空間高分子材料表面SiO2類薄膜的制備及其原子氧防護(hù)研究.pdf

1、在低地軌道（LEO）中，原子氧（AO）是導(dǎo)致空間高分子材料性能變化的主要原因，AO侵蝕嚴(yán)重影響了航天器的工作壽命。在空間高分子材料表面涂覆無(wú)機(jī)SiO2防護(hù)涂層是一種有效的AO防護(hù)途徑。然而，多數(shù)高分子材料表面自由能較低，濕化學(xué)法制備的無(wú)機(jī)SiO2薄膜與基體間固有的界面粘附力較差，限制了其廣泛應(yīng)用。本文從粘附現(xiàn)象出發(fā)，綜述了表面改性方法研究進(jìn)展，結(jié)合有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑改性，采用sol-gel法和溶劑熱作用分別在硅橡膠和聚甲基丙烯酸甲酯（PMM

2、A）表面制備了SiO2薄膜，探討了AO防護(hù)薄膜作用機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)空間高分子材料表面的研究具有一定的理論價(jià)值。主要研究成果如下：
　　 (1)采用溶劑熱作用改進(jìn)傳統(tǒng)的sol-gel制備方法，在PMMA基片上制備了SiO2薄膜。研究了溶劑熱作用對(duì)薄膜的物相、形貌、透光率和界面粘附力的影響。結(jié)果表明，溶劑熱作用能顯著提高SiO2薄膜在PMMA表面的附著力。溶膠的性質(zhì)主要取決于溶膠組分、催化方式等實(shí)驗(yàn)條件，調(diào)節(jié)這些參數(shù)能較好的控制薄

3、膜的微觀結(jié)構(gòu)。AFM圖片顯示堿催化薄膜和有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化薄膜表面均由尺寸均勻的顆粒堆積而成，兩種膜層的透光率在90％以上，光學(xué)減反效果明顯。
　　 (2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)的溶膠凝膠薄膜相比，在高溫水汽的環(huán)境條件下，溶劑熱鍍膜的PMMA基片表面不產(chǎn)生缺陷，薄膜與基體的粘附力更強(qiáng)。當(dāng)PMMA基片處于溶劑熱的溫度和壓力環(huán)境中，PMMA的微觀結(jié)構(gòu)擴(kuò)張，基體處理改性不僅作用在表面，而是能夠滲透到基體表面一定的深度，使其可以承受高溫水汽環(huán)境

4、。
　　 (3)利用高濃度的偶聯(lián)劑（90％）改性硅橡膠表面，通過(guò)sol-gel法在硅橡膠透鏡表面制備了無(wú)機(jī)SiO2薄膜。實(shí)驗(yàn)證明，相對(duì)于常規(guī)的低濃度偶聯(lián)劑界面改性，SiO2溶膠更容易在硅橡膠表面形成均勻分散的薄膜。掃描電鏡（SEM）研究表明薄膜均勻致密，薄膜與硅橡膠基體間沒(méi)有明顯的界面分層現(xiàn)象。采用酸/堿兩步催化，通過(guò)改變酸/堿催化體系中的H+/OH-濃度可以簡(jiǎn)單有效地實(shí)現(xiàn)透光率的控制與調(diào)節(jié)，獲得所需透光率的納米多孔二氧化硅薄