[发明专利]一种氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚乙烯空间辐射防护复合材料及其制备方法。

技术背景

近地空间是各种载人飞船、应用卫星、空间站的主要活动区域。区域内存在大量由地磁场捕获的高能带电粒子，能量达到几十keV至数百MeV以上，对在轨航天器造成严重威胁，随着我国载人航天事业的飞速发展,对空间辐射防护材料的研究具有日益重要的意义。未来我国的空间站计划，是我国进入世界强国行列的重要手段，空间站中的宇航员需要较长时间在空间作业，因而如何有效的提高航天器的辐射防护性能具有长远的战略意义，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，轻元素在抵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。因此从理论上来说,采用低原子序数的材料有利于增强航天器抗辐射能力，提高航天器的稳定性，同时延长航天器的在轨寿命，理论上，液氢具有最好的防护效率，但是实际应用时并不可行，可以将材料的含氢量作为衡量材料防护效率的一个标准。

聚乙烯分子中含有一个碳原子、两个氢原子，具有非常高的氢含量，具有较高的辐射防护效率。因此，在航天器辐射防护方面具有广阔的应用前景。然而，在空间环境中，聚乙烯用做辐射防护材料时，会出现严重的“析气现象”且热稳定性能差，大大地限制了聚乙烯作为辐射防护材料在航天器上的使用。

发明内容

本发明是为解决现有的用于空间辐射防护材料的聚乙烯，其热稳定性差，及相同质量厚度下，纯铝过滤质子的效率低的技术问题，而提供一种氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料及其制备方法。

本发明的一种氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料由质量分数为50~95%的聚乙烯树脂、0~15%的偶联剂和2~35%的纳米氮化硼组成。

本发明的一种氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料的制备方法按以下步骤进行：

一、按聚乙烯树脂、偶联剂和氮化硼的质量分数为50~95%、0~15%和2~35%分别称取聚乙烯树脂、偶联剂以及氮化硼；

二、按乙醇和步骤一的氮化硼的质量比为1~8：1称取乙醇，并将其与步骤一的氮化硼一同加入到高速分散器中，分散1~12h；

三、将步骤二的混合物转移到烧杯中，并向烧杯中加入步骤一称取的偶联剂，然后将烧杯置于恒温水浴中，在温度为50~120℃的条件下，搅拌1~15h，抽滤，烘干，得到改性氮化硼；

四、将步骤一称取的聚乙烯树脂与步骤三得到的改性氮化硼加入到高混机中，先混合5~60min，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1~15h，得到氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料。

本发明的有益效果：

本发明以聚乙烯树脂作为载体树脂，并添加常规的功能性助剂以及氮化硼，得到的一种氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料，热稳定性能指标得到很大提升，普通聚乙烯的热降解温度一般为310~390℃，而本发明制备的一种氮化硼-聚乙烯复合材料的热降解温度为430~520℃，其热稳定性能好，此外传统的辐射防护材料纯铝，满足了航天器对材料热稳定性的要求，但相同质量厚度下纯铝过滤质子的效率低，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，本发明制备的一种氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料，不仅具有良好的热稳定性，且在相同质量厚度下，过滤质子的效率与纯铝相比也提高了将近0.4~1倍，综合性能优异，且具有质轻、分散性好、熔体流动性好、加工性能优良和常温及低温抗冲击性能优良的特点，在航天器辐射防护上有广泛的应用前景。

附图说明

图1为实施例1的热稳定性曲线图；

图2为实施例2的热稳定性曲线图；

图3为实施例3的热稳定性曲线图；

图4为实施例4的热稳定性曲线图；

其中图1~4中的---分别为实施例1~4制备的氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料，——为聚乙烯；

图5为实施例1的质子防护效率曲线图；

图6为实施例2的质子防护效率曲线图；

图7为实施例3的质子防护效率曲线图；

图8为实施例4的质子防护效率曲线图；

其中图5~8中的---分别为实施例1~4制备的氮化硼-聚乙烯空间辐射防护复合材料，——为纯铝。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。