【摘 要】
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宇航用有机硅热界面材料目前遇到的突出问题是其在服役过程中承受高低温交变、高真空、高能电子辐照等作用时出现聚硅氧烷的迁移问题(航天热控称为“爬油”),严重影响器件的安全可靠性和使用寿命。本论文提出通过对硅凝胶拓扑网络结构设计并在导热硅凝胶体系中引入“氢键”可逆相互作用,在有效抑制聚硅氧烷迁移的同时,还能保证硅凝胶具备良好的涂覆性。完成的主要工作内容与结果如下:(1)多支链聚硅氧烷的制备与性能研究成功
【基金项目】
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国家卓越青年基金(JCJQ-ZQ-XXXX);
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宇航用有机硅热界面材料目前遇到的突出问题是其在服役过程中承受高低温交变、高真空、高能电子辐照等作用时出现聚硅氧烷的迁移问题(航天热控称为“爬油”),严重影响器件的安全可靠性和使用寿命。本论文提出通过对硅凝胶拓扑网络结构设计并在导热硅凝胶体系中引入“氢键”可逆相互作用,在有效抑制聚硅氧烷迁移的同时,还能保证硅凝胶具备良好的涂覆性。完成的主要工作内容与结果如下:(1)多支链聚硅氧烷的制备与性能研究成功制得了具备多长聚硅氧烷支链结构的聚硅氧烷。通过分子量和粘度测试发现制得的多支链聚硅氧烷(B-PDMS)的数均分子量均为同粘度线型聚硅氧烷(L-PDMS)的4倍多;通过低场核磁共振仪T2驰豫表征发现,多支链聚硅氧烷的T2驰豫时间均要小于同粘度的线型聚硅氧烷,表明其运动能力要低于同粘度的线型聚硅氧烷;DSC和TGA测试结果表明多支链聚硅氧烷具备良好的耐高低温性能,其玻璃化转变温度Tg<-126℃,结晶温度Tc<-85℃,在800℃时,其残重仍然超过了65%。(2)基于多支链结构构筑低迁移导热硅凝胶将纳米ZnO填充至多支链聚硅氧烷中制得导热硅凝胶,同时在同粘度的线型聚硅氧烷中填充相同质量份数的纳米ZnO作为对比样。通过环境扫描电镜表征发现,纳米ZnO在多支链聚硅氧烷中的分散性更好;在纳米ZnO同等填充量的条件下,多支链型聚硅氧烷基导热凝胶的热导率均要略低于线型聚硅氧烷基导热凝胶。通过流变性能测试发现多支链型聚硅氧烷基导热凝胶的零切粘度要大于线型聚硅氧烷基导热凝胶,随着纳米ZnO填充量的增加,该现象越明显,但是随着剪切速率的提高,最终粘度趋同。渗油性能测试结果表明,多支链型聚硅氧烷基导热凝胶的渗油率要显著低于线型聚硅氧烷基导热凝胶,且随纳米ZnO填充量的增加、聚硅氧烷粘度的提高,渗油率越低,在高粘度的多支链聚硅氧烷中填充200质量纳米ZnO制得的多支链型聚硅氧烷基导热凝胶的渗油率仅有1.08,基本实现了不渗油。通过热真空失重测试发现多支链聚硅氧烷制得的导热硅凝胶的TML均低于1%,满足空间环境对材料放气性能的要求。(3)基于氢键作用进一步构筑低迁移导热硅凝胶经N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂(KH-792)改性后的纳米ZnO与不同份数的羟基封端含氟聚硅氧烷(PFMS-OH)、多支链聚硅氧烷(B-PDMS)共混制备导热凝胶。变温红外测试证明了导热凝胶体系中氢键作用的存在。流变性能测试表明,随着PFMS-OH添加量的增大,材料体系中的氢键作用力越强,表现为零切粘度越大,渗油量越低,当其添加量占聚硅氧烷总量的30 wt%时,在0 Pa,100℃的条件下放置120 h仍能保持无硅油迁移现象。
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