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《航天器太阳电池用硅橡胶质子辐照损伤效应》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第24卷 第6期太 阳 能 学 报Vol124,No162003年12月ACTAENERGIAESOLARISSINICADec.,2003文章编号:025420096(2003)0620851205航天器太阳电池用硅橡胶质子辐照损伤效应张丽新,杨士勤,何世禹(哈尔滨工业大学空间材料与环境工程实验室,哈尔滨150001)摘 要:研究了在200keV能量下质子辐照空间级甲基硅橡胶的损伤效应并对损伤机理进行了初步探讨。对质子辐照后硅橡胶的力学性能进行了测试。利用红外光谱(ATR)、质谱(MS)及裂解气相
2、色谱2质谱(PYGC2MS)等方法分析了硅橡胶老化机理。结果表明,在低辐照剂量下,硅橡胶以辐照交联效应为主,其拉伸强度及表面硬度提高;在高辐照剂量下,辐照降解效应占优势,其拉伸强度及表面硬度下降。提出了在质子辐照作用下硅橡胶大分子网状结构的破坏模型。关键词:硅橡胶;交联密度;红外光谱;质谱;损伤效应中图分类号:TK513文献标识码:A辐照试验是在乌克兰产空间辐照模拟器上进行0 引 言的。该设备包括真空系统、质子加速器、电子加速硅橡胶具有优良的电绝缘性能、耐高低温、耐器及77K热沉等系统。该设备能获得
3、能量范围在臭氧及耐辐照等性能,近年来被广泛应用于航天领30～200keV任意能量的质子束、电子束或其联合-5束流。试样置于真空度为10Pa的样品室内,质域,主要用作卫星太阳电池的粘结剂,航天器舱座谱仪通过真空管道与样品室相连。试验中采用垂直的密封剂,航天器表面温控涂层的粘结剂等。航天辐照的方式,即粒子束方向与试样表面垂直。质子器在轨飞行期间,要经历复杂多变的空间环境,其能量选为Ep=200keV,辐照束流强度选为A=中以质子和电子为代表的高能带电粒子的辐照作用214011μA/cm,辐照剂量Φ的范围
4、为1×10～5×会引起硅橡胶等高分子材料的化学老化,导致其质16210/cm。辐照前,首先抽真空使样品室真空度达[1～2]损率上升,性能下降,直接影响航天器的可-510Pa,2小时后开始辐照。靠运行和寿命。20世纪80年代以来,对辐照场中利用国产LX2A型邵氏橡胶硬度计测试样品的[3～6]使用的硅橡胶已有较多的研究,但针对空间硬度,计算公式为:质子辐照场中硅橡胶的损伤效应及机理研究未见报F[7]A=549+75112HA-5道。本文利用空间辐照模拟设备研究了在10Pa式中FA———弹簧施加于硬度计压
5、针上的力,mN;真空度下,能量为200keV的质子辐照对硅橡胶的HA———硬度计的读数。损伤效应并对老化机理作了初步探讨。利用乌克兰产Э71万能静态拉伸机进行拉伸1 实验部分试验,载荷精确度为1%。拉伸性能测试按国标GB/T2568进行,测试试件尺寸如图1所示。本试验材料为航天器用空间级甲基硅橡胶。基础胶料为甲基硅橡胶(四川晨星化工厂),牌号为108型,分子量为68000,经真空处理后加入填料。100份基础胶中加2～3份数(重量)的Si(OEt)4和3～5份Bu2Sn(OCOC11H23)2,混合调
6、匀,在真空下脱气数分钟,以脱除其中气泡,然后倒入聚四氟图1 拉伸试件尺寸,mmFig11Thesamplesizefortensilepropertytest乙烯模具进室温硫化。 收稿日期:2002208206 基金项目:国家重点基础研究专项经费资助课题(G19990650) 太 阳 能 学 报 85224卷 交联密度测试样品重量为W1,放入30mL甲剂量的增加首先提高而后趋于平缓。由图4可见,苯中于298K下溶胀,
7、经一定时间后取出,并迅速质子辐照后,硅橡胶玻璃转变点(Tg)随辐照剂量用滤纸轻轻擦去其表面的溶剂,立即放入已知重量15-2的增加向高温移动,当剂量大于10cm时,Tg的称量瓶中,即刻盖好盖子,称其重量。重复上述开始下降。上述两种结果表明,小剂量质子辐照操做直至溶胀平衡(约72h)。记录溶胀平衡时样品后,试样中主要发生了分子链交联。交联点的增加的重量W2。然后将此样品在353～363K下除去所使试样溶胶量下降,交联密度增加。同时也限制了吸收的溶剂,再称重W3。W3与W1之差即为溶分子链的运动,并减小其
8、排列规整性,导致DMA胶量。测试中Tg随辐照剂量的增加移向高温。当辐照剂[8]根据下述公式计算交联密度Ve:量大于1015cm-2时,Tg随辐照剂量的变化重新移2Ve=[ln(1-V2)+V2+01465V2]/向低温,这说明除辐照交联外又出现另一种辐照效1/3106127(V2-015V2)应,与交联相反使Tg下降,显然,这另一种效应式中V2为溶胀平衡时样品中聚合物所占的体积分是辐照降解。数,可由W1、W2及样品密度计算求得。采用动态力学方法(DMA)在123～42
