低地轨道环境中聚酰亚胺和硅橡胶原子氧防护技术研究

摘要

低地球轨道环境中的原子氧（AO）具有强氧化性，其高能碰撞会导致聚合物材料性能退化，严重影响航天器的正常工作。本文借助溶胶-凝胶（Sol-gel）法和湿化学改性法在聚酰亚胺薄膜（Kapton）和硅橡胶（SR）表面制备无机氧化物涂层，通过AO模拟试验评价其防护效果。同时研究了聚合物基体表面改性的微观变化、涂层与基体的界面结合状态等问题。主要研究工作如下：
　　1. SiO2溶胶体系研究：为制备适宜镀膜的溶胶体系，本文研究了乙醇用量、酸碱催化剂、陈化温度等条件对SiO2溶胶体系的稳定性和粒径的影响。结果表明：溶胶浓度较小时，粒径普遍较小，溶胶的凝胶时间延长。此外酸催化的溶胶体系粒径普遍较大，溶胶的稳定性也较差，接近凝胶时粒径急剧增大。而相同实验条件下，碱催化的SiO2溶胶体系粒径较小，稳定性较高。陈化温度也对溶胶稳定性产生较大的影响，随着温度的升高，酸催化溶胶的稳定性降低。
　　2.碱液刻蚀与硅烷偶联剂相结合的表面改性方法研究：用低浓度碱液刻蚀去除Kapton基材的表面钝化层，再用硅烷偶联剂进行改性。改性后的Kapton基材表面亲水性显著增加，SnO2/SiO2溶胶很容易在其表面铺展形成均匀的液膜。采用这种方法制得的涂层与基材之间粘附牢固。AO辐照试验后，涂层依然均匀致密，具有很好的抗AO能力，AO的侵蚀效应仅相当于原始Kapton的4.1％，且赋予样品良好的抗静电能力。
　　3.柔性SR表面涂层易开裂问题研究：本文对SR基体和表面改性过程进行了研究。研究发现：硅烷偶联剂KH-550改性后的SR样品表面已产生不规则裂纹。SR基体与改性层之间的应力是导致裂纹的主要原因，弯曲变形等外力加剧应力累积，造成更多裂纹。采用有机溶剂适度溶胀SR，可有效缓解SR基体与表面改性层之间的应力，从而大幅减少了改性过程以及镀膜过程所产生的裂纹。
　　4. SiO2掺杂对提高柔性SR抗AO性能研究：研究表明，适宜浓度的SiO2溶胶加入SR基胶中，能够实现SiO2在SR中均匀分散。AO辐照试验后，掺杂SiO2溶胶的样品相比于原始SR，表面依然平整致密，裂纹较少，AO侵蚀危害有所缓解。同时SR的机械性能得到提高。

目录

声明

1 文献综述

1.1 课题背景

1.2 AO简介

1.3 选题意义与研究内容

2 SiO2溶胶制备及稳定性研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

3 SnO2/SiO2原子氧防护涂层的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 样品性能测试及表征

3.4 结果与讨论

3.5 小结

4 柔性硅橡胶表面防护涂层开裂机理研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 样品性能测试及表征

4.4 结果与讨论

4.5 小结

5 掺杂SiO2溶胶硅橡胶的抗原子氧研究

5.1 前沿

5.2 实验部分

5.3 样品性能测试及表征

5.4 结果与讨论

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的学术论文

攻读硕士学位期间参与项目