[发明专利]一种用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及用于空间带电粒子辐射防护的复合材料的领域。

背景技术

航天器在轨运行期间一直受到各种空间环境的作用，其中空间辐射损伤问题是最突出的问题。经过多年的发展，传统的辐射防护材料以铝为主。为了达到防辐射效果，必须增加铝防护层的厚度，从而使航天器的重量增加，航天器轻量化问题一直是设计师们关注的热点问题。研究表明，轻元素在抗辐射损伤方面比重元素更加有效，也就是说辐射防护效率随着原子序数的降低呈增加趋势。

聚乙烯分子中含有一个碳原子、两个氢原子，含氢量非常高，因此具有较高的辐射防护效率。然而，聚乙烯作为辐射防护材料时，由于热分解导致的“析气现象”将严重制约其使用范围。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的辐射防护材料中，铝防护层存在密度大而导致使用的重量大，采用聚乙烯材料做为辐射防护材料时存在着由于其热稳定性较差，严重制约其使用范围的问题，而提供了一种用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料。

本发明的一种用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料按重量份数是由1~99份的聚乙烯树脂、1~50份的纳米钽和0.5~20份的偶联剂制成。

本发明的一种用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料制备方法按以下步骤进行：

一、按重量份数称取1~99份的聚乙烯树脂、2~50份的纳米钽和0.5~20份的偶联剂；

二、将质量百分含量为99.7%的乙醇与填充剂按质量比为1：2~4的比例混合均匀，加入到高速分散器中，分散1~10h，得混合物；

三、将步骤二的混合物与步骤一称取的偶联剂按质量比为25：1~5的比例混合均匀，在温度为50℃~140℃的条件下，控制转速为80~120r/min，搅拌1~15h，抽滤，烘干，得到改性的纳米钽；

四、将步骤一称取的聚乙烯树脂与步骤三得到的改性的纳米钽按质量比为24：1~25的比例混合均匀，加入到高混机中，混合20~80min，然后转至压力机中，在温度为175~240℃，压力为5~45MPa的条件下，压制1min~40min，得到用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料；其中所述的偶联剂为有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或者几种按任意比混合。

本发明的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料的应用是用于作为空间电子辐射防护材料。

本发明包含以下有益效果：

本发明的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽，可以在不影响材料原有优异性能的基础上改进材料其他方面的性能。由于采用的是聚乙烯做为辐射防护材料，使其密度大大降低，有效的解决了铝防护层重量大的弊端；由于掺杂了纳米钽，本发明所制备的聚乙烯复合材料热稳定性相对于纯聚乙烯提高了5%~35%，经过电子辐照后剂量探测器探测的吸收剂量相对于纯铝降低了0.1~0.7倍。

本发明的聚乙烯复合材料中加入了纳米钽，由于纳米钽的密度大，当电子入射到材料时，易于发生较大的散射，使得电子在材料中的能量损失增加，提高了该材料防护电子的效果。

附图说明

图1为试验1的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料的热稳定性曲线图，其中，1为含有10%纳米钽的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料热稳定性曲线，2为纯聚乙烯的热稳定性曲线；

图2为试验1的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料的电子吸收剂量曲线图；其中，1为含有10%纳米钽的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料热稳定性曲线，2为纯铝的热稳定性曲线；

图3为试验2的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料的热稳定性曲线图；其中，1为含有20%纳米钽的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料热稳定性曲线，2为纯聚乙烯的热稳定性曲线；

图4为试验2的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料的电子吸收剂量曲线图；其中，1为含有20%纳米钽的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料热稳定性曲线，2为纯铝的热稳定性曲线；

图5为试验3的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料的热稳定性曲线图；其中，1为含有30%纳米钽的用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料热稳定性曲线，2为纯聚乙烯的热稳定性曲线；