应力场与带电粒子辐照耦合作用下聚酰亚胺薄膜的损伤行为

摘要

聚酰亚胺薄膜材料因其十分优异的综合性能，在航天等领域有着广泛的应用背景和不可替代性，但航天器在空间运行服役的过程中，会受到带电粒子辐照、应力场等环境因素的作用，会对材料造成损伤，使材料性能下降，因航天器的特殊性，材料出现损伤后是不可修复的，因此有必要对聚酰亚胺材料的损伤进行研究。
　　本文研究了质子、电子两种带电粒子辐照，以及质子、电子分别与应力场耦合作用下聚酰亚胺的力学性能损伤以及光学性能的退化，通过EPR电子顺磁共振技术研究样品自由基缺陷的形成及时效演化机制的不同，利用XRD、红外光谱、拉曼光谱揭示了样品结构及官能团的变化，通过SEM扫描电镜研究了样品表面形貌及断口形貌的变化，揭示宏观力学性能、光学性能与微观缺陷之间的联系，以及不同条件下样品损伤行为之间的不同。
　　研究表明，带电粒子辐照会造成材料的力学性能和光学性能的降低，质子辐照对性能的影响更大。质子辐照后样品的抗拉强度和断裂伸长率都明显下降，而且断裂行为发生一定的变化，在断口附近出现条状裂纹，但样品性能下降的趋势随辐照注量的变化并不大，这主要与自由基缺陷的含量有关。电子辐照后样品性能也出现下降但电离损伤对材料造成的损伤不明显。
　　质子辐照与应力场耦合作用相对只进行辐照的样品，样品的力学性能和光学性能出现相对的上升。耦合作用后样品的抗拉强度出现上升，光学透过率和断裂伸长率相比于只进行辐照的样品，与原始样品之前的差距要小；两者相比耦合作用下样品的自由基含量出现下降，分子链的排列有择优取向，这主要是在施加应变的过程中，样品内分子链会有从基本无序缠绕状态向有序排列的转变，而且应变的作用会使自由基复合速度变快，减少自由基的含量，进而提高了样品的力学性能和光学性能。同样电子辐照与应力场耦合作用后样品的抗拉强度有明显的上升，光学性能变化不大，这是因为电离诱发的自由基缺陷较少，在应变的作用下进一步加快了复合速度，而且分子链出现择优取向，从而导致抗拉强度的上升以及断裂伸长率的下降。

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第1章 绪 论

1. 1 课题背景及研究的目的和意义

1. 2 高分子材料在航天器上的应用

1. 3 航天器运行空间环境

1. 4 带电粒子辐照聚合物损伤行为

1. 5 本文研究目的和主要内容

第2章 试验材料及方法

2. 1 试验材料

2. 2 试验设备及方案

2. 3 分析测试方法

第3章 带电粒子辐照部分晶化聚酰亚胺损伤行为

3. 1 带电粒子辐照聚酰亚胺自由基的演化规律

3. 2 带电粒子辐照聚酰亚胺性能损伤的研究

3. 3 聚酰亚胺的带电粒子辐照损伤机理

3. 4 带电粒子辐照后聚酰亚胺断口及表面形貌

3. 5 本章小结

第4章 带电粒子与应力场耦合作用聚酰亚胺损伤行为及机制分析

4. 1 聚酰亚胺力学拉伸性能及应力松弛行为

4. 2 耦合作用下聚酰亚胺自由基的演化规律

4. 3 带单粒子辐照与应力场耦合作用下聚酰亚胺性能损伤研究

4. 4 带电粒子辐照与应力场耦合作用下聚酰亚胺的损伤机理

4. 5 带电粒子与应力场耦合作用下聚酰亚胺断口及表面形貌

4. 6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢