柔性Kapton表面防护膜研制与空间环境适应性评价

摘要

在Kapton薄膜表面镀制SiO2、Al2O3等空间环境防护薄膜是提高高分子材料的空间环境适应性的重要方法。但是由于柔性Kapton薄膜与脆性防护薄膜的力学性能差异大、膨胀系数匹配性差及Kapton表面的强惰性等原因，导致薄膜间的结合性能差，防护薄膜易产生开裂、剥落等缺陷。本文通过化学表面改性-离子交换方法制备得到Kapton/Al2O3表面纳米复合薄膜，并对其形成机制及影响因素进行研究；然后，采用溶胶-凝胶法在Kapton/Al2O3表面纳米复合薄膜表面镀制MEMO/SiO2薄膜，通过拉伸法和脉冲激光辐照法对复合膜间界面结合性能进行分析，并评价其空间环境适应性。
　　 实验结果表明：
　　 (1)Kapton/Al2O3表面纳米复合薄膜的Al2O3颗粒的生长模式类似于“岛生长模型”，且随热处理温度的升高Al2O3颗粒粗化，Al元素含量增加；Al2O3颗粒的尺寸、形貌、分布情况对复合薄膜的光学、热学、力学性能有显著影响。
　　 (2)离子交换反应中金属盐的阴离子种类影响离子交换反应的速度，AlCl3较Al(NO3)3、Al2(SO4)3更有助于Kapton/Al2O3表面纳米复合薄膜的复合层形成。
　　 (3)分别以纯Kapton薄膜、酸碱活化Kapton薄膜、Kapton/Al2O3表面纳米复合薄膜为基体镀制MEMO/SiO2薄膜。拉伸试验结果显示，以热处理温度为300℃形成的Kapton/Al2O3表面纳米复合薄膜的界面结合性能最好，证明了化学表面改性-离子交换过程对于提高Kapton薄膜与表面防护薄膜结合性的可行性。
　　 (4)Kapton/Al2O3表面纳米复合薄膜的Al2O3复合层可阻挡激光辐照，减少激光对基体材料的损害，且Al含量越高抗激光辐照性越强，空间环境适应性越好。