不同能量电子辐照下星用瑞侃导线性能退化研究

目的研究卫星上外露导线在空间辐射环境下的耐受能力。方法通过分析GEO轨道下在轨10年航天器外露瑞侃导线的辐照环境,研究低能和高能电子对导线性能的影响,地面模拟试验参数选择能量分别为45 keV和1 MeV,注量率均为8.3×10^10 e/(cm^2·s),总注量均为2×10^16 e/cm^2。考察瑞侃导线力学性能(断裂伸长率、拉伸强度)和电性能(击穿电压)的退化情况,并用XPS和SEM测试分析手段,对其电子辐照损伤机理进行研究。结果在不同能量电子辐照下,瑞侃导线的力学性能均略有下降,没有显著区别,而电学性能严重退化,且低能电子较高能电子对其电学性能影响更为严重,其击穿电压分别下降了100%和50%。结论通过剂量-深度分布计算,45 keV入射电子能量全部沉积在样品表层下数微米的深度范围内,完全被导线外皮吸收,对样品的损伤较大;而1 MeV入射电子能量绝大部分穿透表皮沉积在样品铜芯中,因而其性能退化情况相对低能电子较小。进一步的,通过SEM和XPS测试和分析发现,电子辐照造成瑞侃导线分子链降解,形成自由基以及气体,自由基的再交联是造成瑞侃导线损伤的重要机理。     

电子辐照Kapton/Al薄膜力学性能退化规律与机理研究

目的为航天器用Kapton/Al薄膜材料的选用提供数据支撑和高性能Kapton/Al薄膜材料的研制提供理论支持。方法用综合辐照试验装置对Kapton/Al薄膜材料进行电子辐照,用拉力试验机对Kapton/Al薄膜材料开展力学性能拉伸试验,用XPS对其成分和微观结构进行测试分析。结果Kapton/Al薄膜材料的抗拉强度和断裂伸长率随着拉伸速度的增加而降低,随着电子辐照注量的增加呈指数减小,在电子辐照下,薄膜材料分子键发生断裂和交联,C—CO和C—N键断裂发生脱氧和脱氮反应,C—H基团相对含量增大。结论电子辐照将造成Kapton/Al薄膜材料力学性能降低,薄膜材料分子价健的断裂和交联是薄膜力学性能降低的主要原因。     

星用热缩套管力学性能钴源辐照效应研究

目的研究星用热缩套管的力学性能(断裂伸长率和拉伸强度)在空间辐射环境中的退化情况。方法利用钴源放射的γ射线模拟地球轨道粒子辐照环境,通过表面形貌分析、辐解气体分析、X射线光电子能谱分析、红外光谱分析等多种手段分析热缩套管力学性能退化的原因。结果辐照后热缩套管颜色变深,力学参数出现严重退化现象。在最大辐照剂量下,材料断裂伸长率由414.3%下降为0.06%,拉伸强度由17.43 MPa下降为2.15 MPa,热缩套管原有力学性能几乎完全丧失。结论热缩套管主链出现断链现象,生成可挥发的CO2,CH4等气体,从而导致样品力学性能严重退化。     

空间环境下碳纤维/双马树脂基复合材料的性能演化及损伤机理

目的基于碳纤维/双马树脂基(CF/BMI)复合材料在航天结构材料中广泛的应用前景,研究其性能演化及损伤机理,为评估与预测其在空间环境下的服役性能及寿命提供理论依据。方法利用地面试验装置模拟不同的空间环境因素包括真空热循环、质子辐照和电子辐照,利用动态力学分析(DMA)、热重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、热膨胀分析、原子力显微镜(AFM)和力学性能测试等手段系统地研究CF/BMI复合材料在空间环境下的性能变化及损伤行为。结果真空热循环能够引发复合材料产生脱气行为与界面脱粘效应,使其横向拉伸强度退化,弯曲强度和层间剪切强度受到热循环初期固化交联作用的影响,呈现先升高后降低的变化趋势。质子辐照导致材料表面层化学键断裂及碳化,使力学性能及热性能受到一定程度的损伤。电子辐照能够引发辐照交联和辐照降解作用,在较高束流量辐照下降解作用占据主导地位成为复合材料力、热性能退化的决定性因素。结论预期研究成果为CF/BMI复合材料在空间环境下的服役性能及寿命的评估与预测提供了必要的理论依据。     

氟醚橡胶在不同介质下的热老化行为与机理研究

目的 对氟醚橡胶FM-2D在空气与飞马Ⅱ号润滑油中的热老化行为与机理进行研究。方法 开展氟醚橡胶高温贮存试验,在热氧、热油的介质环境下,研究氟醚橡胶的力学性能退化规律。试验后对样品的拉伸性能、压缩性能以及硬度进行检测,并且利用傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜以及X射线电子能谱对试验后样品进行检测。结果 通过热老化试验,发现氟醚橡胶在200℃以下能够长期维持较好的力学性能。试验温度在200℃以上,氟醚橡胶的力学性能出现明显退化趋势,并且在热空气与热油中的老化趋势不同。在220℃的热空气老化31 d后,氟醚橡胶的拉伸强度下降27.0%,断裂伸长率增大89.8%,压缩应力松弛率为34.6%,硬度下降8.7%。在220℃的热油老化31 d后,氟醚橡胶的拉伸强度下降85.9%,断裂伸长率下降83.9%,压缩应力松弛率为-17.5%,硬度上升4.2%。结论 在热空气老化过程中,橡胶分子链受热氧影响发生断裂,使其强度下降;在热油老化过程中,油介质和高温的耦合作用使橡胶的交联网络失效,橡胶发硬变脆。     

防静电热控材料低能质子辐照试验研究

防静电热控材料是航天器上常用的热控材料之一,其在空间环境下的性能退化是航天器设计中必须考虑的问题。对几种航天器上常用的防静电热控材料进行了低能质子辐照试验,并原位测量样品的太阳吸收率和表面电阻率,对低能质子辐照下的性能退化规律进行了初步分析。试验结果表明,在低能质子辐照下,这3种材料的太阳吸收率都有不同程度的上升,而表面电阻率则呈现下降的趋势。     

小冲杆试验测定重离子辐照A508-3钢的硬化和脆化

目的采用小冲杆测试方法测量高能重离子辐照反应堆压力容器A508-3钢的辐照硬化和脆化特性,为工况条件下反应堆压力容器寿命预测提供实验依据。方法采用兰州重离子加速器提供的高能C^(6+)离子通过减能装置在290℃条件下开展A508-3钢辐照实验,并在样品表面形成一定厚度、准均匀分布的离位损伤层。通过开展不同辐照剂量辐照样品的小冲杆测试,得到不同辐照剂量A508-3钢的小冲杆载荷-位移曲线。通过对小冲杆测试得到的载荷-位移曲线的分析,测定不同辐照剂量样品的辐照硬化和脆化特性。结果压力容器A508-3钢辐照样品的硬化和脆化随着辐照剂量的增加逐渐增强,0.15 dpa以前呈线性增长,而后缓慢增大,约0.2 dpa时达到饱和趋势。结论通过小冲杆测试可以得到离子辐照样品的硬化和脆化行为,A508-3钢辐照硬化和脆化行为具有一致的变化趋势。     

丁腈橡胶密封圈高温老化行为——自由状态和承压状态

目的研究丁腈橡胶密封圈自由状态和承压状态下的高温老化行为。方法以拉伸强度和拉断伸长率为参数,对各温度下的老化行为进行表征和分析。结果 70℃条件下机械应力大大加快了橡胶密封件拉伸强度的下降速率,以致试验64 d时拉伸强度甚至比110℃时还低,拉断伸长率的下降速率也明显加快了;90℃加速条件下机械应力对拉伸强度的下降有一定的促进作用,但对拉断伸长率的变化基本无影响;110℃加速条件下机械应力对拉伸强度和拉断伸长率均没有明显的影响。结论机械应力在较低温度下可以显著促进丁腈橡胶密封圈热氧老化,高温条件下促进作用不明显。     

碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能试验研究

目的研究碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能。方法利用电子万能试验机和高速液压伺服材料试验机对[(±45°)]4s和[(±45°)]8两种铺层碳纤维增强复合材料进行常温下准静态和中低应变率力学性能试验,得到不同应变率下的应力应变曲线和失效参数。结果在应变率6.7×10-4~500 s-1范围内,两种铺层材料均具有明显的应变率强化效应,材料失效应力随应变率的提高而增大。两种铺层材料均发生纤维断裂失效和局部的分层失效,但[(±45°)]4s铺层发生燕尾形失效,[(±45°)]8铺层发生剪切失效。结论获得了碳纤维增强复合材料在不同应变率下的力学性能参数,可为复合材料飞机结构的抗冲击设计和仿真分析提供准确的材料参数。     

减缓Vectran纤维光辐照降解的涂层防护研究

目的研究有效涂层防护措施,以减缓Vectran纤维在强光辐照下的老化降解。方法采用苯并三唑类紫外吸收剂、三嗪类紫外吸收剂和受阻胺类光稳定剂,与端羟基超支化聚酯改性Ti O2进行复合,并通过超声浸渍法制备纤维涂层。通过扫描电镜、透射电镜、单丝拉伸实验、紫外透射光谱和涂层附着力测试等表征手段对复合涂层进行研究。结果超声浸渍法有效改善了复合涂层与纤维的附着力,复合涂层能够保证200～380nm波长范围紫外线零透过率,涂层后纤维经336h光辐照后,保有强度比纯纤维增加了49%。结论无机/有机复合涂层极大地减轻了光辐照对纤维本体的损伤,有效地减缓了Vectran纤维的降解,可提高Vectran纤维在平流层环境的紫外防护能力,延长其作为平流层飞艇蒙皮增强材料的服役寿命。     

临近空间环境对飞艇蒙皮织物材料力学性能的影响研究

目的研究飞艇蒙皮材料在临近空间环境下的力学特性。方法根据临近空间环境的特征参数,制定空间环境地面模拟实验方案,包括高低温、紫外环境和臭氧环境下地面模拟实验方案。然后以聚氨酯涂覆Nylon织物为例,研究临近空间环境对飞艇蒙皮材料力学特性的影响,并通过红外红外光谱和原子力显微镜研究其影响机理。结果与未经高低温循环相比,弹性模量增加了11%,拉伸强度的最大变化不超过5%;经过48～240h紫外线辐照后,弹性模量提高了22%～34%,拉伸强度几乎没有变化;通过臭氧老化后,材料弹性模量的增加幅值约为6%,拉伸强度逐渐降低。结论紫外辐射对于聚氨酯涂覆Nylon织物材料弹性模量的提升效应大于高低温和臭氧老化,但对其强度的影响明显小于高低温和臭氧老化,臭氧老化对材料强度影响大于高低温和紫外辐射。     

海水环境下玻璃纤维增强复合材料力学性能演化规律研究

目的 研究海水环境下海流能发电机组叶片用玻璃纤维复合材料力学性能的变化规律.方法 在实验室内通过海水浸泡试验、拉伸试验、弯曲试验以及剪切试验,测定叶片用玻璃纤维树脂基复合材料的吸水特性,以及在人工海水介质中各项力学性能参数的演变规律.结果 随着浸泡时间的增加,玻璃纤维树脂基复合材料吸水率先逐步增大、后趋于稳定,总吸水率约0.075％.抗拉强度呈先降低、后提高、又降低的趋势,抗拉强度最高可超过1100 MPa,最小值约为940 MPa.弹性模量和弯曲强度呈逐渐降低的趋势,弹性模量降幅约9.5％,弯曲强度降幅约为30％.弯曲模量变化起伏不定,变化幅度在15％以内.材料剪切强度呈先增大、后降低的趋势,最小值为189 MPa,较初始值高10 MPa.剪切模量呈先降低、后提高的现象,在浸泡28 d时,剪切模量最小,为16.4 GPa.结论 玻璃纤维增强树脂基复合材料经过长期海水浸泡后,拉伸及抗剪切性能略有降低,但降幅不大,抗弯性能下降明显,需要在叶片结构设计和强度计算时,充分考虑抗弯性能衰减的负面影响.     

内交联型淀粉改性水性聚氨酯固沙剂的制备

文章以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚氧化丙烯二醇(PPG)为基本原料,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水化改性单体、三羟甲基丙烷(TMP)为扩链剂通过预聚体法制备了淀粉改性水性聚氨酯环保型固沙剂,研究了淀粉用量对固沙剂乳液及其所成胶膜性能的影响。研究结果表明:在扩链聚合时加入可溶性淀粉,可以得到稳定的聚氨酯乳液;随着可溶性淀粉用量的增加,乳液的粘度增加,粒径呈增大趋势,胶膜拉伸强度减小;动态热力学分析显示胶膜储能模量E’随着淀粉含量的增加而减小,而玻璃化转变温度升高;保水实验显示保水效果随淀粉含量的增加而提高。当可溶性淀粉与纯聚氨酯的质量比为10%时,胶膜的拉伸强度和断裂伸长率分别为16.7 MPa和662%,而应用此配比固沙液的沙土在测试条件下10 h的失水率仅为55.7%,达到固沙剂保水性和胶膜力学性能之间较好的平衡。     

空间粒子辐射环境下石墨膜力学性能的演变规律

目的将石墨膜置于9×10^5~9×10^7 rad(Si)总剂量下获得辐射改性石墨膜材料,探讨空间粒子辐射作用下石墨膜拉伸强度的演变规律。方法采用SEM、XRD、煅烧分析及XPS等手段分析石墨膜的结构及成分。结果石墨膜为有序堆积的层状结构,层间距为0.3355 nm,碳的质量分数高达99.75%,挥发分的质量分数为0.04%,灰分的质量分数为0.21%,XPS只检测到C1s及O1s峰。石墨膜的平均热膨胀系数为负值,且其峰值仅为-1.33×10^-6/℃,具备出色的结构稳定性。空间粒子辐射环境模拟试验表明,随着辐射剂量的升高,石墨膜的拉伸强度逐渐衰减,在更高剂量辐射下,石墨膜的拉伸强度趋向稳定。通过Raman光谱仪对辐射石墨膜结构的分析,揭示了力学性能的演变机理。结论辐射石墨膜的拉伸强度与其缺陷含量有很大的相关性,未经过辐射的原始石墨膜的缺陷含量最低,其拉伸强度最大,随着石墨膜的缺陷含量逐渐增多,其拉伸强度逐渐降低。     

聚磷酸钙可降解纤维研究

为解决材料在环境中的降解问题,制备了聚磷酸钙纤维．研究表明其结构为无定形玻璃态,抗拉强度为１．９０ＧＰａ,弹性模量为６７．５ＧＰａ,并可发生化学降解,故可作为可降解复合材料的增强纤维     

Degradation of sericin (degumming) of Persian silk by ultrasound and enzymes as a cleaner and environmentally friendly process

Degumming is a surface modification process of natural fibers such as silk. In this paper, the feasibility of degumming with ultrasonic, ultrasonic–soap, and ultrasonic–enzyme (alcalase, savinase, and mixtures of these enzymes) processes as cleaner and environmentally friendly surface modification techniques of Persian silk were investigated. The effectiveness of parameters such as sonication time, soap, ultrasound–enzyme, enzyme concentration, degumming time and enzymes mixture on silk degumming were studied. The evaluation of the data was carried out through the measurement of the weight loss, strength, and elongation of the samples. In addition, the enzymatic treatment improved the properties of silk yarn such as strength and elongation. The scanning electron microscope images were obtained for degummed silk samples. The findings of this research support the potential production of new environmentally friendly textile fibers.     

微胶囊化新型聚硫橡胶密封剂的性能试验与评估

目的研发新型聚硫橡胶密封剂,并对其性能进行综合评估。方法基于原位聚合技术,制备以脲醛树脂为壁材,液态聚硫橡胶为囊芯的微胶囊。通过考察微胶囊密封剂的稳定可靠性、力学性能(力矩和拉伸性能)等,系统评价新型微胶囊密封剂的综合性能。结果通过聚硫密封剂微胶囊化,可将其装配工序由5步简化成1步,实现密封剂的预涂覆功能。微胶囊密封剂的稳定可靠性实验结果表明,长期储存后,微胶囊颗粒形貌不变,芯材聚硫橡胶未泄露和变性,保持良好的化学反应活性。力学性能试验结果表明,与原密封剂相比,微胶囊密封剂的破坏力矩、拆卸力矩、拉伸强度和断裂拉伸强度明显提高,断裂伸长率有所下降。结论通过脲醛原位聚合技术成功制备出形貌规整、粒径分布单一的聚硫密封剂微胶囊,实现聚硫密封剂包得住、不变性的目的。囊壁材料的引入对于密封剂力学性能有较大影响。