可室溫固化的有機/無機雜化粘結劑。粘結劑中含大量活性羥基,其平均聚合度可根據(jù)反應條件以及粘結劑組成進行有效調(diào)控,提高了粘結劑的適用性。(3)熱控涂層制備及性能表征。以優(yōu)選的粘結劑配方,通過對噴涂工藝優(yōu)化,制備出具有良好室溫自固化特性的有機/無機雜化熱控涂層,涂層表面具有粘結劑包覆顏料的均勻分散的結構,具有較低的太陽吸收比和較高的發(fā)射率。涂層對鋁基板和玻璃鋼均具備優(yōu)異的粘附性,適當增加二甲基二甲氧基硅烷(DMDS)比例可提高涂層表面彈性,TEOS比例增加可提高涂層硬度和彈性模量。TGA測試表明涂層在200℃以下具有很好的熱穩(wěn)定性,TEOS和ZnO比例增加可進一步提高熱穩(wěn)定性。(4)涂層空間環(huán)境穩(wěn)定性研究。結合航天器在外太空運行時對熱控涂層空間環(huán)境穩(wěn)定性的要求,根據(jù)國家軍事標準規(guī)定的要求和方法綜合考察了涂層經(jīng)真空-紫外輻照、高低溫交變試驗以及濕熱試驗后的性能變化。結果表明涂層經(jīng)上述試驗后,其表觀狀態(tài)、熱物特性均未發(fā)生明顯變化,所制備熱控涂層展現(xiàn)出優(yōu)異的空間環(huán)境穩(wěn)定性。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院上海硅酸鹽研究所)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4;V46
【部分圖文】：

室溫固化涂料型熱控涂層的制備及性能研究，對低吸收發(fā)射比涂層而言，顏料通常為各種金屬氧化物和金屬鹽（TiO2, ZrO2等），通過反射可見光和近紅外光以及自身的熱輻射降低涂層度。如圖 1.1 所示[3]。由于 ZnO 優(yōu)異的光學特性以及良好的空間環(huán)境穩(wěn)原料豐富、價格低廉，成為涂料型熱控涂層中一種應用廣泛的顏料。

圖 1.2 聚硅氧烷分子結構示意圖Fig.1.2 Structure diagram of siloxane molecule鍵能很高（約為 422kJ/mol），在有機硅樹脂的結構的包埋形成屏蔽作用，使得主鏈不易受雜質的進攻Si 具有較高的活化能，這些特點使得有機硅樹脂具有長約為 1.64 ，Si-O-Si 鍵的鍵角較大，約為 143°，同時分子鏈相互間的作用力很弱，所以有機硅樹脂具元素與氧元素電負性差值大，因此硅原子容易被極子可以穩(wěn)定其連接的羥基基團，所以有機硅樹脂不硅樹脂的制備原理可以用如下方程式表示：

圖 1.2 聚硅氧烷分子結構示意圖Fig.1.2 Structure diagram of siloxane moleculei-O-Si 鍵的鍵能很高（約為 422kJ/mol），在有機硅樹脂的結構中，團對主鏈的包埋形成屏蔽作用，使得主鏈不易受雜質的進攻，同鏈 Si-O-Si 具有較高的活化能，這些特點使得有機硅樹脂具有較高i-O 鍵的鍵長約為 1.64 ，Si-O-Si 鍵的鍵角較大，約為 143°，所以易旋轉，同時分子鏈相互間的作用力很弱，所以有機硅樹脂具有較i-O 鍵中硅元素與氧元素電負性差值大，因此硅原子容易被極化(S的硅正離子可以穩(wěn)定其連接的羥基基團，所以有機硅樹脂不易被氧合型有機硅樹脂的制備原理可以用如下方程式表示：

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 金鹿江;杭建忠;孫小英;王小芬;施利毅;;有機-無機雜化環(huán)氧涂層的合成與性能研究[J];涂料工業(yè);2014年05期

2 鐘群英;袁文斌;金國梁;李亞夫;董元軍;;正硅酸乙酯溶膠-凝膠行為的超聲波原位監(jiān)測研究[J];廣東化工;2011年05期

3 章俞之;曹韞真;吳嶺南;宋力昕;陳杰鋒;;幾種熱控涂層的真空-紫外輻照試驗[J];航天器環(huán)境工程;2011年02期

4 余政炎;黃宏偉;;正硅酸乙酯的水解縮聚反應及其應用[J];杭州化工;2009年01期

5 向四桂,沈懷榮;微型航天器熱控系統(tǒng)設計[J];裝備指揮技術學院學報;2002年05期

6 王喜貴,趙慧,張強,吳紅英;正硅酸乙酯水解過程的研究進展[J];內(nèi)蒙古石油化工;2001年03期

7 肖明艷,陳建敏;有機-無機雜化材料研究進展[J];高分子材料科學與工程;2001年05期

8 劉華蓉,葛學武,倪永紅,葉強,張廣祥,張志成,張曼維;無機/有機納米復合材料的研究進展[J];化學進展;2001年05期

9 曹峰,朱子康,印杰;新型光敏聚酰亞胺/SiO_2雜化材料的制備與性能研究[J];功能高分子學報;2000年03期

10 楊曉鴻,梁鎬,劉本華;自固化水性無機富鋅涂料[J];油氣田地面工程;2000年02期

相關博士學位論文 前1條

1 肖海英;帶電粒子輻照ZnO/硅樹脂白漆光學退化效應及機理[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

相關碩士學位論文 前3條

1 周博;改性ZnO基有機熱控白漆的合成與表征[D];哈爾濱工業(yè)大學;2012年

2 王春亮;納米壓痕試驗方法研究[D];機械科學研究總院;2007年

3 丁義剛;空間綜合環(huán)境對航天器熱控涂層性能退化效應研究[D];國防科學技術大學;2005年

本文編號：2829310