[發明專利]一種增透與抗原子氧剝蝕的聚合物復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710270946.3
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107201034B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 宋偉杰;張景;張賢鵬;魯越暉;艾玲;李嘯
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08L33/12;C08L63/00;C08L69/00;C08L67/02;C08L61/16;C08K9/10;C08K7/26;C08K3/36;C08J5/18;C08J7/04;C08J7/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明公開了一種增透與抗原子氧剝蝕的聚合物復合薄膜，所述聚合物復合薄膜包括聚合物薄膜層和鑲嵌有空心SiO₂納米粒子的有機無機復合層，通過在所述聚合物薄膜層的至少一面均勻鑲嵌空心SiO₂納米粒子，在聚合物薄膜層表面形成所述鑲嵌有空心SiO₂納米粒子的有機無機復合層。還公開了所述聚合物復合薄膜的制備方法，包括：依次在剛性基材上制備空心SiO₂納米粒子層和聚合物薄膜層，固化后剝離剛性基材，得到單面鑲嵌空心SiO₂納米粒子的聚合物復合薄膜，在單面鑲嵌空心SiO₂納米粒子的聚合物復合薄膜的基礎上可進一步制備雙面鑲嵌空心SiO₂納米粒子的聚合物復合薄膜。所得聚合物復合薄膜能同時實現增透與抗原子氧剝蝕的性能，制備操作簡單。

技術領域

本發明屬于聚合物薄膜材料領域，具體涉及一種同時實現增透與抗原子氧剝蝕的聚合物復合薄膜及其制備方法。

背景技術

聚合物薄膜由于其在重量、柔韌性、比強度、比剛度及熱膨脹系數等方面的優勢，而被廣泛地用作航天器表面材料、輕質基底和結構材料。大量空間飛行試驗及地面模擬試驗表明，當航天器在空間低地球軌道環境中運行時，原子氧對航天器表面的高溫氧化、高速撞擊會使大部分聚合物材料受到嚴重侵蝕，產生質量損失、厚度損失、光學、熱學、電學及機械參數退化，以上效應會導致航天器性能下降、壽命縮短、系統設計目標失敗，從而影響航天器的正常工作和使用壽命。為了保障航天器在軌長期可靠運行，提高航天器用聚合物薄膜材料的抗原子氧剝蝕性能是十分重要和必要的。

目前，提高航天器材料抗原子氧剝蝕性能的方法大體可以分為兩類。一是從體相改變材料，包括通過共混或共聚添加抗原子氧剝蝕組分獲得體相復合材料，或是重新設計材料的分子組成和結構，構造出抗原子剝蝕的新材料。中國專利CN1583874A公開了一種通過在聚合物基體中共混添加不與原子氧反應的納米顆粒材料，獲得了具有較好抗原子氧剝蝕性能的聚合物/納米顆粒復合材料。中國專利CN105906813A通過復雜的共聚反應，獲得的聚酰亞胺/聚二甲硅氧烷規整嵌段聚合物薄膜相比傳統方法制備的聚酰亞胺薄膜具有更好的抗原子氧性能。然而這類從體相改變材料的組分或者結構提高材料的方法對抗原子氧性能提高有限，且存在使基體材料的力、熱或光學性能下降的問題。

另外一類則是通過涂覆、離子注入、電子輻照、激光融覆等方法在材料的表面形成抗原子氧防護層，其中防護層可以是耐原子氧的金屬或金屬氧化物(如Ge、TiO₂、SiO₂和Al₂O₃等)，也可以是與原子氧作用形成耐原子氧的無機或有機化合物。美國專利US5312685公開了一種有效的抗原子氧防護涂層，其中的有機物基質包含兩種以上界面，其中一個界面含有混合金屬催化劑，促使原子氧反應生成分子氧，另外一個界面為氧化鋁、氧化硅等抗原子氧防護涂層；美國專利US006872457B2公開了一種聚酰亞胺硅氧烷與樹脂的復合涂層，涂覆于聚酰亞胺表面上，有效地提高了聚酰亞胺的抗原子性能。盡管涂覆層能在不影響基體的機械和熱學性能的基礎上一定程度地起到抗原子氧刻蝕的作用，但是這種方法普遍存在一些問題：(一)因加工、運輸、儲存、空間碎片撞擊以及原子氧作用后發生收縮等原因容易造成缺陷和裂痕，從而導致基底材料出現“淘蝕”現象；(二)防護層與基底結合不牢固。為規避這些問題，最近中國專利CN105835498A公布了一種通過轉移的方法，實現了將玻璃上的表面改性后的二氧化硅氣凝膠薄膜轉移至聚酰亞胺薄膜基底上，獲得了一種單面抗原子氧的聚酰亞胺薄膜。這一方法有效地解決了防護層與基底結合不牢的問題，并且在一定程度上可以避免材料由于出現缺陷和裂痕造成的“淘蝕”現象。

顯然，即使是通過制備防護層保護基體材料不受原子氧侵蝕的方法，也還是不可避免地造成基體材料的光學性能下降，這對于航天器中一些需要透光的部位，如太陽能帆板來說將直接影響太陽帆板的發電效率。目前尚未有專利涉及同時提高聚合物薄膜的透光率和抗原子氧剝蝕性能的方案。

發明內容