纳米材料在航空航天领域的应用

1、纳米材料在航空航天领域的应用纳米材料科学与技术前沿论文学院：材料科学与工程学院名：学号:41136025班级:纳米11班2014.7.30一、摘要：随着我国社会经济的快速发展，科技技术更新速度日益加快。 纳米材料早已渗透到我们人类生活的方方面面，在我们的日常生活 中发挥着不可替代的作用。目前，纳米材料材料研究领域，已经由原来如何方便人类生活、 如何开发新型材料，逐步向减少环境负担、材料可循环利用、低能 高效的方向发展。同时，随着航天事业的发展，纳米材料材料同样 发挥着不可替代的作用。在未来的研究方面，将会是向低碳环保和 科技技术方面发展。本文主要介绍在航天领域方面的热门两种纳米材料。二、无机抗

2、菌纳米材料（1）简介细菌、霉菌、酵竹苗、凛类等_仃害微牛物小仅对人类生活作业 境造成污染，而且时人体健康和生命造成严币损害。即使在远离地 球的找人航天行器舱内环境中同样不能丰免。美国载人航无器E 行史中，因细菌感染而导致乘员患感冒、尿路感染、皮炎、I I牌， 溃疡的病例就打多起。如阿波罗7、8 q曾发生呼吸道感染，9、1I、12、14发生中耳炎，其他E行任务中也牲牛过皮疹等皮肤 感染性疾病，P号宅川站乘员留轨期问也有因细菌感染患疵，从而 不得不提返航的病例。(2)机抗菌纳米材料材料简介无机抗菌纳米材料材料就是含有无机抗菌成分并具有抗菌抑菌 功能的纳米材料材料。无机抗菌剂是一种新的、含有银、锌、

3、铜等 金属离子成分和无机载体的接触型抗菌制剂，其所含金属离子具有 超强抗菌能力。当细菌、霉菌等微生物接触到载体中游离态金属离子后，带正 电荷的金属离子与带负电荷的微生物因库仑引力相互吸附，并在微 生物表面聚积，在金属离子之正电荷达一定量时，就会有效击穿细 菌细胞壁，接触细胞内部蛋白质和核酸，产生化学反应，使蛋白质 变性，从而降低蛋白酶活性。蛋白质失活就会影响细胞的代谢和呼 吸功能，使其无法进行分裂繁殖，直到死亡，从而达到灭菌、抑菌 目的。(3)分子材料航天应用现状目前我国己试制和生产出硅、钙、钾三大系列七大类多种抗菌 剂，而且还为各种制剂选配了合适载体，较好的解决了部分抗菌纳 米材料制品的生产

4、工艺技术难题。如抗菌尼龙丝、聚乙烯板，药品 包装材料、食品包装膜、聚丙编织丝料、无纺布、ABS、PS、聚酯泡 沫塑料、涂料、空气清新剂等多种抗菌制品，经过进一步严格筛试， 均可应用于载人航天技术领域。为给乘员创建安全可靠工作条件和舒适方便的生活环境，纳米 材料聚合材料越来越多的运用于载人航天舱内设备。航天服就用到 多种经特殊处理的保温耐压纳米材料材料。又如头盔及其面窗材料， 通信用麦克和耳机材料，飞行程序控制用计算机壳体、操作键盘， 各种连接导线和电缆，多种非金属餐饮、复水器具，食品、饮料及 药品包装材料，废物和大小便收集存贮装置，尿液及航天废水再生 处理用过滤、透析膜材料吸水材料，保温材料，

5、各种通用工具及设 备的操作把手，各种通风排气复合软管材料，减震保温用发泡材料， 有时电热设备的绝缘隔热层也不得不用纳米材料材料制成。纳米材 料材料为人类创建生活和工作便利的同时，同样也会遭受有害菌侵 蚀，不仅损害材料外观，而且严重损害到材料质量，甚至通过交叉 传播殃及人体健康。据调查，105 f-1电话中46%的机子上有大肠 杆菌，仅在塑料听筒、话筒上就有480余种细菌和2400种病毒。有 害微生物的繁衍速度很快，在适宜条件下，一个大肠杆菌经9个小 时可达1亿个之多。三、聚磷腈在航空航天中的应用（1）简介在现代材料科学与技术发展历程中，航空航天材料一直扮演着 先导性角色，材料进步不仅推动了航空

6、航天业本身的发展，也带动 了地面交通工具进步，航空航天材料反映了材料发展的前沿，代表一个国家材料的最高水平。航空航天材料主要要求是抗疲劳、耐高 温、耐腐蚀、长寿命等。（2）聚磷腈材料在航空航天领域中的应用1、在织物阻燃中航空航天领域织物包括降落伞和宇航服装，要求材料具有高的 阻燃和耐热性能，以满足特殊条件下的使用。刘霞等人通过热重分析（TGA）、差热分析（DTA），红外光谱（IR） 等详细研究了 TAP对织物阻燃性能的影响。当添加质量分数为17% 时，成率（燃烧分解后剩余质量占原来质量的分数）为39%，氧指数 为47。5,手感好，强度损失小，水平点燃有自熄性。国外有人对 TAP （日本曹达公司

7、产品）的水合物和盐酸盐进行研究。经TAP化合物 阻燃整理的棉纤维性能见表1。由表1可知，经TAP化合物整理后，棉缎具有高的耐洗性和耐 久性，阻燃效果明显，基于增质量率和不同条件下的极限氧指数 （iO0最高达到39。TAP化合物与防火整理剂（丙烷一派罗伐特克斯， cp）进一步经热分析对比，发现CP在受热过程中发生放热分解。TAP 化合物在受热过程中，由于放出HCI和NH而发生吸热，且TAP在 纤维素中发生缩聚反应（如图3所示），在酸催化作用下，脱除NH， 而发生缩聚，生成不溶于水的聚合物，从而赋予纤维以持久的阻燃 性。用TAP化合物进行阻燃整理有如下优点：赋予棉纤维以持久阻 燃性；不会游离出甲醛

8、；经整理的布手感柔软，强度保持率（经向） 高达90%；不变色；由于不含卤素，燃烧时不会产生卤素气体和卤 化氢气体。此外，TAP对人造纤维、棉针织物、丝绸有防缩整理效果。表1 TAP进行棉缎阻燃整理结果Tab. 1 Tcst result of TAP flamc*rctardant for sarecn % 化含扇 扇貌底”LOILO11Z知TAPHiO 41S5271273TAPTCl 8.73土。上4*223.91）棉纤维按浸轧烘乱焙操法处理后的质量期量分数;2）家用挽衣机4。Y洗添5。次；3）家用洗衣机M弋洗涤5。次后，在相对湿度80%, 60 空气中处理3d,然后洗泳。2、在阻燃泡沫橡

9、胶中美联邦航空局的Richard等人对高效阻燃聚磷腊泡沫材料进行 了测试。聚磷腊材料与其他材料相Ii试数据见表2.前者的热性能 显示了非常大的优势，EYPELA热释放能力比航空用Pu橡胶降低 7 66 . 4%,膨胀石墨改性聚磷腊橡胶的更是降低了80.7%。从 反应材料阻燃性的成炭率可看出：EYPELA比航空用Pu橡胶的成 炭率提高9倍，膨胀石墨改性聚磷腊橡胶更是提高了近20倍。另外 聚磷腊材料的燃烧性能更为优越（表3）,与Pu相比，燃烧时聚磷腊 材料最大热释放速率降低70%，平均有效燃烧热量降低37.5%， 显著降低燃烧释放出的热量，减少燃烧造成的损失，石墨改性的聚 磷腊性能则更优。表2聚磷

10、精材料和其他有机材料热性能比较Tab.2 Comparison of thermal properties betweenpoiyphojphazene and other organic materUIs橡胶成炭率乙折J乙烯解酸共聚物【4420聚丁基橡胶10020航空用PU橡胶6072普通PU橡胶300-60。0-!丁苯橡脱5142觐醪橡胶4435乙因橡胶43713膨胀石圈改性PU43】13EYPEL-A20420氯丁裸股IS813膨胀石黑改性聚磷膳搬胶I 17413、在胶黏剂中聚磷腊胶黏剂1具有突出的耐热性能，300度以上有较好的耐 热性和黏结一 IIii（对金属粘接剪切强度为200MPa以上），并且其 抗冲击韧性比无机盐胶黏剂好得多。聚磷腊胶黏剂主要用于高温作 业下如火箭、导弹、飞机等有关耐高温部件的金属、陶瓷和玻璃钢 等工件的粘接。典型的聚磷腊胶黏剂合成见图4。圈4弱魂腊腔聪剂的会成四、结语纳米材料也叫做聚合物材料，通常是指由千万个小分子有化学 键连接而成的大分子聚合物。我们生活中应用的纳米材料材料就是 指合成材料、合成橡胶、合成纤维等合成纳米材料材料。然而20世 纪60年代，纳米材料工业已基本完善，解决了人们的衣着、日用品、 和工业材料等需求。因此，在未来的纳米材料航