一种含三苯基磷氧结构聚酰亚胺薄膜的制备与抗原子氧性能研究

【摘要】自二十世纪以来，随着电子科技和航天航空的发展，各个国家开始着手研究低地球轨道探测卫星。于是，低地球轨道空间环境成为影响航天器能否长久在轨运行最重要的因素，其中包括紫外照射、电离辐射、超高真空环境、热循环因素、原子氧腐蚀等等。事实上，原子氧由于具有极强的氧化性和腐蚀性，是影响航天器材料最重要的因素之一。因此国内外科学人员一直致力于研究新型抗原子氧聚合物，以延长航天器的使用寿命。聚酰亚胺材料具有优异的热稳定性能、高机械强度、低介电常数、强耐化学性等诸多其他材料无法企及的性能，因而在航空和微电子等领域备受青睐。然而商业化的聚酰亚胺暴露在低地球轨道时，会受到严重的腐蚀。近年来，含有三苯基磷氧结构（PPO）的聚合物受到更多的关注和应用。这类聚合物在粘结性能方面具有很好的前景，因此常和其他聚合物配合使用在金属基底。另外在芳香聚合物中三苯基磷氧的引入极大增强了抗原子氧性能。Connell和他的同事在美国国家航空航天局已经研制出一系列含有PPO结构的聚合物，在太空环境中具有较强的空间稳定性。本论文从分子角度出发设计并合成了含醚键、间苯结构和三苯基磷氧结构的二胺单体，双[4-(3-氨基苯氧基)苯]苯磷氧（m-BAPPO）,并与商业化五种二酐（PMDA、s-BPDA、BTDA、ODPA、6FDA）通过两步法，制备了一系列新型含PPO结构的聚酰亚胺薄膜。论文对该聚酰亚胺的基本性能，如热学性能、力学性能、吸湿性、光学透过性能等进行了研究，并讨论他们的空间抗原子氧性能。结果发现，二胺单体m-BAPPO与PMDA聚合的聚酰胺酸粘度偏低，无法得到完整的聚酰亚胺薄膜。其他四种薄膜均具有优异的热稳定性能(Td5497-518oC)、耐吸湿性能(0.40%-0.89%)和良好的抗原子氧性能。在光学透过性能方面，除了PI-c最大透过率为76.4%，其他薄膜透过率均在85.0%以上。论文采用m-BAPPO和4，4’-ODA与6FDA在DMAc溶剂中进行无规共聚，根据m-BAPPO占二胺含量的比率，分别得到了PPI-0,PPI-20,PPI-40,PPI-60,PPI-80,PPI-100六种共聚聚酰亚胺薄膜。结果发现：m-BAPPO含量的增加，提高了薄膜阻燃性能，并且保持了良好的热稳定性和光学透过性能。同时，对所有的含PPO结构的聚合物薄膜进行了20小时原子氧地面模拟实验，分析了聚合物的质量损失和侵蚀率随时间的变化。利用SEM和XPS在AO暴露实验后对共聚物薄膜表面形貌进行表征，推测出含有三苯基磷氧结构的聚酰亚胺薄膜在原子氧（AO）作用下，会形成一层致密的富磷保护层，从而阻止下层聚合物薄膜继续侵蚀。
【作者】吉海威；
【导师】陈春海；
【作者基本信息】吉林大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】共聚物；三苯基磷氧；聚酰亚胺；原子氧；低地球轨道；

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