一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜，通过在聚丙烯酸中按重量百分比掺杂2

【技术实现步骤摘要】
一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及功能性聚酰亚胺薄膜
，尤其涉及一种高强度耐原子氧聚酰亚胺 透明薄膜、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]大部分航天器运行在距地面200～700km的低地球轨道(low earth orbit，LEO)。在 这个轨道高度上有诸多环境因素影响航天器的运行和工作寿命，例如热循环、空间碎片、 紫外辐照和空间原子氧，其中原子氧(atomic oxygen，AO)被证明是最重要和最危险的影 响因素。低地球轨道运行的航天器与运行轨道中的原子氧发生撞击，其相对速度大约为 8km/s，撞击冲量大约为1014～1015/cm2·
s，会在航天器表面产生大约4～5eV的撞 击能，这足以使航天器表面的多数有机材料发生化学断键并被氧化，导致其性能退化。
[0003]近年来，聚合物材料的原子氧效应研究受到了越来越广泛的重视，它不仅是LEO空间 环境效应研究中的一项重要内容，同时也是航天器设计所必须考虑的关键因素之一。聚酰 亚胺(polyimide，PI)是航空航天领域中的一种常见材料，为了能够有效降低原子氧对航 天器表面产生的侵蚀，常用的方法有以下两种：一是表面涂层法，即在高聚物表面涂覆不 与原子氧反应的保护涂层，如SiO2与Al2O3等来改善AO对空间材料的侵蚀；二是基体强 化法，即将抗原子氧侵蚀性能好的硅、磷、锆、锡等元素，引入到聚合物基体中，利用上 述元素在空间原子氧环境中具有“自愈合”或“自修复”功能来提高空间材料的抗原子氧 性能。
[0004]聚酰亚胺(PI)材料因其突出的热稳定性和机械性能等特性，在航空航天领域具有重 要应用，例如可作为航天飞行器的结构复合材料、太阳能电池阵列的柔性基板等。航天飞 行器在低地轨道(LEO)面临诸多恶劣环境考验，包括真空紫外线(VUV)辐射、原子氧(AO) 攻击和高低温热循环等，这会严重影响PI材料的使用性能和航天飞行器的安全及寿命。 其中，AO侵蚀破坏是PI材料在近地轨道环境下面临的最严重危害之一。因此，如何提高 PI材料的耐原子氧性能是面临的重要技术挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜、制备方法及其应用， 其力学性能和机械性能好，拉伸强度高，最高抗拉强度均高达89MPa左右，具有优异的耐 原子氧性，因此可以解决
技术介绍
中涉及的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜，通过在聚丙烯酸中按重量百分比掺杂2
‑
3％ 的2,5
‑
双{[4
‑
氨基苯氧基]苯基}二苯基氧膦、10
‑
15％的超支化聚硅氧烷以及4
‑
6％的纳米 SiO2制备而成。
[0008]作为本专利技术的一种优选改进：按重量百分比掺杂2％的2,5
‑
双{[4
‑
氨基苯氧基]苯基} 二苯基氧膦、10％的超支化聚硅氧烷以及4％的纳米SiO2。
[0009]作为本专利技术的一种优选改进：按重量百分比掺杂3％的2,5
‑
双{[4
‑
氨基苯氧基]苯
基} 二苯基氧膦、15％的超支化聚硅氧烷以及6％的纳米SiO2。
[0010]本专利技术还提供了一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0011]步骤一、将二苯基氧膦溶于非质子强极性溶剂中，搅拌后形成均相溶液，加入二氧化 硅前驱体，在30
‑
45℃温度下搅拌，制成浆液；
[0012]步骤二、将上述浆液中加入聚酰氨酸前驱体，加热到170
‑
180℃，反应8
‑
10小时后， 得到浅表层富集二氧化硅前驱体的聚酰亚胺薄膜；
[0013]步骤三、对所述的聚酰亚胺薄膜进行表面酸化处理，在聚酰亚胺薄膜表面原位诱导生 成二氧化硅溶胶层；
[0014]步骤四、继续加热，直至熔化，搅拌，得到聚酰氨酸胶浆；
[0015]步骤五、按重量百分比，将10
‑
15％的超支化聚硅氧烷、2
‑
3％的2,5
‑
双{[4
‑
氨基苯氧 基]苯基}二苯基氧膦以及4
‑
6％的纳米SiO2加入至聚酰氨酸胶浆，搅拌均匀；
[0016]步骤六、流延，得到高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜。
[0017]作为本专利技术的一种优选改进：在步骤一中，搅拌速度为600
‑
800转/分钟。
[0018]作为本专利技术的一种优选改进：在步骤三中，酸化处理时间为12
‑
15小时。
[0019]作为本专利技术的一种优选改进：在步骤四中，加热温度变化率为5
‑
7℃/分钟。
[0020]作为本专利技术的一种优选改进：在步骤四中，搅拌速度为200
‑
250转/分钟。
[0021]作为本专利技术的一种优选改进：在步骤六中，流延厚度为0.1
‑
0.15毫米。
[0022]本专利技术还提供了一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜的应用，将提供的高强度耐原 子氧聚酰亚胺透明薄膜用于航天飞行器表面保护。
[0023]与相关技术相比，本专利技术提供的一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜、制备方法及 其应用具有如下优点：力学性能和机械性能好，拉伸强度高，最高抗拉强度均高达89MPa 左右，具有优异的耐原子氧性。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于 本专利技术保护的范围。
[0025]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅 用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发 生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0026]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解 为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、
ꢀ“
第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个
”ꢀ
的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0027]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解， 例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也 可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的 连通
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜，其特征在于：通过在聚丙烯酸中按重量百分比掺杂2
‑
3％的2,5
‑
双{[4
‑
氨基苯氧基]苯基}二苯基氧膦、10
‑
15％的超支化聚硅氧烷以及4
‑
6％的纳米SiO2制备而成。2.根据权利要求1所述的一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜，其特征在于：按重量百分比掺杂2％的2,5
‑
双{[4
‑
氨基苯氧基]苯基}二苯基氧膦、10％的超支化聚硅氧烷以及4％的纳米SiO2。3.根据权利要求1所述的一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜，其特征在于：按重量百分比掺杂3％的2,5
‑
双{[4
‑
氨基苯氧基]苯基}二苯基氧膦、15％的超支化聚硅氧烷以及6％的纳米SiO2。4.一种高强度耐原子氧聚酰亚胺透明薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将二苯基氧膦溶于非质子强极性溶剂中，搅拌后形成均相溶液，加入二氧化硅前驱体，在30
‑
45℃温度下搅拌，制成浆液；步骤二、将上述浆液中加入聚酰氨酸前驱体，加热到170
‑
180℃，反应8
‑
10小时后，得到浅表层富集二氧化硅前驱体的聚酰亚胺薄膜；步骤三、对所述的聚酰亚胺薄膜进行表面酸化处理，在聚酰亚胺薄膜表面原位诱导生成二氧化硅溶胶层；步骤四、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张步峰，廖波，钱心远，
申请(专利权)人：株洲时代华鑫新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：