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理论与研究 李荣付·杂化聚酰亚胺的制备及其耐原子氧性能研究

杂化聚酰亚胺的制备及其耐原子氧

性能研究

李荣付
( 江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西 南昌 330001)

摘要 ： 本文采用溶胶 - 凝胶法制备含硅的有机无机杂化聚酰亚胺材料 ；在地面模拟设备中，对所制备材料开展了原子氧效应
地面试验。实验结果表明 ：加入 Si 2 O 3 的质量对质量损失 (ΔM) 的影响最为重要，在一定质量范围内，随着 Si 2 O 3 加入量的增多，
质量损失 (ΔM) 变小 ；超过某一定值时，质量损失 (ΔM)与 Si 2 O 3 的加入量没有明显关系。另外，适量的 TEOS 对耐原子氧的剥蚀
有很大作用， TEOS 的量在小于 1 时， ΔM 随 TEOS 的增加而减少， TEOS 的量在超过 1 的时候， ΔM 随 TEOS 的增加变化不再明显。
对含硅的杂化聚酰亚胺而言，Si 元素对实验材料的表面元素含量的影响很大。试验过后 O 元素和 Si 元素有了明显上升，而 C 和
N 元素有着明显下降。
关键词 ： 质量损失 ；耐原子氧剥蚀 ；无机杂化材料 ；原子氧效应 ；聚酰亚胺
中图分类号 ： TQ323.7 文章编号 ： 1009-797X(2019)06-0001-07
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.06.001

原子氧 (AO) 环境效应是指其与航天器材料表面 金 属及 金 属 氧化 物 ：绝大 多 数 金属 具 有 较好 的
发生反应，使其氧化形成氧化物 [1] ；同时导致材料表 AO 稳定性，在 AO 的作用下，可在金属表面形成致
面形貌发生变化，放气速度加快，质量损失率增加， 密的金属氧化物层，保护底层的金属材料不再受 AO
机械强度下降，光学和电性能改变等 [2] 。此外，AO 的侵蚀。因此金属及金属氧化物可以保护空间材料免
与材料作用产生的挥发性气体及非附着性氧化物，会 受 AO 侵蚀。
使航天器受到污染，给光学系统、温控涂层等部件和 无机化合物 ：无机物可与 AO 反应形成玻璃化氧
材料的热性能、光性能带来严重的影响 ( 如涂层太阳 化物层，由于 O 在氧化物中的浓度差降低，这层氧化
[3]
吸收率变化，电池的电源输出减小等 ) 。虽然 AO 在 物可以阻碍 AO 的扩散及进一步的撞击，从而保护底
LEO 中的密度很低，能量仅为 0.1 eV，却是导致材料 层材料不被 AO 剥蚀。
失效的主要原因，因此对材料进行原子氧效应防护的 有机化合物 ：有机涂层与基体结合牢固，柔软性
研究不可或缺 [4] 。其中，地面模拟试验是进行原子氧 好，耐高低温冲击，工艺性能好，因此被广泛应用于
效应研究的一种重要方法。 航天材料的防护。通常以聚有机物树脂为基体混合适
通常认为受 AO 侵蚀作用比较小的无机物，在 当的颜填料制备有机涂层，涂覆到材料表面。
LEO 长期暴露，也不同程度地受到影响 [5] 。为了避免 目前，研究抗原子氧防护涂层以及抗原子氧侵蚀
AO 环境的危害，最理想的方法是避免使用 AO 敏感 新材料是主要的航天器材料的原子氧防护技术研究方
材料、避免使关键的航天器表面暴露在 AO 环境中 [6] 。 面。此外，还可以采用添加抗原子氧侵蚀材料、界面
然而，在这些方法无法实现的情况下，则应采用 AO 自组装等技术手段来提高抗原子氧防护能力。在地面
防护措施。在基体表面应用一层薄的防护涂层是一种 模拟出太空环境下，氧原子对试样的影响和腐蚀性，
常用的防护方法 [7] 。涂层的质量主要取决于它的连续 外表上是一个封闭的容器，很难用肉眼观察到里面发
性、空隙率。 生的反应和变化。其耐氧原子剥蚀的原因同有机物防
与基体的结合程度以及在 AO 环境中的耐蚀性。 护的原理相似，有机涂层与基体结合牢固，柔软性好，
目前应用于 AO 防护的涂层及涂层组合很多，从本质
上来说，根据其成分可划分为 3 类：金属及金属氧化物； 作者简介 ：李荣付 (1987-)，男，本科，现从事建筑材料
研究工作。
无机化合物，有机化合物 。
收稿日期 ：2019-01-18

2019 第 45 卷 ·1·
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