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聚合物材料真空析气是导致航天器在轨服役期间产生分子污染的主要因素,分子污染效应导致敏感表面性能退化,甚至失效。论文利用空间环境模拟设备以及FTIR、XPS、AFM、EPR、气相质谱、紫外-近红外光谱和质量测量等分析方法,系统研究了带电粒子辐照对双酚 A缩水甘油醚型环氧树脂(DGEBA/DICY)和二甲基硅橡胶两种聚合物材料真空析气特性及对敏感表面分子污染效应的影响。 试验表明,在标准真空析气效应试验(10-4Pa、125℃、24h)条件下,DGEBA/DICY析气产物主要是固化剂双氰胺、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯和双酚A缩水甘油醚环氧树脂单体。二甲基硅橡胶的析气产物主要是环聚甲基硅氧烷。温度对材料的真空析气特性有显著影响,只有在75~80℃以上,才能检测到可凝挥发物,随温度的升高,质量损失和可凝挥发物量增加。 带电粒子辐照对聚合物材料的真空析气特性有明显影响。经电子和质子后,真空析气特性的变化与材料的降解或交联机制密切相关。DGEBA/DICY属于辐照降解型聚合物,辐照对其析气过程有明显的增强效应。辐照过程中主链的C-O键、固化结构中的C-N键及异丙基中的C-C键发生断裂,形成自由基,并通过化学反应生成新的端基。依据DGEBA/DICY辐照降解机理,建立了反映降解产物随辐照注量变化规律的动力学模型。二甲基硅橡胶在质子辐照下以降解为主,在电子辐照下则表现为交联。所以质子辐照使二甲基硅橡胶的析气量和质损量增加,电子辐照的作用与之相反。 电子辐照后,DGEBA/DICY析气产物中出现了酞酸酯、对苯酚以及胍基和氰氨等小分子物质。而经质子辐照后,还增加了双酚A和邻苯甲酸-甲酸正辛酯等降解过程中生成的物质。粒子辐照对硅橡胶析气产物影响不大。 DGEBA/DICY析气产物对敏感表面有明显的分子污染效应。污染膜使石英玻璃在紫外和可见波段光谱透过率显著下降,在近红外波段性能退化程度随波长的增加逐渐减弱。污染膜使氧化锌板的光谱反射率退化主要发生在近红外波段,紫外和可见波段的光谱变化较小。二甲基硅橡胶析气产物环聚甲基硅氧烷具有良好的透光性,对石英玻璃和氧化锌板表面造成的污染效应相对较弱。DGEBA/DICY和硅橡胶真空析气所致的污染效应,均随着析气量的增加而加重。 带电粒子辐照使污染膜结构发生降解或交联,导致光吸收效应增强,使受污染石英玻璃和氧化锌板的光学性能进一步退化,退化程度随辐照注量增加而增大。在带电粒子辐照后,由DGEBA/DICY可凝挥发物生成的污染膜结构呈现碳富集,而由二甲基硅橡胶析气产物形成的污染膜中Si-Ox结构增多,形成色心缺陷。 在试验数据的基础上,建立了在一定分子沉积量条件下敏感表面光学性能退化预测的方法,提出了分子污染效应辐照影响修正的思路。利用分子污染效应仿真软件,针对简化的卫星模型,给出了地球同步轨道服役10年条件下DGEBA/DICY和二甲基硅橡胶两种材料析气产物在氧化锌涂层表面的分子沉积质量,以及太阳吸收比的变化。