【摘 要】
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主链中含有酰胺键或酰亚胺键的芳杂环类聚合物因具有轻质、高强、耐高温以及机械性能好等优点而被广泛应用于航空航天等高新技术领域。聚酰亚胺(PI)和聚芳酰胺(PA)是其中两种
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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主链中含有酰胺键或酰亚胺键的芳杂环类聚合物因具有轻质、高强、耐高温以及机械性能好等优点而被广泛应用于航空航天等高新技术领域。聚酰亚胺(PI)和聚芳酰胺(PA)是其中两种最为典型的代表。在近地轨道(LEO)环境中，各种高能射线、粒子以及高低温等因素对航天器产生不同程度的破坏，其中原子氧(AO)的影响最大。随着航空航天技术的发展，对芳杂环类聚合物材料的综合性能提出了更高的要求，研究并开发高抗原子氧的新材料变得十分重要。
本论文制备了含苯氧磷(PPO)结构的聚芳酰胺和含氟的PI材料，较为深入的对比了其与普通型同类聚合物在空间原子氧环境中的性能变化，在此基础上探讨这两类聚合物的抗原子氧机理。同时，在大气环境条件下对比考察了苯氧磷、-CF3等基团的引入对材料摩擦学性能的影响。主要研究结果包括:
1.采用溶液缩聚方法合成了两种PA:PA-1为普通型、PA-2含有PPO基团，系统考察了这两种聚合物在原子氧环境下的质量损失、表面元素和形貌以及机械性能和透光率等变化。PA-2表现出很好的抗原子氧性能，质量损失明显低于PA-1。XPS显示，在原子氧辐照过程中PA-2材料表面形成了聚磷酸酯保护层。原子氧辐照2h时，PA-1表面已经被氧原子严重侵蚀，辐照6h时薄膜的相对透光率不到原薄膜材料的10％，这与材料表面严重受损并产生“雾化”现象有关。相同条件下，PA-2在长时间辐照之后仍保持高的透光率，而且两者的透光率之差随着时间的增加呈现增大的趋势。但是，由于PA-2的润滑性不好，摩擦一段时间后薄膜便被磨穿，因此该聚合物不适合做为润滑材料使用。
2.采用热亚胺化法制备了五种不同含氟量的PI薄膜，系统考察了这些材料在大气环境中，不同载荷时的摩擦系数和磨损率的变化。研究发现，含氟PI材料表现出比普通型PI较高的摩擦系数和磨损率。因为分子链中含有较低表面能的-CF3基团不易在对摩钢球上形成粘结性强的转移膜，摩擦发上在基底和对摩钢球之间。同时，PI分子链呈现刚性，当旧的转移膜脱落时新的转移膜不易形成。随着载荷的增大，摩擦时产生的摩擦热有助于转移膜的形成，所有材料的摩擦系数和磨损率都随之降低。原子氧环境中，含氟材料借助于C-F基团较强的键能而表现出了一定的抗原子氧性能。
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