[发明专利]一种具有自发修复物理损伤功能的原子氧防护涂层及其制备方法

说明书

一种具有自发修复物理损伤功能的原子氧防护涂层及其制备方法，属于自修复涂层技术领域。其首先是对传统原子氧防护涂层构筑材料进行化学修饰，衍生出可产生超分子相互作用的化学基团，使其能够自组装形成兼具原子氧防护能力和自修复能力的超分子聚合物；然后对基底材料进行清洗和处理；再将超分子聚合物制备在基底上，从而实现本发明所述防护涂层的制备。该涂层具有透明、原子氧防护效果好、抗剥离能力强等优点。涂层经过约等于在近地轨道中运行半年的地面模拟原子氧暴露试验后，其仍能保持良好的透明性和修复能力。本发明工艺简单、材料易得、成本低廉。本发明有望在航天器的隔热材料，光学器件、太阳能帆板的柔性衬底等构件上得到运用。

技术领域

本发明属于自修复涂层技术领域，具体涉及一种具有自发修复物理损伤功能的原子氧防护涂层及其制备方法。

背景技术

人造地球卫星、空间站等飞行器在近地轨道服役期间，会受到恶劣的空间环境的影响，如：高能量原子氧侵蚀，强紫外线辐照，频繁的温度范围在-100℃到100℃的热循环等。其中，高能量原子氧会与飞行器表面的聚合物材料发生剧烈的氧化反应，使材料发生严重的化学侵蚀，导致材料机械强度的大幅度降低并导致保温等功能的衰退，进而严重影响飞行器的飞行安全(Macromolecules 2002,35,4968-4974.NASA Technical Memorandum100459 1988,National Aeronautics and Space Administration(NASA))。为了解决这个问题，在易被侵蚀的材料表面涂覆金属氧化物、硅氧化物等防护涂层来抵抗原子氧的侵蚀是常见而有效的方法。例如，在易被侵蚀的控温材料聚酰亚胺表面涂覆硅氧化物、金属及其氧化物、有机硅等(Acs Applied MaterialsInterfaces 2013,5(20),10207-10220.ACSAppl Mater Interfaces 2015,7(6),3539-3546)。但是，涂层随航天器在恶劣的空间环境中服役时，面临广泛存在的巨大的损伤风险，其主要有：

A、涂层在服役期间易发生开裂脱落(ACS Applied MaterialsInterfaces 2013,5,10207-10220.ACS Appl Mater Interfaces 2015,7,3539-3546)。

飞行器在近地轨道高速运行时，会频繁进出地球的阴影区，使飞行器频繁经历一个-100～100℃的热循环。由于涂层和基底聚合物之间的热膨胀系数往往不一致，因此涂层在经历空间频繁的热循环时容易发生开裂和脱落。一旦涂层发生开裂，原子氧会以裂纹为通道侵蚀基底，产生严重的“掏蚀”，而使防护涂层失效。

B、空间中的微流星和空间碎片的频繁撞击使涂层表面发生损伤(Highperformance polymers 2008,20,475-491)。

在宇宙空间中存在大量微小粉尘颗粒。另外，在人类在发射航天器探索宇宙的同时，也给近地太空空间带来了大量的宇宙垃圾。这些细小的颗粒在近地轨道高速飞行时，具有很大的动量，会对航天器产生剧烈的撞击，使涂层发生破损。涂层破损后，在破损的位置面临同裂纹一样的“掏蚀”问题。

因此，探索修复原子氧防护涂层损伤的方法，对提高飞行器的运行安全性具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是利用超分子聚合物可修复物理损伤的特性，制备出具有自发修复物理损伤功能的原子氧防护涂层，以解决背景技术存在的因原子氧防护涂层在使用过程中发生破损，而导致被防护材料机械性能退化和功能丧失的问题。

本发明所述的一种具有自发修复物理损伤功能的原子氧防护涂层的制备方法，其步骤如下：

(1)对传统原子氧防护涂层构筑材料进行化学修饰，衍生出可产生超分子相互作用的化学基团，使其能够自组装形成兼具原子氧防护能力和自修复能力的超分子聚合物；