[發明專利]一種用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310021239.2
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103059383A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 李興冀;楊劍群;何世禹;高鋒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/08;G21F1/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高會會

技術領域

本發明涉及用于空間帶電粒子輻射防護的復合材料的領域。

背景技術

航天器在軌運行期間一直受到各種空間環境的作用，其中空間輻射損傷問題是最突出的問題。經過多年的發展，傳統的輻射防護材料以鋁為主。為了達到防輻射效果，必須增加鋁防護層的厚度，從而使航天器的重量增加，航天器輕量化問題一直是設計師們關注的熱點問題。研究表明，輕元素在抗輻射損傷方面比重元素更加有效，也就是說輻射防護效率隨著原子序數的降低呈增加趨勢。

聚乙烯分子中含有一個碳原子、兩個氫原子，含氫量非常高，因此具有較高的輻射防護效率。然而，聚乙烯作為輻射防護材料時，由于熱分解導致的“析氣現象”將嚴重制約其使用范圍。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的輻射防護材料中，鋁防護層存在密度大而導致使用的重量大，采用聚乙烯材料做為輻射防護材料時存在著由于其熱穩定性較差，嚴重制約其使用范圍的問題，而提供了一種用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料。

本發明的一種用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料按重量份數是由1~99份的聚乙烯樹脂、1~50份的納米鉭和0.5~20份的偶聯劑制成。

本發明的一種用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料制備方法按以下步驟進行：

一、按重量份數稱取1~99份的聚乙烯樹脂、2~50份的納米鉭和0.5~20份的偶聯劑；

二、將質量百分含量為99.7%的乙醇與填充劑按質量比為1：2~4的比例混合均勻，加入到高速分散器中，分散1~10h，得混合物；

三、將步驟二的混合物與步驟一稱取的偶聯劑按質量比為25：1~5的比例混合均勻，在溫度為50℃~140℃的條件下，控制轉速為80~120r/min，攪拌1~15h，抽濾，烘干，得到改性的納米鉭；

四、將步驟一稱取的聚乙烯樹脂與步驟三得到的改性的納米鉭按質量比為24：1~25的比例混合均勻，加入到高混機中，混合20~80min，然后轉至壓力機中，在溫度為175~240℃，壓力為5~45MPa的條件下，壓制1min~40min，得到用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料；其中所述的偶聯劑為有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、金屬復合偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑中的一種或者幾種按任意比混合。

本發明的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料的應用是用于作為空間電子輻射防護材料。

本發明包含以下有益效果：

本發明的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭，可以在不影響材料原有優異性能的基礎上改進材料其他方面的性能。由于采用的是聚乙烯做為輻射防護材料，使其密度大大降低，有效的解決了鋁防護層重量大的弊端；由于摻雜了納米鉭，本發明所制備的聚乙烯復合材料熱穩定性相對于純聚乙烯提高了5%~35%，經過電子輻照后劑量探測器探測的吸收劑量相對于純鋁降低了0.1~0.7倍。

本發明的聚乙烯復合材料中加入了納米鉭，由于納米鉭的密度大，當電子入射到材料時，易于發生較大的散射，使得電子在材料中的能量損失增加，提高了該材料防護電子的效果。

附圖說明

圖1為試驗1的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料的熱穩定性曲線圖，其中，1為含有10%納米鉭的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料熱穩定性曲線，2為純聚乙烯的熱穩定性曲線；

圖2為試驗1的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料的電子吸收劑量曲線圖；其中，1為含有10%納米鉭的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料熱穩定性曲線，2為純鋁的熱穩定性曲線；

圖3為試驗2的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料的熱穩定性曲線圖；其中，1為含有20%納米鉭的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料熱穩定性曲線，2為純聚乙烯的熱穩定性曲線；

圖4為試驗2的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料的電子吸收劑量曲線圖；其中，1為含有20%納米鉭的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料熱穩定性曲線，2為純鋁的熱穩定性曲線；

圖5為試驗3的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料的熱穩定性曲線圖；其中，1為含有30%納米鉭的用于空間電子輻射防護的摻雜納米鉭的聚乙烯復合材料熱穩定性曲線，2為純聚乙烯的熱穩定性曲線；