本申請(qǐng)涉及材料制備,尤其涉及一種具有抗原子氧侵蝕作用的硬質(zhì)塑料泡沫材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù):
1、近年來(lái),隨著科技的進(jìn)步和人們認(rèn)識(shí)的增加,航天領(lǐng)域也需要向高精度、高集成、高功率方向發(fā)展才能與日益高漲的需求相匹配,這也就要求航天器,尤其是長(zhǎng)時(shí)間處于太空中的空間站、衛(wèi)星等具備更優(yōu)異的質(zhì)量和更高的使用壽命。然而,運(yùn)行在低地球軌道中的飛行器卻飽受環(huán)境中原子氧(ao)的危害,它可以侵蝕航天器表面聚合物材料,導(dǎo)致聚合物質(zhì)量損失、性能退化甚至失效,嚴(yán)重影響空間站的可靠性和耐久性,阻礙航天事業(yè)發(fā)展。
2、氧分子被太陽(yáng)紫外線輻照后,發(fā)生光致分解會(huì)生成ao,由于在軌道中的航天器運(yùn)行速度較高,如果與ao發(fā)生撞擊,其相對(duì)動(dòng)能就高達(dá)4~5ev;ao還具有極強(qiáng)的氧化性和反應(yīng)活性,極易與材料發(fā)生相互作用,從而侵蝕航空器,當(dāng)ao侵蝕入航空器內(nèi)部后,就會(huì)引發(fā)“淘蝕”現(xiàn)象,進(jìn)而更深一步的侵蝕航空器內(nèi)部結(jié)構(gòu),使內(nèi)部材料產(chǎn)生裂紋、脆化、質(zhì)損、變形等現(xiàn)象。
3、而普通的泡沫材料不具備耐原子氧的作用,當(dāng)航空器外部材料被侵蝕后,內(nèi)部泡沫結(jié)構(gòu)極易被腐蝕,降低泡沫材料的力學(xué)、熱學(xué)性能,從而導(dǎo)致航天器使用壽命降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)的目的即在于提供一種具有耐原子氧侵蝕作用的硬質(zhì)塑料泡沫材料及其制備方法,能夠在保持泡沫材料高強(qiáng)度、耐高溫等力學(xué)性能的同時(shí),還能兼具良好的抗原子氧侵蝕功能,可應(yīng)用于航空航天材料領(lǐng)域。
2、具體的,本申請(qǐng)涉及一種抗原子氧侵蝕的硬質(zhì)塑料泡沫材料的制備方法,包括將聚合物、引發(fā)劑、改性劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、成核劑按照一定的質(zhì)量比制備成物料混合液后進(jìn)行聚合反應(yīng),再加熱發(fā)泡得到所述抗原子氧侵蝕的硬質(zhì)塑料泡沫材料,其中,所述聚合物為包含丙烯酸類(lèi)化合物、丙烯腈類(lèi)化合物和共聚反應(yīng)物的混合物,所述改性劑包括籠型聚倍半硅氧烷。
3、進(jìn)一步的,所述制備方法中,所述聚合物、引發(fā)劑、改性劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、成核劑的質(zhì)量比為20-70:1-5:1-20:1-10:1-5:1-5。
4、進(jìn)一步優(yōu)選的,所述所述聚合物與所述改性劑的質(zhì)量比為10:1-4:1。
5、進(jìn)一步的,所述聚合物中丙烯酸類(lèi)化合物、丙烯腈類(lèi)化合物和共聚反應(yīng)物的質(zhì)量比為30-50:20-30:1-15,所述丙烯酸類(lèi)化合物為丙烯酸和/或甲基丙烯酸,所述丙烯腈類(lèi)化合物為丙烯腈和/或甲基丙烯腈,所述共聚反應(yīng)物為丙烯酸酯類(lèi)化合物、酰胺類(lèi)化合物、酸酐類(lèi)化合物或苯乙烯中的一種或兩種以上。
6、進(jìn)一步的,所述制備方法中的改性劑由硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑和去離子水在酸性環(huán)境下進(jìn)行水解縮合得到。
7、進(jìn)一步的,所述硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑和去離子水的質(zhì)量比為0.1-10:30-70:10-30。
8、進(jìn)一步的,所述硅烷偶聯(lián)劑選自kh-540、kh-550、kh-792、kh-230、si-151、si-171、usi-801、mtms、苯基三氯硅烷或g氨丙基三乙氧基硅烷的一種或兩種以上。
9、進(jìn)一步的,所述有機(jī)溶劑選自氯仿、丙酮、甲醇或乙醇中的一種或兩種以上。
10、進(jìn)一步的,所述制備方法中,,所述引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁酸二甲酯、過(guò)氧化十二碳酰或過(guò)氧化二異丙苯中的一種或兩種以上,所述交聯(lián)劑選自多元醇類(lèi)、金屬氧化物類(lèi)或金屬鹽類(lèi)交聯(lián)劑,所述發(fā)泡劑選自為異丙醇、叔丁醇、叔戊醇、尿素、甲基脲、二甲基脲、異丁醇、正丁醇或己醇中的一種或兩種以上,所述成核劑選自碳酰胺、甲酰胺、n-甲基甲酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二氧化鈦中的一種或兩種以上。
11、本申請(qǐng)還涉及一種抗原子氧侵蝕的硬質(zhì)塑料泡沫材料,其中,包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料:聚合物20-70份,引發(fā)劑1-5份,改性劑1-20份,發(fā)泡劑1-10份,交聯(lián)劑1-5份,成核劑1-5份。
12、進(jìn)一步優(yōu)選的,所述聚合物與所述改性劑的質(zhì)量比為10:1-4:1。
13、進(jìn)一步的,其中所述聚合物為包含丙烯酸類(lèi)化合物、丙烯腈類(lèi)化合物和共聚反應(yīng)物組成混合物,所述改性劑包括籠型聚倍半硅氧烷。
14、進(jìn)一步的,所述聚合物中丙烯酸類(lèi)化合物、丙烯腈類(lèi)化合物和共聚反應(yīng)物的質(zhì)量比為30-50:20-30:1-15。
15、進(jìn)一步的,所述丙烯酸類(lèi)化合物為丙烯酸和/或甲基丙烯酸,所述丙烯腈類(lèi)化合物為丙烯腈和/或甲基丙烯腈,所述共聚反應(yīng)物為丙烯酸酯類(lèi)化合物、酰胺類(lèi)化合物、酸酐類(lèi)化合物或苯乙烯中的一種或多種。
16、進(jìn)一步的,所述硬質(zhì)塑料泡沫材料中,所述改性劑是由硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑和去離子水在酸性環(huán)境下進(jìn)行水解縮合得到的。
17、進(jìn)一步的,所述硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑和去離子水的質(zhì)量比為0.1-10:30-70:10-30。
18、進(jìn)一步的,所述硬質(zhì)塑料泡沫材料,是由本申請(qǐng)所述制備方法制備得到的。
19、本申請(qǐng)還涉及所述抗原子氧侵蝕的硬質(zhì)塑料泡沫材料在航空航天、抗原子氧侵蝕材料中的應(yīng)用。
20、發(fā)明的效果
21、本申請(qǐng)?zhí)峁┑木哂锌乖友跚治g的硬質(zhì)塑料泡沫材料,以籠型聚倍半硅氧烷(poss)作為改性劑,與硬質(zhì)塑料原材料進(jìn)行聚合發(fā)泡,所制得的泡沫材料中含有大量si-o鍵及較高的鍵能,在原子氧環(huán)境中不容易被破壞,且具有類(lèi)似“自修復(fù)”的能力,使ao無(wú)法進(jìn)行深層刻蝕,因而能大幅提升材料的ao抵抗能力。
22、同時(shí),經(jīng)poss改性的材料,在聚合物之間能形成分子間或氫鍵作用力,阻礙聚合物分子中鏈段的運(yùn)動(dòng),增強(qiáng)材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。
1.一種抗原子氧侵蝕的硬質(zhì)塑料泡沫材料的制備方法,包括將聚合物、引發(fā)劑、改性劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、成核劑按照一定的質(zhì)量比制備成物料混合液后進(jìn)行聚合反應(yīng),再加熱發(fā)泡得到所述抗原子氧侵蝕的硬質(zhì)塑料泡沫材料,其中,所述聚合物為包含丙烯酸類(lèi)化合物、丙烯腈類(lèi)化合物和共聚反應(yīng)物的混合物,所述改性劑包括籠型聚倍半硅氧烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其中,所述聚合物、引發(fā)劑、改性劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、成核劑的質(zhì)量比為20-70:1-5:1-20:1-10:1-5:1-5,優(yōu)選的,所述聚合物與所述改性劑的質(zhì)量比為10:1-4:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其中,所述聚合物中丙烯酸類(lèi)化合物、丙烯腈類(lèi)化合物和共聚反應(yīng)物的質(zhì)量比為30-50:20-30:1-15,所述丙烯酸類(lèi)化合物為丙烯酸和/或甲基丙烯酸,所述丙烯腈類(lèi)化合物為丙烯腈和/或甲基丙烯腈,所述共聚反應(yīng)物為丙烯酸酯類(lèi)化合物、酰胺類(lèi)化合物、酸酐類(lèi)化合物或苯乙烯中的一種或兩種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其中,所述改性劑由硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑和去離子水在酸性環(huán)境下進(jìn)行水解縮合得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法,其中,所述硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑和去離子水的質(zhì)量比為0.1-10:30-70:10-30。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法,其中,所述硅烷偶聯(lián)劑選自kh-540、kh-550、kh-792、kh-230、si-151、si-171、usi-801、mtms、苯基三氯硅烷或g氨丙基三乙氧基硅烷的一種或兩種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法,其中,所述有機(jī)溶劑選自氯仿、丙酮、甲醇或乙醇中的一種或兩種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法,其中,所述引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異丁酸二甲酯、過(guò)氧化十二碳酰或過(guò)氧化二異丙苯中的一種或兩種以上,所述交聯(lián)劑選自多元醇類(lèi)、金屬氧化物類(lèi)或金屬鹽類(lèi)交聯(lián)劑,所述發(fā)泡劑選自為異丙醇、叔丁醇、叔戊醇、尿素、甲基脲、二甲基脲、異丁醇、正丁醇或己醇中的一種或兩種以上,所述成核劑選自碳酰胺、甲酰胺、n-甲基甲酰胺、n,n-二甲基甲酰胺、二氧化鈦中的一種或兩種以上。
9.一種抗原子氧侵蝕的硬質(zhì)塑料泡沫材料,其中,包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料:聚合物20-70份,引發(fā)劑1-5份,改性劑1-20份,發(fā)泡劑1-10份,交聯(lián)劑1-5份,成核劑1-5份,優(yōu)選的,所述聚合物與所述改性劑的質(zhì)量比為10:1-4:1;
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硬質(zhì)塑料泡沫材料,其中,所述聚合物中丙烯酸類(lèi)化合物、丙烯腈類(lèi)化合物和共聚反應(yīng)物的質(zhì)量比為30-50:20-30:1-15,所述丙烯酸類(lèi)化合物為丙烯酸和/或甲基丙烯酸,所述丙烯腈類(lèi)化合物為丙烯腈和/或甲基丙烯腈,所述共聚反應(yīng)物為丙烯酸酯類(lèi)化合物、酰胺類(lèi)化合物、酸酐類(lèi)化合物或苯乙烯中的一種或多種。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硬質(zhì)塑料泡沫材料,其中,所述改性劑是由硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑和去離子水在酸性環(huán)境下進(jìn)行水解縮合得到的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制備方法,其中,所述硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)溶劑和去離子水的質(zhì)量比為0.1-10:30-70:10-30。
13.根據(jù)權(quán)利要求9~12任一項(xiàng)所述的硬質(zhì)塑料泡沫材料,所述硬質(zhì)塑料泡沫材料是由權(quán)利要求1~8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的。
14.權(quán)利要求9~13任一項(xiàng)所述的硬質(zhì)塑料泡沫材料在航空航天、抗原子氧侵蝕材料中的應(yīng)用。