太空环境用抗辐射环氧树脂的开发

一、引言

在太空环境中，材料需要承受极端的辐射、紫外线、原子氧和真空条件，这对材料的性能提出了极高的要求。环氧树脂作为一种常用的结构材料，其抗辐射性能的开发对于太空任务的成功至关重要。本文将探讨太空环境用抗辐射环氧树脂的开发进展和技术方法。

 二、抗辐射环氧树脂的开发

 （一）耐空间辐射环氧树脂基复合材料的制备与性能

1. 材料制备

   - 采用耐空间辐射的环氧树脂作为基体，以T300碳纤维为增强体，通过热熔法制备了单位面积纤维质量为（35±2）g/m²的超薄预浸料。使用这种超薄预浸料制备了耐空间辐射复合材料层合板，对其耐原子氧性能、耐紫外辐照性能和真空逸出等性能进行了表征。

2. 性能测试

   - 经5×10²⁰ atoms/cm²积分通量的原子氧侵蚀后，复合材料0°拉伸强度和90°拉伸强度分别下降11%和5.5%，质量损失0.32%。经总剂量为3000ESH紫外辐照后，复合材料0°拉伸强度下降1.6%，90°拉伸强度提高14.3%。在真空环境下24小时，复合材料的总质量损失（TML）＜1%，可凝挥发物＜0.1%（材料置于125℃，低于7×10⁻³ Pa）。 

 （二）超高分子量聚乙烯复合材料

1. 材料组成

   - 研究人员开发了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）与纳米环氧树脂组成的复合材料。该复合材料在银河宇宙射线（GCR）重粒子辐射实验中表现出与聚乙烯相当的高屏蔽效果，同时具有良好的力学性能和较低的成本。

2. 性能提升

   - 通过压制成型和高温加工技术，可以研制出力学性能优异的富氢复合材料。与纯铝材料相比，该复合材料的比强度增加了325%，等效辐射剂量减少了31%。 

 （三）伽马射线对星用环氧树脂胶粘剂性能的影响

1. 实验设计

   - 对比了两种环氧树脂胶粘剂（一种添加了改性纳米二氧化硅的灌封胶，一种无填料的黏结胶）在不同剂量60Co γ射线辐照下的性能变化。

2. 实验结果

   - 两种环氧树脂胶粘剂对10⁷ rad(Si)量级的γ射线具有较好的耐受性，并都在总剂量10⁴ rad(Si)附近出现性能拐点。添加了改性纳米二氧化硅的灌封胶经辐照后机械和电气性能几乎没有变化，而无填料的黏结胶经辐照后击穿电压下降15%左右。两种材料的介电性能经辐照后有一定的提高。 

 （四）生物环氧树脂在航空航天应用中的潜力

1. 材料特性

   - 由100%可再生资源制成的无毒生物环氧树脂，是可持续生物柴油制造和其他行业回收的副产品。该生物环氧树脂系统具有非常低的收缩性和高紫外线性能。

2. 应用前景

   - 该项目正在研究的新型生物环氧树脂配方具有对紫外线不敏感的特性，可以使其在航空航天和太空环境中得到应用。通过进一步的工作，将全面评估抗辐射性、抗原子氧性、耐腐蚀性、排气性和耐热性。 

 （五）太空环境卫星中嵌入式存储芯片的抗辐射化处理

1. 材料组成

   - 一种太空环境卫星中嵌入式存储芯片的抗辐射化处理方法，其抗辐射涂层包括硫酸钡、粘结树脂、锐型钦白粉和固化剂。粘结树脂由双环氧基封端的硅氧烷与三元醇在碱性条件下经超支化反应形成。

2. 制备方法

   - 将硫酸钡、粘结树脂和锐型钦白粉混合研磨得粉末料，向粉末料中加入固化剂后，经喷涂于芯片表面，固化，得抗辐射涂层。

3. 性能测试

   - 该粉末采用抗辐射涂敷，在嵌入式存储芯片表面形成一层超薄抗辐射涂层，既增强了存储芯片的抗辐射性能，又未影响到存储芯片的电学性能。

 三、结论

太空环境用抗辐射环氧树脂的开发取得了显著进展。通过材料复合、表面改性、化学键合等技术方法，可以显著提高环氧树脂的抗辐射性能、耐紫外线性能和力学性能。未来，随着技术的不断进步，有望开发出更多高性能的太空环境用抗辐射环氧树脂材料，为太空任务的成功提供有力保障。