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氰酸酯树脂的制备和辐照条件下真空析气效应研究

舒斌  
【摘要】:氰酸酯树脂是一种性能优异的聚合物材料,在空间技术中有着广泛的应用前景。本文利用特定的固化工艺,制备了纯氰酸酯树脂EP00和5wt%E51环氧树脂改性的氰酸酯树脂EP05两种材料,利用空间综合辐照设备和高能电子加速器,研究了两种材料在带电粒子辐照前后的真空析气特性。重点分析了电子辐照后氰酸酯树脂分子结构和真空析气特性的变化机理,可为氰酸酯树脂的空间应用提供基础数据和理论支持。 在固化反应动力学研究基础上,参照国内外已有氰酸酯树脂固化工艺,制备了EP00和EP05两种板材。两种材料均具有较高的固化度,改性后的氰酸酯树脂固化度略有降低,弹性模量提高了24.85%。在《真空中材料挥发性能测试方法》(QJ1558-88)规定的析气试验条件下,EP00和EP05的TML分别为0.499%和0.430%,远小于空间材料真空析气筛选标准。 试验表明,电子辐照条件下,氰酸酯树脂单位面积的质量损失随着辐照注量的升高而降低,而且电子能量越大影响越显著。150keV电子能量较低,对材料真空析气性能的影响较弱,在经7.3×10~(15e/cm~2注量辐照后,EP00和EP05的质量损失比未辐照样品分别降低了9.2%和7.7%。在经能量为1MeV、注量为3×10~(15)e/cm~2电子辐照后,EP00和EP05的质量损失的下降达到34.1%和51.2%,继续增加注量已经没有明显的影响。 利用原位质谱、电子顺磁共振(EPR)、傅里叶红外光谱(FTIR)、示差量热扫描(DSC)、扫描电镜(SEM)等手段,对电子辐照后氰酸酯树脂的结构变化及其对真空析气的影响机理进行了探讨。结果表明,辐照过程中氰酸酯树脂发生了交联反应,固化度进一步得到提高,这是导致真空析气效应减弱的主要原因。在辐照过程中,还伴有部分侧甲基断裂,但由于其数量较少,加之网状结构不利于断裂的小分子向表面扩散,因此该过程对材料的真空析气过程没有明显的促进作用。 应用空间带电粒子能谱等效模拟试验方法,对两种材料进行了地球同步轨道(GEO)在轨服役8年地面综合辐照模拟试验,试验后EP00和EP05真空析气的质量损失分别为0.471mg/cm~2和0.216mg/cm~2,比辐照前有明显降低,证明了氰酸酯树脂在空间真空和辐照环境下具有良好的稳定性。


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