隨著航天技術(shù)的發(fā)展，宇航服等空間裝備對(duì)聚合物材料的耐環(huán)境性能提出了更高要求。太空環(huán)境中，紫外輻照是導(dǎo)致材料性能退化的重要因素之一，尤其對(duì)硅橡膠等常用于密封、防護(hù)的關(guān)鍵材料影響顯著。本研究通過紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox太陽光模擬器，精準(zhǔn)模擬太空紫外光譜，系統(tǒng)探究了兩種硅橡膠材料在模擬太陽紫外輻照下的結(jié)構(gòu)與性能演變規(guī)律，為航天服材料的選用與壽命評(píng)估提供理論依據(jù)。

研究背景與試驗(yàn)方法

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不同紫外輻照時(shí)間后硅橡膠紅外測(cè)試結(jié)果

太空環(huán)境中，紫外輻照（波長100–400 nm）能量較高，足以破壞聚合物分子中的化學(xué)鍵，導(dǎo)致材料降解、性能下降。硅橡膠因其優(yōu)異的耐高低溫性、耐輻照性和彈性，廣泛應(yīng)用于航天服等關(guān)鍵部件。

本研究選用兩種硅橡膠樣品——指套硅膠與夾膠布硅膠，采用紫外太陽模擬器進(jìn)行加速輻照試驗(yàn)。輻照條件為：波長200–400 nm，真空度優(yōu)于5×10?? Pa，連續(xù)輻照50 h，能量1.41 kcal/cm2。通過拉伸測(cè)試、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線光電子能譜（XPS）、接觸角測(cè)量、X射線衍射（XRD）、熱重分析（TGA）及動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）等手段，綜合評(píng)價(jià)輻照前后材料性能與結(jié)構(gòu)的變化。

紫外輻照對(duì)硅橡膠的結(jié)構(gòu)與性能的影響

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1.紫外輻照對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響

FTIR測(cè)試：指套硅膠紫外輻照前后的紅外光譜

FTIR分析表明，兩種硅橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)在紫外輻照后發(fā)生明顯變化。指套硅膠在1007 cm?1（Si–O–Si）和786 cm?1（Si–(CH?)?）處的吸收峰強(qiáng)度降低，說明主鏈及側(cè)鏈甲基發(fā)生斷裂，以降解反應(yīng)為主。夾膠布硅膠則在1007 cm?1處吸收峰增強(qiáng)，786 cm?1處減弱，表明其同時(shí)存在Si–O–Si鍵的交聯(lián)與Si–CH?鍵的斷裂，即降解與交聯(lián)并存。

2.紫外輻照對(duì)表面特性與結(jié)晶性能的影響

紫外輻照前后夾膠布硅膠的XPS全譜a.紫外輻照前b.紫外輻照后

XPS結(jié)果顯示，經(jīng)太陽光模擬器的紫外輻照后，兩種硅橡膠表面碳元素含量減少，氧元素變化不一，說明材料表面發(fā)生氧化與斷鍵。接觸角測(cè)試表明，輻照后指套硅膠與夾膠布硅膠的接觸角分別從99°、111°下降至82°、83°，表面能增大，疏水性下降，親水性增強(qiáng)。XRD圖譜顯示，兩種材料在12°附近歸屬于甲基結(jié)晶微區(qū)的衍射峰強(qiáng)度均降低，結(jié)晶度下降，這與甲基側(cè)鏈斷裂導(dǎo)致微晶熔化有關(guān)。

3.紫外輻照對(duì)力學(xué)與熱機(jī)械性能的影響

拉伸試驗(yàn)表明，經(jīng)太陽光模擬器的紫外輻照后，指套硅膠拉伸強(qiáng)度從7.31 MPa降至7.13 MPa，斷裂伸長率由374%升至386%，表現(xiàn)出“軟而弱”的趨勢(shì)；夾膠布硅膠拉伸強(qiáng)度由2.64 MPa降至2.46 MPa，斷裂伸長率由398%降至356%，呈現(xiàn)“脆化”特征。DMA分析進(jìn)一步揭示，指套硅膠儲(chǔ)能模量與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）均下降，分子鏈柔順性提高；夾膠布硅膠因部分交聯(lián)作用，儲(chǔ)能模量上升，Tg變化不明顯。

4.紫外輻照對(duì)熱學(xué)性能的影響

紫外輻照前后指套硅膠的TGA和DTG曲線

TGA數(shù)據(jù)表明，經(jīng)太陽光模擬器的紫外輻照后，指套硅膠的起始分解溫度及殘?zhí)剂烤陆担?strong>熱穩(wěn)定性降低；夾膠布硅膠因交聯(lián)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，熱分解溫度有所提高，熱穩(wěn)定性反而改善。這說明紫外輻照對(duì)不同類型的硅橡膠熱性能影響機(jī)制不同，與實(shí)際應(yīng)用中的耐環(huán)境設(shè)計(jì)密切相關(guān)。

綜上，該研究通過基于太陽光模擬器的紫外輻照試驗(yàn)，系統(tǒng)揭示了兩類硅橡膠在紫外環(huán)境下的性能演變規(guī)律：指套硅膠以斷鏈降解為主，導(dǎo)致強(qiáng)度下降、柔韌性升高；夾膠布硅膠則呈現(xiàn)斷鏈與交聯(lián)共存的復(fù)雜響應(yīng)，最終表現(xiàn)為強(qiáng)度與延伸率同步降低，但熱穩(wěn)定性提升。為硅橡膠在航天服等空間裝備中的選材、壽命預(yù)測(cè)與防護(hù)設(shè)計(jì)提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

Luminbox UV 紫外鹵素?zé)籼柟饽M器

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紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox UV 紫外鹵素?zé)籼柟饽M器，以高效光源設(shè)計(jì)與智能控制技術(shù)，提供穩(wěn)定可靠的紫外光照解決方案。

光譜精準(zhǔn)覆蓋280-400nm 紫外區(qū)間

無需預(yù)熱可高效瞬間啟動(dòng)

搭載PLC 可編程序控制調(diào)光

光主被動(dòng)散熱光，輸出波動(dòng)小

光預(yù)留外部觸發(fā)接口

紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox UV 紫外鹵素?zé)籼柟饽M器廣泛應(yīng)用于材料測(cè)試、原水/ 污水 / 中水消毒、海洋船舶壓載水處理、純水 TOC 降解及臭氧光分解等領(lǐng)域。未來，紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox將持續(xù)優(yōu)化光源性能，為航天航空、新能源等領(lǐng)域提供更高效的紫外光照支持。