納米改性環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料空間環(huán)境損傷效應(yīng)研究.pdf

1、本文針對地球同步軌道的空間環(huán)境，利用空間環(huán)境因素地面模擬器模擬地球同步軌道的質(zhì)子、電子以及真空熱循環(huán)環(huán)境。低能質(zhì)子和電子能量為170keV，輻照注量范圍為6.39×1015～6.39×1016/cm2，真空室10-5Pa，環(huán)境溫度293K；高能電子能量為1MeV，輻照實(shí)驗(yàn)在常溫常壓下進(jìn)行，輻照注量范圍為1.71×1015～1.71×1016e/cm2；熱循環(huán)在真空(10-5Pa)環(huán)境下進(jìn)行，熱循環(huán)的溫度范圍在173K～373K。對M55

2、J/AG80及其納米TiO2顆粒改性M55J/AG80復(fù)合材料在空間環(huán)境因素作用下的性能演化規(guī)律和微觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了比較和研究。建立了材料在真空(10-5Pa)出氣、力學(xué)性能、熱膨脹系數(shù)與輻照注量和熱循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線，對納米粒子的增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)行了分析，并對空間環(huán)境因素的損傷機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　真空出氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米改性前后M55J/AG80復(fù)合材料均滿足美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ATSM)標(biāo)準(zhǔn)E593-84。添加納米粒子使材料總質(zhì)量

3、損失(TML)和可凝揮發(fā)物(CVCM)均降低。
　　輻照實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輻照損傷主要發(fā)生在樹脂基體內(nèi)部，輻射交聯(lián)和降解兩個(gè)過程往往是同時(shí)存在的，但相互制衡。不同輻照因素的損傷效應(yīng)均與輻照注量有關(guān)。170keV質(zhì)子與質(zhì)子/電子輻照條件下，納米改性前后M55J/AG80復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和縱橫剪切強(qiáng)度單調(diào)增高；M55J/AG80(nano)輻照前后的彎曲強(qiáng)度和縱橫剪切強(qiáng)度均低于M55J/AG80；M55J/AG80(nano)輻照前后的

4、層間剪切強(qiáng)度均高于M55J/AG80。1MeV高能電子輻照條件下，M55J/AG80(nano)輻照前后的彎曲強(qiáng)度均低于M55J/AG80；M55J/AG80(nano)的層間剪切強(qiáng)度在輻照注量范圍內(nèi)的變化幅度小于M55J/AG80；M55J/AG80(nano)縱橫剪切強(qiáng)度總體上比M55J/AG80縱橫剪切強(qiáng)度較高，說明納米粒子的添加可能起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用。XPS分析表明，輻照注量為6.39×1015～3.20×1016/cm2范圍

5、內(nèi)170keV質(zhì)子、質(zhì)子/電子輻照條件下，隨著輻照注量增加，C元素和C-C鍵含量單調(diào)增加，材料表面產(chǎn)生碳富集效應(yīng)。
　　熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，納米改性前后M55J/AG80復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度，層間剪切強(qiáng)度和縱橫剪切強(qiáng)度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。溫度在-100～100℃范圍內(nèi)，M55J/AG80(nano)原始試樣的0°熱膨脹系數(shù)低于M55J/AG80。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，材料的0°熱膨脹系數(shù)先上升后下降；M55

6、J/AG80材料的0°熱膨脹系數(shù)與循環(huán)前相比變化不大。納米改性前后M55J/AG80復(fù)合材料的90°熱膨脹系數(shù)隨溫度增加呈現(xiàn)單調(diào)遞增的趨勢。AFM分析表明M55J/AG80(nano)原始試樣的表面粗糙度均高于M55J/AG80，輻照條件下，隨著輻照注量的增加，表面粗糙度Ra增大；真空熱循環(huán)條件下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，表面粗糙度Ra減低。
　　經(jīng)過真空熱循環(huán)后，性能變化主要由于交聯(lián)密度的變化及界面脫粘程度變化所引起的，沒有發(fā)生新的