环氧648树脂是半固体的酚醛环氧树脂，利用三氟化硼单乙胺作为催化固化剂，该体系具有粘接强度高、工艺性好等特点多年来一直用作宇航结构复合材料的基体树脂。我国卫星、宇宙飞船等航天器大量使用环氧648树脂基复合材料，如天线组件、太阳电池基板、卫星舱段壁板、承力筒、遥感相机镜筒、支架、太阳罩等，这些结构在空间轨道上会不同程度地受到空间恶劣环境的侵蚀，如高真空下很强的紫外线辐照、带电粒子辐射以及高频度的冷热交变循环等致使树脂基体降解、龟裂、失重等，使结构性能发生变化，尤其结构材料失重大、挥发物多、可凝物挥发量增多，会严重污染卫星上的光学表面或敏感元件，进而严重影响卫星的性能和寿命。过去对环氧648树脂做过三年、五年、八年的空间环境地面模拟实验，随着我国大容量、长寿命、高可靠通信广播卫星的研制，卫星寿命可长达十多年，这就迫切需要改善和提高树脂基复合材料的抗空间辐照性能，因此如何改善和提高环氧648树脂体系抗空间辐照能力，适应长寿命要求急待解决。

研究表明纳米材料由于表面及界面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应，使其具有许多奇特的物理化学性能。这些性能与环氧树脂体系的良好结合就有可能使环氧树脂的性能和功能有大的改善或提高。徐国财等人利用纳米si02添加到E44环氧树脂中，当添加量为3％(质量分数，下同)时，环氧树脂的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率分别比不添加时增加了123％、38．3％和18％；西北工业大学研究纳米Si02对环氧树脂性能的影响，结果表明，随着Si02含量的增加，纳米复合材料的拉伸强度、拉伸模量、冲击强度增加，在si02含量为3％时，综合性能最好，分别增加114％、12．6％和56．3％，玻璃化温度也由原来的90．18℃提高到126．650C。航天材料及工艺研究所研究用si02纳米微粒对双酚F环氧树脂增韧，结果表明与室温相比，在液氮温度下，压缩强度、压缩弹性模量、拉伸强度和弯曲强度都有很大提高。但是有关纳米材料对环氧树脂在空间环境下性能影响的研究很少。本研究针对空间环境的特点，选择了纳米T峨、Si02进行试验研究。纳米Ti02对紫外线的吸收率超过99％，纳米si02表面存在有不饱和的残键以及不同键合状态的羟基，表面因缺氧而偏离了稳态的硅氧结构，因而比常规si02有较大的活性。通过试验研究纳米材料对环氧648树脂空间环境性能的影响，探讨改善树脂空间性能、提高卫星空间寿命和可靠性的途径。

2试验

2．1原材料
环氧648树脂，三氟化硼单乙胺固化剂；纳米Ti02(N1)，Si02(N2)(适量)。

2．2设备

托盘天平、水银温度计、电热烘箱、真空脱泡箱、电炉，⁶⁰Co(v射线源)、低温杜瓦、高温恒温箱、7071数字电压表，DSC分析仪、FT—IR分析仪、PHI 5300X光电子能谱仪。

2．3标准试件制作

准确称取环氧648于烧杯中，在电热炉上加热熔化，之后加入三氟化硼单乙胺，搅拌均匀，全部溶解后放人真空脱泡箱脱泡，再将物料灌人模具中，放入烘箱加热固化。

含纳米材料样件制作时先按量将纳米材料加入到树脂中，采用仪器分散均匀后，用同上方法制样。3空间环模试验要求 空间环模试验共包括真空挥发试验、电子辐照、常压冷热循环和真空热循环等四种。

3．1真空挥发试验要求

工作真空压力≤1．3 X 100 Pa；试验温度：125℃；凝结温度：25℃；试验方法：QJl371—88。宇航材料工艺2004年第2期3．2电子辐照试验要求
辐照模拟源选择⁶⁰Co(Y射线源)；辐照量为5 X10⁵ Gy(Si)。

3．3常压冷热循环试验要求

试验温度：-196℃-+100℃(部分：-170℃-+120℃)。循环次数：100次(部分：200次)。

3．4真空热循环试验要求

环境压力：≤1．3 X 10。Pa(部分：10。Pa)。试验温度：-196℃-+100℃(部分：-150℃-+120℃)。循环次数：10次(部分：200次)。

4结果与分析

4．1差示扫描量热(DSC)分析

未添加纳米及添加纳米Ti02、Si02环氧648树脂固化过程的DSC分析可看出，添加纳米材料后，体系的放热峰值温度均有提高，纳米Ti02对凝胶点影响较大。

4．2真空挥发试验

4．2．1试件外观变化

用肉眼及φ100 mm x 3的放大镜观察，试件表面无明显变化。

4．2．2质损及可凝挥发物测试

质损及可凝挥发物测试结果如表1所示。由表1可看出，通过添加纳米材料后，环氧648质量损失都能大幅度减小，可凝挥发物的含量也降低许多。说明纳米材料的存在抑制了低分子物的生成。

4．3电子辐照试验

4．3．1试件外观变化

用肉眼观察环氧648的颜色变化，初始态亮橙色，经电子辐照后，648(0)变暗棕色，648(N1)为暗米黄色，648(N2)为暗橙色。纳米材料的添加对颜色变化有明显作用。

4．3．2力学性能试验

树脂浇注体经电子辐照力学性能变化见表2。

由表2可看出，添加纳米材料N1后，环氧648的冲击强度增加59％；弯曲强度增加20％；压缩强度略有增加；压缩、弯曲模量变化不明显。辐照后压缩强度、弯曲强度有所降低，但对冲击强度(N2)的影响较大；压缩、弯曲模量变化不明显。
4．3．3电子辐照前后红外谱图

经用付里叶变换红外光谱仪，对电子辐照前后的树脂浇注体进行分析，谱图如图1所示。

环氧648(N2)电子辐照前后的FT—IR图可能是由于辐照后颜色变深，因此基线漂移比较严重。不管添加纳米材料与否，经电子辐照后，1 585 cm^-1处峰变小，说明可能-NH-键减少，部分-C—N-键可能发生了断裂；而1 749 cm^-1、1 657 cm^-1峰(C—O)除环氧648(N2)外，均为新出现，表明在电子辐照下，部分-C-键可能被氧化。这也可能是造成树脂压缩强度、弯曲强度等降低的原因。至于纳米材料的微观状态，由于添加量较小，没有测出，尚不能对影响机理详述。

4．3．4 X光电子能谱(XPs)分析

XPS谱图如图2所示。由于除C、O元素外的其他元素数量很少，所以只对C、O原子比值的变化进行了处理分析，见表3。

由表3看出，环氧648树脂初始态、添加纳米N1、N2的C／O比值基本无变化，表明添加纳米材料与否，对环氧648树脂浇注体的表面构成影响不大。

经电子辐照后，环氧648(0)的C／O比值变化小，表明树脂中的c原子受到了氧化，添加纳米N1、N2后与辐照前相比C／O比值一个略增，一个略减，表明N1对树脂起到了保护作用，加N2的树脂亦受到了氧化。

4．4常压冷热循环试验

4．4．1试件外观变化

树脂浇注体在冷热循环进行到20次时，各种胶样品开始出现裂纹。当冷热循环进行到40次时，除648(N1)、648(N2)有部分未开裂，其它胶样全部破碎。在进行完100次冷热循环后，仅648(N1)、648(N2)个别样品基本完好。从试验结果可以明显看出，纳米材料的添加提高了树脂耐冷热交变的能力。

4．4．2力学性能测试

由于树脂浇注体的试件几乎全部破坏，所以无法进行力学性能的测试。

4．4．3 DSC分析

通过对环氧648(0、N1)经常压、-170℃～+120℃、循环200次后的DSC曲线分析可看出，添加纳米N1的固体环氧648树脂软化点温度有所提高。

4．5真空热循环试验

4．5．1试件外观变化

用肉眼及φl00 mm x 3的放大镜观察，试件表面无明显变化。

4．5．2力学性能测试

添加纳米的树脂浇注体经真空热循环试验后的性能变化见表4。

由表4可看出，经真空热循环后，添加纳米材料的树脂的压缩强度有所降低，而弯曲强度和冲击强度大都有所提高，模量值变化不大。

4．5．3 DSC分析

通过对环氧648(0、N1)在10^-5Pa真空下，经-150℃～+120℃、循环200次后的DSC曲线分析可看出，添加纳米N1的固体环氧648树脂软化点温度也有了较大地提高。

5结论

添加纳米材料后，树脂的质量损失、可凝挥发分含量都大幅度减小，说明纳米材料大大抑制了低分子的生成和逸出，纳米Ti02更明显。
添加纳米材料可以明显增加环氧648的压缩、弯曲和冲击强度，经电子辐照后，表观颜色有很大变化，性能普遍有所下降。

冷热交变试验对环氧648树脂浇注体影响，随着循环次数的增加逐渐加大。常压冷热循环100次后试件几乎全部碎裂，但添加纳米材料的浇注体试件破坏的时间大大延长；证明了纳米材料可以大大地提高了树脂耐冷热交变的能力。真空冷热循环由于循环的次数少，所以对浇注体的影响不是很大。有关纳米材料在环氧树脂体系中分布的微观结构，有待进一步分析。