帶電粒子輻照下聚合物析氣與污染效應及機理研究.pdf

1、聚合物材料真空析氣是導致航天器在軌服役期間產(chǎn)生分子污染的主要因素，分子污染效應導致敏感表面性能退化，甚至失效。論文利用空間環(huán)境模擬設備以及FTIR、XPS、AFM、EPR、氣相質(zhì)譜、紫外-近紅外光譜和質(zhì)量測量等分析方法，系統(tǒng)研究了帶電粒子輻照對雙酚 A縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂（DGEBA/DICY）和二甲基硅橡膠兩種聚合物材料真空析氣特性及對敏感表面分子污染效應的影響。
　　試驗表明，在標準真空析氣效應試驗（10-4Pa、125℃、2

2、4h）條件下，DGEBA/DICY析氣產(chǎn)物主要是固化劑雙氰胺、增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯和雙酚A縮水甘油醚環(huán)氧樹脂單體。二甲基硅橡膠的析氣產(chǎn)物主要是環(huán)聚甲基硅氧烷。溫度對材料的真空析氣特性有顯著影響，只有在75～80℃以上，才能檢測到可凝揮發(fā)物，隨溫度的升高，質(zhì)量損失和可凝揮發(fā)物量增加。
　　帶電粒子輻照對聚合物材料的真空析氣特性有明顯影響。經(jīng)電子和質(zhì)子后，真空析氣特性的變化與材料的降解或交聯(lián)機制密切相關。DGEBA/DICY屬于輻照

3、降解型聚合物，輻照對其析氣過程有明顯的增強效應。輻照過程中主鏈的C-O鍵、固化結構中的C-N鍵及異丙基中的C-C鍵發(fā)生斷裂，形成自由基，并通過化學反應生成新的端基。依據(jù)DGEBA/DICY輻照降解機理，建立了反映降解產(chǎn)物隨輻照注量變化規(guī)律的動力學模型。二甲基硅橡膠在質(zhì)子輻照下以降解為主，在電子輻照下則表現(xiàn)為交聯(lián)。所以質(zhì)子輻照使二甲基硅橡膠的析氣量和質(zhì)損量增加，電子輻照的作用與之相反。
　　電子輻照后，DGEBA/DICY析氣產(chǎn)物中

4、出現(xiàn)了酞酸酯、對苯酚以及胍基和氰氨等小分子物質(zhì)。而經(jīng)質(zhì)子輻照后，還增加了雙酚A和鄰苯甲酸-甲酸正辛酯等降解過程中生成的物質(zhì)。粒子輻照對硅橡膠析氣產(chǎn)物影響不大。
　　DGEBA/DICY析氣產(chǎn)物對敏感表面有明顯的分子污染效應。污染膜使石英玻璃在紫外和可見波段光譜透過率顯著下降，在近紅外波段性能退化程度隨波長的增加逐漸減弱。污染膜使氧化鋅板的光譜反射率退化主要發(fā)生在近紅外波段，紫外和可見波段的光譜變化較小。二甲基硅橡膠析氣產(chǎn)物環(huán)聚甲基

5、硅氧烷具有良好的透光性，對石英玻璃和氧化鋅板表面造成的污染效應相對較弱。DGEBA/DICY和硅橡膠真空析氣所致的污染效應，均隨著析氣量的增加而加重。
　　帶電粒子輻照使污染膜結構發(fā)生降解或交聯(lián)，導致光吸收效應增強，使受污染石英玻璃和氧化鋅板的光學性能進一步退化，退化程度隨輻照注量增加而增大。在帶電粒子輻照后，由DGEBA/DICY可凝揮發(fā)物生成的污染膜結構呈現(xiàn)碳富集，而由二甲基硅橡膠析氣產(chǎn)物形成的污染膜中Si-Ox結構增多，形成