纳米ZnO-有机硅复合涂层的抗原子氧剥蚀性能

　　200~700km高度的低空间轨道是对地观测卫星、气象卫星、载人飞船和航天飞机等运行的主要场所,大气中的原子氧(AO,Atomic Oxygen)是航天器表面化学腐蚀、剥离的主要原因[1-2].当航天器以8km/s的速度在轨道上运行时,原子氧束流以比较高的通量(1012~1015atom/(cm2·s))和约5 eV的动能与其表面相碰,这一能量足以使许多材料的化学键断裂并发生氧化;又由于原子氧本身是强氧化剂,因此造成材料质量损失、表面剥蚀和性能退化[3-6].因此,对在空间长期使用的航天器来说,需要采取抗原子氧剥蚀的保护措施.

     目前,最常用的抗原子氧剥蚀方法是在材料表面涂防护涂层[7-8],防护涂层可分为有机和无机两类,有机硅防护涂层具有良好的柔韧性、高的氧化稳定性,耐高低温冲击,是空间不可替代的保护涂层,将有机硅涂层用于不同基体材料的防护时,由于其热膨胀系数存在差异而在冷热交变过程中出现微裂纹,使得原子氧从涂层裂缝中渗入基体材料内部,而导致基体材料的破坏.纳米ZnO本身具有优良的抗原子氧剥蚀的能力及耐空间环境强烈紫外辐照的能力,且在涂层遇到冷热交变的环境中可以传递应力从而降低裂纹的产生,因此将纳米ZnO添加到有机硅中可望提高有机硅涂层的抗原子氧及空间辐照的作用.但是由于纳米ZnO具有比表面积大和比表面能大等特点,自身易团聚;另一方面,纳米ZnO表面极性较强,在有机介质中不易均匀分散,与有机基体之间结合力差,易造成界面缺陷[9-11],这就极大地限制了其纳米效应的发挥.因此,需要对纳米ZnO进行表面处理,改善它与有机基料之间的润湿性和结合力,从而达到与有机硅树脂良好混合的目的[12].

　　本研究采用有机硅作为防护涂层,并添加纳米ZnO对其进行改性,考察抗原子氧剥蚀能力,为进一步提高材料的抗原子氧剥蚀性能打下基础.

　　1　试验内容

　　1.1　试　样

　　基材:聚酰亚胺(PI, 25μm),将聚酰亚胺基体用丙酮和乙醇清洗并充分干燥后,放入干燥皿中备用.

　　原料:环氧有机硅树脂(W304);纳米ZnO(直径30nm);γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550);乙二胺.

　　1.2　涂层制备

　　纳米ZnO粒子的表面处理:采用KH-550对纳米ZnO进行表面处理(KH-550的加入量为纳米ZnO质量的3% ),将KH-550加入到醇水溶液中充分水解后加入适量乙醇,然后将上述混合物加入到纳米ZnO中常温反应,将产物分离烘干.

　　改性涂层制备:将改性过的纳米ZnO按不同的质量比,质量分数分别为0. 5%, 1. 0%, 1. 5%,2. 0%,加入到有机硅树脂中,添加3% (质量分数)的乙二胺固化剂,搅拌混合均匀.采用提拉法制备涂层,在100℃固化1. 5h.