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《中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)》 2019年
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复杂条件下聚醚醚酮的辐照效应研究

谭海容  
【摘要】:聚醚醚酮(Poly(ether-ether-ketone),PEEK)是一种芳香有机热塑性聚合物,具有高熔点、耐化学腐蚀、耐水解、耐摩擦和耐辐照等优异性能,被广泛运用于航天航空、电子信息、能源、机械、汽车等领域。在复杂辐照条件下,高能射线会引发PEEK裂解、交联及氧化反应,损害材料性能,降低装置及系统运行的可靠性,甚至缩短服役寿命。研究氧、热环境下PEEK的辐照效应,评估材料辐射老化对性能的影响,可以为预测PEEK部件的服役寿命提供科学依据。本论文通过ESR测试分析了空气和氧气条件下电子束辐照PEEK的自由基种类和浓度以及辐照样品高温热退火后的自由基演变。研究了电子束辐照下氧气含量、辐照温度、吸收剂量对辐照PEEK的化学结构、氧化程度、熔融行为、热稳定性、结晶结构等性能的影响。具体研究内容及结果如下:(1)将不同尺寸的PEEK粉末和薄膜分别在空气和氧气条件下进行电子束辐照,通过ESR分析了PEEK辐照后以及高温热退火后的自由基种类和浓度。研究发现,室温空气和氧气下辐照样品中主要有苯氧自由基和过氧自由基。自由基浓度随吸收剂量增加逐渐增加。氧气下辐照样品由于更多过氧化物的产生导致自由基浓度比空气下辐照样品更低。将辐照后的样品置于50-250oC进行热退火处理,并在冷却至室温后进行ESR测试。随着温度增加,空气条件下辐照样品的自由基浓度逐渐降低;氧气条件下辐照样品的自由基浓度先增加后降低。将辐照后的样品置于300oC热退火不同时间,并在冷却至室温后进行ESR测试。分析发现样品中主要有苯氧自由基,随着退火时间的延长苯氧自由基数量没有显著变化,氧气下辐照样品由于更多过氧化物的分解导致苯氧自由基浓度比空气下辐照样品更高。(2)通过FT-IR、XPS、DSC、TGA、XRD等表征手段详细研究了电子束辐照下氧气含量、辐照温度、吸收剂量对PEEK性能的影响。随着氧气含量、辐照温度、吸收剂量的增加,PEEK样品的氧化程度增加。反映在表征结果中羰基和芳醚键的红外吸收峰强度增加,样品中的O/C比例增加,样品的热稳定性、熔融温度和结晶温度的降低。但PEEK辐照前后XRD特征衍射峰的峰强度和峰位置并没有明显变化,说明辐照对样品的晶体结构没有较大影响。在500-4500kGy范围内,随吸收剂量的增加,PEEK薄膜表面氧化物增加造成接触角逐渐降低;而PEEK薄膜拉伸断裂应力和断裂伸长率先增后降,这是低剂量下PEEK辐照交联占主导作用,而随着吸收剂量的增加,辐照裂解逐渐占据主导作用的结果。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TQ317

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