PI纤维在空间带电粒子辐照下的力学性能损伤 全文替换

发布时间：2021-08-26 02:49

　　目的研究聚酰亚胺（PI）纤维在电子辐照、质子辐照、应力耦合质子辐照条件下力学性能的损伤行为。方法采用中国科学院长春应用化学研究所自主合成并纺丝制备的聚酰亚胺纤维,在空间环境模拟设备辐照的条件下,研究空间带电粒子对聚酰亚胺纤维辐照后的力学损伤行为,并通过XQ-1型纤维强度仪对辐照前后的样品进行拉伸试验。结果在低能电子辐照条件下,聚酰亚胺纤维的拉伸强度、模量和断裂伸长率均有所降低,但变化不太显著;高能电子辐照会提高材料的模量;质子辐照后,材料的拉伸强度和断裂伸长率随着辐照注量的增加明显降低;单一施加5%的应变会使聚酰亚胺纤维的拉伸力学性能有一定量下降。与单一应变样品相比,应力耦合质子辐照样品的拉伸强度和断裂伸长率进一步下降,但是与单一质子辐照样品相比,应力耦合辐照样品的拉伸强度和断裂伸长率都更高。结论无论是在低能电子辐照条件下,还是在高能电子辐照条件下,电子辐照对聚酰亚胺纤维力学性能影响均较微弱,而质子辐照会较大程度地降低材料的力学性能,增加应力耦合效应之后,质子辐照对材料的力学性能影响减弱。 

【文章来源】：装备环境工程. 2020,17(03)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

聚酰亚胺纤维分子结构

根据文中单一带电粒子辐照的研究结果，发现质子辐照对聚酰亚胺纤维的力学性能影响较大。因而，为了研究应力耦合辐照效应对纤维力学性能的影响，选择了与150 keV质子辐照相同试验条件下，7×1015、12×1016 cm-2两个不同的注量，进行应力耦合质子辐照实验。通过笔者课题组自制的施加恒应变的卡具，实现聚酰亚胺纤维的应力耦合辐照实验，卡具原理如图2所示。样品由夹片夹持，通过螺钉固定压紧，在中间丝杠的传动作用下，可以实现上模块上升，而下模块保持不动的状态，因此样品可以随着上模块的运动伸长。通过游标卡尺测量样品伸长的距离，结合样品原始长度计算得到样品的应变量。由于丝杆本身带有自锁功能，上模块在向上运动的过程中以及停止运动后，并不会向下滑动，因而可以固定锁死，保证样品的恒应变。根据质子辐照对聚酰亚胺纤维力学性能影响的应力-应变曲线，对样品施加的应变确定为5%。同时，为了排除单纯施加应力对聚酰亚胺纤维力学性能的影响，准备了与辐照相同的时间和真空条件下，只施加5%的时间和真应变量而无辐照的试验作为对照，与相同条件下应力耦合辐照后的纤维力学性能进行对比分析。1.3 拉伸性能测试

150 keV电子辐照聚酰亚胺纤维样品的应力-应变曲线如图3所示。可以看出，电子辐照后，样品的拉伸强度和断裂伸长率比原始样品有一定量的下降。这与聚酰亚胺薄膜受电子辐照后拉伸性能变化情况一致[14]。150 keV电子辐照前后，聚酰亚胺纤维拉伸性能的各个参数变化见表2。由表2可知，聚酰亚胺纤维经电子辐照后，拉伸强度和模量随辐照注量的增加而下降。为了进一步证实这些变化是由于辐照的影响而不是随机的不可控因素造成的，采用方差分析（ANOVA）的方法来评估150 keV电子辐照对聚酰亚胺纤维力学性能影响的可信度[15]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]电子辐照聚酰亚胺薄膜力学性能演化机理研究[J]. 沈自才,佟欣,武博涵.  强激光与粒子束. 2016(05)
[2]质子辐照聚酰亚胺薄膜的力学性能退化机理[J]. 沈自才,张帆,高鸿.  宇航材料工艺. 2015(02)
[3]高强高模聚酰亚胺纤维的耐环境影响性能研究[J]. 牛鸿庆,张梦颖,周康迪,武德珍.  工业技术创新. 2014(01)
[4]聚酰亚胺及其纤维的研究与开发进展（Ⅱ）[J]. 朱璇,钱明球,虞鑫海,张幼维,赵炯心.  合成技术及应用. 2013(02)
[5]方差分析法浅析——单因素的方差分析[J]. 杨小勇.  实验科学与技术. 2013(01)
[6]聚酰亚胺纤维制备及应用[J]. 董杰,王士华,徐圆,夏清明,张清华.  中国材料进展. 2012(10)
[7]均苯型聚酰亚胺薄膜在质子辐照下的力学性能退化试验研究[J]. 张帆,沈自才,冯伟泉,郑慧奇,丁义刚,赵春晴.  航天器环境工程. 2012(03)

硕士论文
[1]应力场与带电粒子辐照耦合作用下聚酰亚胺薄膜的损伤行为[D]. 李鹏.哈尔滨工业大学 2014
[2]质子辐照下SiO2薄膜改性Kapton光学性能演化及其损伤机理[D]. 李瑞锋.哈尔滨工业大学 2010



本文编号：3363392