三维石墨烯-POSS纳米复合材料改性的聚酰亚胺及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种三维石墨烯

【技术实现步骤摘要】
三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料改性的聚酰亚胺及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热控材料
，具体涉及一种三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料改性的聚酰亚胺及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚酰亚胺具有中吸辐比(αs/εh)、抗带电粒子辐射、抗紫外线辐照、耐冷热循环、真空挥发物少和使用方便等多重突出优点，常用作航天器外表面多层隔热组件的面膜，是航天器重要的热控制材料，被广泛应用为航天器的太阳电池阵列的柔性基板、多层热绝缘毯和电路系统的绝缘保护层。
[0003]空间站、小卫星等航天器长期工作于低地球轨道，低地球轨道环境是一复杂的动态环境，空间环境的不同组成成分对航天器系统的功能、可靠性和寿命都会产生重要影响，主要包括高真空、带电粒子、紫外、原子氧、等离子体、空间微流星体及碎片等因素，其中原子氧被认为是最危险的因素之一。
[0004]低地球轨道的原子氧具有高通量和强氧化性，会快速侵蚀航天器表面的主要热控材料
‑‑
聚酰亚胺，使其光学、电学、力学等重要性能退化，从而导致航天器工作效率下降，使用寿命缩短，系统目标设计失败。
[0005]中国专利CN 112795036 A公开一种石墨烯改性聚酰亚胺复合薄膜的制备方法，该薄膜由改性氧化石墨烯引入聚酰亚胺基体中，通过多异氰酸酯对氧化石墨烯改性增大层间距，提高了氧化石墨烯在聚酰亚胺基体中的分散性，然而，仍存在着抗原子氧性能较差、空间环境适应性不足的弱点。
[0006]随着航天器寿命的不断提升，在轨可靠性的提高，对聚酰亚胺提出了长寿命、耐原子氧的要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料改性聚酰亚胺及其制备方法。普通聚酰亚胺的原子氧侵蚀率约为3
×
10
‑
24
cm3/atom，难以满足低轨道航天器长寿命的需求。三维石墨烯/POSS纳米复合材料改性聚酰亚胺的原子氧侵蚀率优于0.8
×
10
‑
24
cm3/atom。
[0008]第一方面，本专利技术提供一种三维石墨烯纳米材料，所述三维石墨烯纳米材料通过包括如下步骤的方法制备所得：
[0009]S1、将镍泡沫模板置于耐高温容器中，在所述耐高温容器中加入氢催化剂，在保护气氛下进行第一反应；
[0010]S2、第一反应结束后，在高温容器中通入甲烷或乙烷，在保护气氛下进行第二反应；
[0011]S3、将第二反应后的产物用聚甲基丙烯酸甲酯浸涂，之后用酸性溶液浸泡，并冲
洗，得到所述三维石墨烯纳米材料。
[0012]步骤S1中，第一反应的条件为：温度700
‑
900℃；反应时间15
‑
20min。
[0013]步骤S3具体为：将第二反应后的产物用聚甲基丙烯酸甲酯浸涂，之后用浓度为0.2
‑
2mol/L的热盐酸浸泡2
‑
3小时，并冲洗，得到所述三维石墨烯纳米材料。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料，其通过包括如下步骤的方法制备获得：
[0015]A、将POSS材料和四氢呋喃混合均匀，制备成混合液；
[0016]B、将上述制备得到的三维石墨烯纳米材料添加到步骤A的混合液中，加热反应，制备得到所述三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料。
[0017]步骤A中，所述POSS材料选自氨基丙基异丁基POSS、八甲烯基类POSS、八乙烯基类POSS、一丙烯基丁基POSS中的一种或几种；其中，混合溶液中所述POSS质量百分比1％
‑
20％。
[0018]第三方面，本专利技术提供一种三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料改性的聚酰亚胺，所述三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料通过如下方法制备获得：
[0019]将上述的三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料加入聚酰胺酸溶液中，在保护气氛下，加热反应，制备得到三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料改性聚酰亚胺。
[0020]所述加热反应的条件为：温度200℃
‑
500℃，反应时间为3
‑
5小时。当温度低于200℃时，聚酰胺酸亚胺化不完全，无法全部转变为聚酰亚胺，这样产品就会在使用时遇到加热继续发生亚胺化，这时反应生成的水会严重降低聚酰亚胺的性能。当温度高于500℃时，则聚酰亚胺会开始慢慢热分解，其性能随着高温热分解的发生而不断下降。
[0021]所述聚酰胺酸溶液中还加入三硅醇苯基倍半硅氧烷。
[0022]三硅醇苯基倍半硅氧烷与聚酰胺酸混合溶液中三硅醇苯基倍半硅氧烷质量百分比为5％
‑
20％。
[0023]加入的三硅醇苯基倍半硅氧烷一方面能提高聚酰亚胺的Si含量，从而有效提升聚酰亚胺的耐原子氧性能；另一方面，三硅醇苯基倍半硅氧烷与三维石墨烯POSS材料发生物理、化学结合，提高聚酰亚胺的力学性能、耐热性能，提升聚酰亚胺的耐空间环境适应性。
[0024]所述的三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料在航空航天领域中热控制材料制备中的应用也属于本专利技术保护的对象。
[0025]作为本专利技术的一个实施方式，所述的一种三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料改性聚酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
[0026]通过模板辅助直接热化学气相沉积法制备三维石墨烯；
[0027]以镍泡沫为模板，在700℃
‑
900℃高温石英管中，加入含氢催化剂，通入恒定流量的氩气、氢气混合气体；5
‑
15分钟后，通入少量甲烷；反应时间取决于总气流的浓度和镍泡沫的尺寸，一般反应时间为1
‑
2小时。
[0028]在氩气、氢气保护气氛作用下，使石英管快速冷却至室温；
[0029]将样品从石英管内取出，用聚甲基丙烯酸甲酯浸涂，10
‑
30分钟后，用浓度为0.1
‑
2mol/L的热盐酸浸泡3
‑
6小时；
[0030]将样品从盐酸溶液中取出，并用纯净水冲洗；将样品放置在700℃
‑
900℃高温石英管中，在氩气、氢气保护气氛中放置1
‑
3小时，得到三维石墨烯；
[0031]把氨基丙基异丁基POSS溶于四氢呋喃配置成混合溶液，溶液中氨基丙基异丁基POSS含量为1％
‑
20％，将溶液超声15
‑
30分钟。
[0032]将三维石墨烯添加到上述混合溶液中，三维石墨烯含量为0.5％
‑
5％。40℃
‑
80℃条件下搅拌反应3
‑
5小时。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维石墨烯纳米材料，其特征在于，所述三维石墨烯纳米材料通过包括如下步骤的方法制备所得：S1、将镍泡沫模板置于耐高温容器中，在所述耐高温容器中加入氢催化剂，在保护气氛下进行第一反应；S2、第一反应结束后，在高温容器中通入甲烷或乙烷，在保护气氛下进行第二反应；S3、将第二反应后的产物用聚甲基丙烯酸甲酯浸涂，之后用酸性溶液浸泡，并冲洗，得到所述三维石墨烯纳米材料。2.根据权利要求1所述的三维石墨烯纳米材料，其特征在于，步骤S1中，第一反应的条件为：温度700
‑
900℃；反应时间15
‑
20min。3.根据权利要求1所述的三维石墨烯纳米材料，其特征在于，步骤S3具体为：将第二反应后的产物用聚甲基丙烯酸甲酯浸涂，之后用浓度为0.2
‑
2mol/L的热盐酸浸泡2
‑
3小时，并冲洗，得到所述三维石墨烯纳米材料。4.一种三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料，其特征在于，所述三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料通过包括如下步骤的方法制备获得：A、将POSS材料和四氢呋喃混合均匀，制备成混合液；B、将权利要求1
‑
3中任一项所述的三维石墨烯纳米材料添加到步骤A的混合液中，加热反应，制备得到所述三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料。5.根据权利要求4所述的三维石墨烯
‑
POSS纳米复合材料，其特征在于，步骤A中，所述POSS材料选自氨基...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘阳阳，曹康丽，周博，苏京，韩贺祥，刘刚，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：