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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
聚酰亚胺(Polyimide)以其优异的性能在航天器上得到了广泛应用，但是低地球轨道原子氧环境对其会造成严重的侵蚀，大大限制了服役时间。因此，必须采取有效的措施增强聚酰亚胺抗原子氧侵蚀能力。本文设计并成功合成出包括聚γ-氨丙基硅氧烷(NPOSS)，八(γ-氨丙基)倍半硅氧烷盐酸盐(OAPPOSS)和八苯基倍半硅氧烷(OPPOSS)等不同结构的多面体低聚倍半硅氧烷(Polyhedral Oligomerc Silsesquioxane,POSS)化合物(一类以无机Si-O为核心，外围被有机基团包围的纳米相化合物)，通过对改性有机硅防护涂层（纳米金属氧化物/有机硅复合涂层、多面体低聚倍半硅氧烷/有机硅复合涂层）和含多面体低聚倍半硅氧烷/聚酰亚胺复合材料的制备以及在模拟原子氧环境中的侵蚀行为与机理的研究，为新一代空间航天器用抗原子氧材料打下技术与理论基础。用氧等离子体来模拟低地球轨道的原子氧环境，通过分析原子氧暴露过程中聚酰亚胺材料表面化学成分的变化来研究原子氧对聚酰亚胺的侵蚀过程。研究发现原子氧首先在材料表面产生物理吸附，接着发生选择性化学反应，随后原子氧主要与芳环上特定位置的C反应，生成挥发性有机化合物；随着原子氧暴露时间的增加，C=O基团的反应速度逐渐加快，而其他位置O的反应速度保持稳定，与C、O元素相比，含N基团与原子氧的反应速度较慢。聚酰亚胺材料的C-N键发生断裂，即酰亚胺环发生分解。在聚酰亚胺表面制备了纳米ZnO/环氧有机硅(ZnO/W304)和纳米Al2O3/甲基苯基有机硅(Al2O3/1053)复合涂层以提高聚酰亚胺材料的抗原子氧侵蚀能力。对纳米ZnO和纳米Al2O3进行表面改性并在溶液中添加触变剂是制备纳米金属氧化物复合涂层的重要步骤，可以使得纳米金属氧化物分布均匀，不出现团聚现象。研究发现，原子氧暴露后，含5%纳米ZnO的ZnO/W304有机硅复合涂层的质量损失为聚酰亚胺材料的5.6 %。而含2.5 %纳米Al2O3的Al2O3/1053有机硅复合涂层的质量损失为聚酰亚胺材料的5.9 %。表明纳米金属氧化物/有机硅复合涂层对原子氧环境中的聚酰亚胺材料起到有效的防护作用。物理共混制备的聚γ-氨丙基硅氧烷/甲基苯基有机硅（NPOSS/MPS）复合涂层，经原子氧暴露后，表面粗糙度明显小于MPS有机硅复合涂层，也没有出现裂纹等缺陷，质量变化和侵蚀率比MPS有机硅涂层明显减小。研究这种复合涂层的抗原子氧的作用机制，认为复合涂层中的MPS有机硅形成了SiO2保护层，能阻止原子氧对底层材料的侵蚀，而NPOSS的引入有效降低了有机硅涂层的密度，同时NPOSS球形微粒能够传递应力，减少涂层由于密度增大导致的微裂纹，NPOSS分子在原子氧环境中转变为SiO2，起到了与有机硅涂层协同抗原子氧侵蚀的作用。随着NPOSS添加量的增加，试样的质量变化和侵蚀率不断减小，其抗原子氧侵蚀性能也得到了更大程度地的提高。以八(γ-氨丙基)倍半硅氧烷盐酸盐(OAPPOSS)作为交联剂固化环氧有机硅(EPS)，在聚酰亚胺表面制备了OAPPOSS/EPS杂化涂层，在原子氧侵蚀过程中，涂层表面向SiO2转变，密度增加缓慢，避免了原子氧的“淘蚀”现象，因此，杂化复合涂层的原子氧侵蚀率仅为1.03×10-25cm3/atom，是EPS有机硅涂层侵蚀率的28.6 %。 用物理共混后热亚胺化的方法成功制备出POSS含量不同的的八苯基倍半硅氧烷/聚酰亚胺(OPPOSS/PI)复合材料。OPPOSS均匀分散在聚酰亚胺中，和单纯聚酰亚胺材料相比，这种复合材料的力学性能虽然有所下降，但是具有高的抗原子氧侵蚀的性能，原子氧暴露后质量损失比聚酰亚胺材料低，表面的粗糙度也低，并且随着复合材料中OPPOSS含量的增加，其抗原子氧侵蚀性能提高。观察发现，这种复合材料受原子氧侵蚀后，材料中的OPPOSS聚集体转变为SiO2，形成了不易与原子氧反应的“惰性点”, 阻止了表面地毯状形貌的扩展。以化学共聚的方式成功合成出八(γ-氨丙基)倍半硅氧烷盐酸盐/聚亚酰胺(OAPPOSS/PI)杂化材料。当材料中OAPPOSS含量低时，杂化材料的拉伸强度和断裂伸长率都有所增加。原子氧暴露试验结果表明，OAPPOSS/PI材料的质量损失比聚酰亚胺材料小，抗原子氧性能随着OAPPOSS含量的增加而提高。微观形貌观察发现，原子氧暴露前，杂化材料的表面非常平整，经过原子氧暴露后，其表面形成了致密的三维网状结构，当材料表面SiO2保护层遭到破坏，底部新的杂化材料可以在原位快速生成SiO2保护层，使杂化材料重新具备了抗原子氧侵蚀的能力，避免了原子氧的进一步侵蚀。 |
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发表于 2024-2-13 23:35:42
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