納米粒子改性硅橡膠空間輻照損傷效應(yīng)及機(jī)理.pdf

1、為了深入研究硅橡膠在空間環(huán)境因素作用下的損傷效應(yīng)與機(jī)理，發(fā)展先進(jìn)納米改性硅橡膠，為新型硅橡膠材料的研制及其在軌壽命預(yù)測提供理論依據(jù)，本文以乙烯基型MQ硅樹脂增強(qiáng)甲基乙烯基硅橡膠為基體，添加納米氧化硅和納米二氧化鈦粒子，制備納米粒子改性硅橡膠。利用空間環(huán)境效應(yīng)地面模擬器模擬質(zhì)子輻照及真空紫外輻照(VUV)環(huán)境，其中質(zhì)子輻照能量為100keV和150keV，輻照強(qiáng)度為2.0×1012-2-1cm s，輻照劑量1.0×1014～1.0×10c

2、m，真空度10Pa，環(huán)境溫度為120K；真空紫外輻照波16-2-5長范圍為5～200nm，輻照強(qiáng)度0.24W/m2，輻照劑量400～1000esh，真空度為10-5Pa，環(huán)境溫度低于20K。研究了乙烯基型MQ硅樹脂增強(qiáng)甲基乙烯基硅橡膠（M-SR）以及納米粒子改性硅橡膠（S-SR、T-SR、ST-SR）在質(zhì)子輻照和真空紫外輻照環(huán)境下，表面形貌、質(zhì)量損失、力學(xué)性能、熱性能及光學(xué)性能的變化規(guī)律；并借助于DMA、交聯(lián)密度分析、FTIR-ATR、

3、XPS和質(zhì)譜等分析技術(shù)研究了硅橡膠在輻照過程中所發(fā)生的微觀過程以及輻照損傷機(jī)理。
　　研究結(jié)果表明，乙烯基型MQ硅樹脂可以有效地增強(qiáng)甲基乙烯基硅橡膠，以乙烯基型MQ硅樹脂增強(qiáng)甲基乙烯基硅橡膠為基體，添加納米氧化硅和二氧化鈦粒子，能夠完全保持硅橡膠的性能，并且力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能有所提高。
　　輻照試驗(yàn)結(jié)果表明，M-SR硅橡膠與添加納米粒子的硅橡膠在相同的輻照條件下，性能演變規(guī)律相似，損傷機(jī)理相同，其損傷機(jī)理是交聯(lián)和降解造成的

4、。
　　質(zhì)子輻照研究結(jié)果表明，質(zhì)子輻照作用下，硅橡膠表面顏色加深，并且出現(xiàn)不同程度的龜裂裂紋。在100keV質(zhì)子輻照作用下，其性能變化發(fā)生轉(zhuǎn)變的劑量值為1015-2cm，當(dāng)輻照劑量小于10cm時(shí)，硅橡膠輻照損傷中的15-2交聯(lián)效應(yīng)占優(yōu)勢，橡膠的交聯(lián)密度增加，動(dòng)態(tài)存儲模量E'增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高，橡膠分子鏈中Si-O鍵含量增加，-CH3基團(tuán)含量降低，宏觀性能表現(xiàn)為硅橡膠的硬度及拉伸強(qiáng)度提高，熱穩(wěn)定性增加，斷裂伸長率降低，質(zhì)損率增

5、加，光學(xué)透過率下降；當(dāng)輻照劑量超過1015-2cm后，硅橡膠輻照損傷中的降解效應(yīng)占優(yōu)勢，橡膠的交聯(lián)密度下降，動(dòng)態(tài)存儲模量E'值降低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降，橡膠分子鏈中Si-O鍵含量降低，-CH基團(tuán)含量繼續(xù)降低，宏3觀性能表現(xiàn)為硅橡膠的硬度及拉伸強(qiáng)度降低，熱穩(wěn)定性下降，斷裂伸長率增加，質(zhì)損率進(jìn)一步增加，光學(xué)透過率進(jìn)一步下降。在150keV質(zhì)子輻照作用下，硅橡膠的輻照損傷效應(yīng)同100keV能量下的輻照損傷效應(yīng)相似，但是其性能變化發(fā)生轉(zhuǎn)變的劑量

6、值為1014-2cm。
　　VUV輻照研究結(jié)果表明，VUV輻照作用下，硅橡膠表面顏色變深，并且出現(xiàn)不同程度的細(xì)小龜裂裂紋，M-SR硅橡膠性能變化發(fā)生轉(zhuǎn)變的劑量值為600esh，添加納米粒子的S-SR、T-SR和ST-SR硅橡膠性能變化發(fā)生轉(zhuǎn)變的劑量值為800esh。在VUV輻照作用下，當(dāng)輻照劑量小于性能變化發(fā)生轉(zhuǎn)變的劑量值時(shí)，硅橡膠輻照損傷中的交聯(lián)效應(yīng)占優(yōu)勢，橡膠的交聯(lián)密度增加，動(dòng)態(tài)存儲模量E'增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高，宏觀性能表

7、現(xiàn)為硅橡膠的硬度、拉伸強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性能增加，斷裂伸長率下降，質(zhì)損率增加，光學(xué)透過率下降；當(dāng)輻照劑量超過性能變化發(fā)生轉(zhuǎn)變的劑量值后，硅橡膠輻照損傷中的降解效應(yīng)占優(yōu)勢，橡膠的交聯(lián)密度下降，動(dòng)態(tài)存儲模量E'值降低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降，宏觀性能表現(xiàn)為硅橡膠的硬度、拉伸強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性能降低，斷裂伸長率增加，質(zhì)損率進(jìn)一步增加，光學(xué)透過率進(jìn)一步下降。
　　質(zhì)子輻照及VUV輻照下，硅橡膠的降解產(chǎn)物主要為小分子碳?xì)浠衔铮€包括殘存在硅橡膠中的低分