空间环境对高性能纤维力学性能及结构的影响

裴诗祺1，2，蒋金华1，2，陈南梁1，2，王凯1，2 （1．产业用纺织品教育部工程研究中心；2．东华大学 纺织学院）

摘要：增阻球离轨是一种处理低地球轨道（LEO）空间碎片问题的有效手段，采用高性能纤维一体化织造工艺制作增阻离轨球能够有效改善拼接结构的曲面不规整问题。在离轨周期中，高性能纤维材料将长期受到低地球轨道中高低温交变、原子氧（AO）辐照等环境因素的影响。为探究LEO 环境中高低温交变和原子氧辐照两种主要的空间环境因素对高性能纤维结构和性能的影响，选择空间环境适应性好的纤维进行织造，测试研究了聚酰亚胺纤维、聚芳酯纤维Vec-tran、聚芳酯纤维Yokolar 3种有机高性能纤维经过高低温交变处理和原子氧辐照处理的力学性能、表面形貌及化学结构变化。高低温交变处理后3 种纤维强力降低，但强力保持率均高于70%；纤维表面观察到轻微的颗粒、沟槽等缺陷；红外光谱特征峰形状无明显变化，化学结构基本稳定。原子氧辐照后3 种纤维的力学性能损失幅度均高于40%，且发黏变硬、柔性变差；聚酰亚胺纤维表面存在大量凹凸起伏和粗细不匀且有明显的侵蚀孔洞，在两种聚芳酯纤维表面观察到原纤化劈裂和剥离；处理后纤维的红外光谱中出现新的特征峰，部分原有特征峰强度减弱或消失，3 种纤维的化学结构均被破坏。3种高性能纤维均具有较好的耐高低温性能，但原子氧辐照对3 种纤维的结构和性能均造成了严重破坏，需要进一步探究高性能纤维原子氧防护的处理方法。

关键词：高性能纤维；高低温交变；原子氧；力学性能；聚酰亚胺；聚芳酯