CN103059383A - 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 - Google Patents
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Abstract
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，它涉及用于空间带电粒子辐射防护的复合材料的领域。本发明是要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。它是由聚乙烯树脂、纳米钽和偶联剂制成。本发明的聚乙烯复合材料的热稳定性相对于纯聚乙烯提高了5%~35%，吸收剂量相对于纯铝降低了0.1~0.7倍。本发明适用于辐射防护和航空航天领域。
Description
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；
图6为试验4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为纯铝的热稳定性曲线。
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。
具体实施方式一：本实施方式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。
本实施方式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，本实施方式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。
本实施方式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。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：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。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种按任意比混合。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述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按重量份数是由1~99份的聚乙烯树脂、2~40份的纳米钽和1~15份的偶联剂制成。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述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按重量份数是由1~99份的聚乙烯树脂、2~30份的纳米钽和1~10份的偶联剂制成。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述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按重量份数是由50~99份的聚乙烯树脂、2~30份的纳米钽和1～10份的偶联剂制成。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述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按重量份数是由70~99份的聚乙烯树脂、2~30份的纳米钽和1～10份的偶联剂制成。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述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按重量份数是由89份的聚乙烯树脂、10份的纳米钽和1份的偶联剂制成。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述的聚乙烯树脂的密度为0.900g/cm3~0.980g/cm3。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述的聚乙烯树脂的密度为0.900g/cm3~0.960g/cm3。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：所述的聚乙烯树脂的密度为0.905g/cm3~0.950g/cm3。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：所述的纳米钽的粒径为0.001~100μm。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：所述的纳米钽的粒径为1~100μm。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：所述的纳米钽的粒径为0.001~1μm。其它与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式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。
本实施方式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，本实施方式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。
本实施方式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。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十五不同的是：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。其它与具体实施方式十五相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十五或十六不同的是：所述的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种按任意比混合其它与具体实施方式十五或十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十五至十七之一不同的是：所步骤一中所述的按重量份数称取1~99份的聚乙烯树脂、2~40份的纳米钽和1~15份的偶联剂。其它与具体实施方式十五至十七之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式十五至十八之一不同的是：所述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按重量份数是由1~99份的聚乙烯树脂、2~30份的纳米钽和1~10份的偶联剂制成。其它与具体实施方式十五至十八之一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式十五至十九之一不同的是：所述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按重量份数是由50~99份的聚乙烯树脂、2~30份的纳米钽和1~10份的偶联剂制成。其它与具体实施方式十五至十九之一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式十五至二十之一不同的是：所述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按重量份数是由70~99份的聚乙烯树脂、2~30份的纳米钽和1~10份的偶联剂制成。其它与具体实施方式十五至二十之一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式十五至二十一之一不同的是：所述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按重量份数是由89份的聚乙烯树脂、10份的纳米钽和1份的偶联剂制成。其它与具体实施方式十五至二十一之一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式十五至二十二之一不同的是：所述的聚乙烯树脂的密度为0.900g/cm3~0.980g/cm3。其它与具体实施方式十五至二十二之一相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式十五至二十三之一不同的是：所述的聚乙烯树脂的密度为0.900g/cm3~0.960g/cm3。其它与具体实施方式十五至二十三之一相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式十五至二十四之一不同的是：所述的聚乙烯树脂的密度为0.905g/cm3~0.950g/cm3。其它与具体实施方式十五至二十四之一相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式十五至二十五之一不同的是：所述的纳米钽的粒径为0.001~100μm。其它与具体实施方式十五至二十五之一相同。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式十五至二十六之一不同的是：所述的填充料的粒径为1~100μm。其它与具体实施方式十五至二十六之一相同。
具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式十五至二十七之一不同的是：所述的纳米钽的粒径为0.001~1μm。其它与具体实施方式十五至二十七之一相同。
具体实施方式二十九：本实施方式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是用于作为空间电子辐射防护材料。
本实施方式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；
本实施方式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。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验1
本试验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89份的低密度聚乙烯LDPE、10份的纳米钽和1份的钛酸酯偶联剂制成。
本试验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、按按重量份数称取89份的低密度聚乙烯LDPE、10份的纳米钽和1份的钛酸酯偶联剂；
二、将质量百分含量为99.7%的乙醇与填充剂按质量比为3：1的比例混合均匀，加入到高速分散器中，分散5h，得混合物；
三、将步骤二13份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，然后置于恒温水浴中，在温度为130℃的条件下，控制转速为100r/min，搅拌5h，抽滤，收集固相物，在温度为150℃的条件下烘干30min时间，得到改性纳米钽；
四、将步骤一称取的聚乙烯树脂与步骤三得到的11份的改性纳米钽加入到高混机中，混合20min，然后转至压力机中，在温度为200℃，压力为25MPa的条件下，压制30min，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。
本试验低密度聚乙烯LDPE的MI为20±5g/10min，低密度聚乙烯LDPE的密度为0.915g/cm3，纳米钽的粒径为60nm。
本试验的钛酸酯偶联剂通式如下：
ROO(4-n)Ti(OX-R’Y)n，其中，n=2,3，RO是可水解的短链烷氧基，OX-可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等；
本试验的钛酸酯偶联剂为异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯。
本试验的纯聚乙烯的初始分解温度为365℃，所得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初始分解温度为390℃，与纯铝相比，所得用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料经过电子辐照后吸收剂量降低了0.17倍。
试验2
本试验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78份的低密度聚乙烯LDPE、20份的纳米钽和2份的钛酸酯偶联剂制成。
本试验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、按按重量份数称取78份的低密度聚乙烯LDPE、20份的纳米钽和2份的钛酸酯偶联剂；
二、将质量百分含量为99.7%的乙醇与填充剂按质量比为2：1的比例混合均匀，加入到高速分散器中，分散7h，得混合物；
三、将步骤二60份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，然后置于恒温水浴中，在温度为130℃的条件下，控制转速为100r/min，搅拌5h，抽滤，收集固相物，在温度为150℃的条件下烘干30min时间，得到改性纳米钽；
四、将步骤一称取的聚乙烯树脂与步骤三得到的22份的改性纳米钽加入到高混机中，混合40min，然后转至压力机中，在温度为200℃，压力为25MPa的条件下，压制30min，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。
本试验低密度聚乙烯LDPE的MI为20±5g/10min，低密度聚乙烯LDPE的密度为0.915g/cm3，纳米钽的粒径为60nm。
本试验的钛酸酯偶联剂通式如下：
ROO(4-n)Ti(OX-R’Y)n，其中，n=2,3，RO是可水解的短链烷氧基，OX-可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等，本试验的钛酸酯偶联剂为异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯。
本试验的纯聚乙烯的初始分解温度为365℃，所得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初始分解温度为402℃，与纯铝相比，所得用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料经过电子辐照后吸收剂量降低了0.21倍。
试验3
本试验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68份的低密度聚乙烯LDPE、30份的纳米钽和2份的钛酸酯偶联剂制成。
本试验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、按按重量份数称取68份的低密度聚乙烯LDPE、30份的纳米钽和2份的钛酸酯偶联剂；
二、将质量百分含量为99.7%的乙醇与填充剂按质量比为2：1的比例混合均匀，加入到高速分散器中，分散8h，得混合物；
三、将步骤二90份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，然后置于恒温水浴中，在温度为130℃的条件下，控制转速为100r/min，搅拌9h，抽滤，收集固相物，在温度为150℃的条件下烘干30min时间，得到改性纳米钽；
四、将步骤一称取的聚乙烯树脂与步骤三得到的32份的改性纳米钽加入到高混机中，混合40min，然后转至压力机中，在温度为200℃，压力为25MPa的条件下，压制30min，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。
本试验低密度聚乙烯LDPE的MI为20±5g/10min，低密度聚乙烯LDPE的密度为0.915g/cm3，纳米钽的粒径为60nm。
本试验的钛酸酯偶联剂通式如下：
ROO(4-n)Ti(OX-R’Y)n，其中，n=2,3，RO是可水解的短链烷氧基，OX-可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等，本试验的钛酸酯偶联剂为异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯。
本试验的纯聚乙烯的初始分解温度为365℃，所得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初始分解温度为435℃，与纯铝相比，所得用于空间电子辐射防护的掺杂纳米钽的聚乙烯复合材料经过电子辐照后吸收剂量降低了0.26倍。
1）分别对试验1至3制备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与聚乙烯进行热稳定性对比测试，测试过程按以下步骤进行：
分别将质量均为10mg的试验1至3制备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和质量为10mg的聚乙烯，放在热重/差热分析仪中，在氮气气氛下，以升温速率为10℃/min的速度，升温至温度为800℃，进行热稳定性的测试，采集试验1至3制备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和聚乙烯的实时质量，得出实时质量与初始质量之比随温度的变化曲线，即试验1至3制备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和聚乙烯的热稳定性曲线对比效果图，如图1、图3和图5所示；其中热重/差热分析仪为美国PerkinElmer公司的Diamond TG/DTA热重/差热分析仪；
从图1、图3和图5可以看出，聚乙烯的初始分解温度为365℃，而试验1至3制备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初始分解温度依次为390℃、402℃和435℃，热稳定性能指标得到很大提升，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。
2）对试验1至3制备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与纯铝进行电子防护效率的测试，测试过程按以下步骤进行：
分别将试验1至3制备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和纯铝置于1MeV电子（型号为高频高压电子加速器，通量为1×1010e/cm2·s，辐照时间为4000s）和吸收剂量探测器之间，入射电子能量固定不变，使用剂量探测器收集电子穿过试验1至3制备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和纯铝之后的吸收剂量，将1MeV电子穿过纳米钽-聚乙烯空间辐射防护复合材料和纯铝后的吸收剂量之差与纯铝的吸收剂量之比值作为纳米钽-聚乙烯空间辐射防护复合材料对电子辐照防护效率，试验1至3制备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与纯铝的电子辐照后吸收剂量测试对比结果如图2、图4和图6所示；
从图2、图4和图6可以看出，与纯铝相比，在相同质量厚度下，试验1至3制备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，经过相同能量的电子辐照后，其吸收剂量依次降低了约0.17、0.21和0.26倍，对电子的防护能力优异，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。
Claims (10)
1.一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，其特征在于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。
2.根据权利要求1所述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，其特征在于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。
3.根据权利要求1所述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，其特征在于所述的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种按任意比混合。
4.根据权利要求1所述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，其特征在于所述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按重量份数是由1~99份的聚乙烯树脂、2~50份的纳米钽和0.5~15份的偶联剂制成。
5.根据权利要求4所述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，其特征在于所述的聚乙烯树脂的密度为0.900g/cm3~0.980g/cm3。
6.根据权利要求1所述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，其特征在于所述的纳米钽的粒径为0.001~100μm。
7.制备如权利要求1所述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的方法，其特征在于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。
8.根据权利要求7所述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的制备方法，其特征在于所述的聚乙烯树脂为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯树脂中的一种或几种按任意比混合。
9.根据权利要求7所述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的制备方法，其特征在于步骤一中所述的按重量份数称取1~99份的聚乙烯树脂、2~40份的纳米钽和1~15份的偶联剂。
10.如权利要求1所述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，其特征在于该材料用于作为空间电子辐射防护材料。
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| CN101385091A (zh) * | 2004-12-20 | 2009-03-11 | 全盛研究与开发公司 | 辐射可检测和防护制品 |
| US20100102279A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-04-29 | Korea Atomic Energy Research Institute | Radiation shielding members including nano-particles as a radiation shielding material and method for preparing the same |
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