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本文制备了两种加成型硅橡胶材料,MQ硅树脂增强甲基乙烯基硅橡胶(MQSR硅橡胶)和纳米SiO2粒子改性MQSR硅橡胶(SCSR硅橡胶)。利用空间环境效应地面模拟设备对两种硅橡胶在质子辐照条件下性能演化规律和微观结构变化进行了研究。本试验中,质子能量为100和150keV,辐照通量为2×1012p/cm2·s,辐照剂量范围为1×1014-1×1016p/cm2,辐照室内真空度10-5Pa,环境温度120K。对质子辐照前后硅橡胶表面形貌进行了观察并对力学性能、质损率、热稳定性能和光学性能进行了测试,利用FT-IR、DMA等方法,研究了MQSR硅橡胶和SCSR硅橡胶质子辐照损伤效应。
研究结果表明,MQ硅树脂对甲基乙烯基硅橡胶有明显的增强效果,当MQ硅树脂的含量(质量分数)为20%时,MQSR硅橡胶的力学性能和热稳定性能最佳。SCSR硅橡胶能完全保持硅橡胶的性能,且力学性能和热稳定性能有所提高。
质子辐照研究结果表明,MQSR硅橡胶和SCSR硅橡胶在相同条件质子辐照作用下,性能演变规律相似,损伤机理相同。在质子辐照作用下,硅橡胶表面出现老化裂纹,裂纹密度和深度随辐照剂量和能量的增加而急剧增大。在100keV质子辐照作用下,当辐照剂量小于1015p/cm2时,硅橡胶辐照交联反应略占优势。随质子辐照剂量的增加,玻璃化转变温度升高,低温区间存储模量E增大,交联密度增加,主链Si-O键断裂不明显。结构的变化导致硅橡胶拉伸强度增加,热稳定性提高,质损率增加,可见光透过率下降。当辐照剂量超过1015p/cm2时,硅橡胶辐照降解反应占优势,玻璃化转变温度降低,低温区间存储模量E减小,交联密度降低,主链Si-O键断裂明显。硅橡胶拉伸强度减小,热稳定性下降,质损率进一步增加,可见光透过率进一步下降。在150keV质子辐照作用下,在本试验质子辐照剂量范围内,硅橡胶辐照降解反应一直占优势。随辐照剂量增加,玻璃化转变降低,低温区间存储模量E减小,交联密度降低,主链Si-O键断裂明显。硅橡胶拉伸强度下降,热稳定性降低,质损率增加,可见光透过率下降。
在相同条件质子辐照作用下,SCSR硅橡胶的上述性能随辐照剂量增加而变化的幅度小于MQSR硅橡胶。说明SCSR硅橡胶耐质子辐照性能优于MQSR硅橡胶。