本發(fā)明涉及粒子輻射環(huán)境用芳香族聚合物絕緣材料不同輻照源位移輻照效應(yīng)等效的性評價方法。

背景技術(shù)：

粒子輻射環(huán)境包括空間帶電粒子環(huán)境(如電子、質(zhì)子及重離子)和核反應(yīng)環(huán)境中的中子。這些粒子會對材料的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生明顯的影響。

通常，粒子輻射會對材料產(chǎn)生兩種效應(yīng)，包括電離效應(yīng)和位移效應(yīng)，其中電離效應(yīng)使材料內(nèi)部形成電子-空穴對，使材料中的基團(tuán)帶電，形成未成對電子，即自由基，導(dǎo)致材料產(chǎn)生交聯(lián)和降解。而位移作用是材料中的原子離位，產(chǎn)生斷鍵，同樣也會導(dǎo)致材料產(chǎn)生交聯(lián)和降解。

由此可見，這兩種效應(yīng)均會引起材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的退化，將直接影響航天器的壽命和可靠性。特別是，芳香族聚合物絕緣材料因其具有優(yōu)異的光學(xué)性能、絕緣性能、輕質(zhì)及易于加工等優(yōu)點，在航天器上和核反應(yīng)堆環(huán)境中具有應(yīng)用的廣泛，如電連接器和繼電器等電氣元件。

然而，聚合物絕緣材料在軌服役時易于受到粒子輻射損傷。粒子輻射環(huán)境對聚合物材料產(chǎn)生交聯(lián)或降解，從而引起性能發(fā)生改變。以往國內(nèi)外相關(guān)研究主要集中于輻照源能量和注量對其結(jié)構(gòu)和性能的影響，且主要針對電離效應(yīng)開展研究，而對于聚合物材料位移損傷效應(yīng)的研究較少。

因此，目前國際上針對聚合物位移輻射損傷等效性的評價方法處于空白。這一現(xiàn)狀必然會導(dǎo)致粒子輻射環(huán)境用聚合物絕緣材料的輻射損傷效應(yīng)的評價不夠準(zhǔn)確，從而直接影響到儀器設(shè)備乃至航天器運行的可靠性和壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的輻射環(huán)境用芳香族聚合物材料空間輻照效應(yīng)評價誤差大的問題，本發(fā)明提供了一種芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷等效性評價方法。

芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷等效性評價方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)各輻射源的能量、待測材料樣品的化學(xué)組分及密度，利用基于MonteCarlo方法的GEANT4模擬軟件，計算各輻射源在待測材料樣品中的位移輻射吸收劑量及射程；

所述的各輻射源包括低能質(zhì)子、中子及重離子輻射源，且低能質(zhì)子的能量小于200keV；

所述的待測材料樣品為芳香族聚合物絕緣材料；

步驟二、根據(jù)各輻射源在待測材料樣品中的射程，確定待測材料樣品的厚度，且以各輻射源在待測材料樣品中的最小射程作為待測材料樣品的厚度；

步驟三、取四塊待測材料樣品，且每塊待測材料樣品的厚度均與步驟二中確定的待測材料樣品的厚度相同，使每種輻射源對應(yīng)一塊待測材料樣品進(jìn)行輻照試驗，使各輻射源的輻照粒子完全穿透所對應(yīng)的待測材料樣品的厚度；

步驟四、輻照后，對各待測材料樣品進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析和性能測試；

步驟五、根據(jù)步驟四獲得的測試數(shù)據(jù)，繪制各輻射源在輻照條件下的微觀結(jié)構(gòu)分析獲得的各物理量與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線，及性能測試獲得的各物理量與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線，作為對芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷的等效性評價結(jié)果。

所述的微觀結(jié)構(gòu)分析的分析內(nèi)容包括自由基、基團(tuán)和化學(xué)成分；性能測試的測試內(nèi)容包括力學(xué)性能、介電性能、絕緣性能及光學(xué)性能。

步驟五中，微觀結(jié)構(gòu)分析獲得的各物理量與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線包括自由基與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線、基團(tuán)與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線和化學(xué)成分與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線；

性能測試獲得的各物理量與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線包括力學(xué)性能與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線、介電性能與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線、絕緣性能與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線及光學(xué)性能與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線。

所述的力學(xué)性能測試滿足GB/T 1040-2006國家試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，介電性能測試滿足GB/T 1409-2006國家試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，絕緣性能測試滿足GB/T 1040-2006國家試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，光學(xué)性能測試滿足GB/T 30983-2014國家試驗標(biāo)準(zhǔn)要求。

本發(fā)明帶來的有益效果是，依據(jù)本發(fā)明發(fā)法對芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷等效性評價，在輻照粒子能夠完全穿透被測材料樣品整體厚度的情況下，不同輻照源粒子均對該類聚合物絕緣材料造成的損傷以位移損傷為主，材料性能的退化程度與輻照源無關(guān)，只與位移輻射吸收劑量有關(guān)；本發(fā)明等效方法操作簡單，評價結(jié)果的準(zhǔn)確度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷等效性評價方法的流程圖；

圖2為在70keV質(zhì)子、110keV質(zhì)子和25MeV碳離子輻照條件下，聚酰亞胺(PI)自由基含量隨位移輻射吸收劑量的演化曲線；

圖3為在70keV質(zhì)子、110keV質(zhì)子和25MeV碳離子輻照條件下，聚酰亞胺(PI)特定的550nm波長輻射損傷隨位移吸收劑量的演化曲線；

圖4為在70keV質(zhì)子、110keV質(zhì)子和25MeV碳離子輻照條件下，聚酰亞胺(PI)特定的610nm波長輻射損傷隨位移吸收劑量的演化曲線；

圖5為在70keV質(zhì)子、110keV質(zhì)子輻照條件下，聚醚醚酮(PEEK)自由基含量隨位移輻射吸收劑量的演化曲線；

圖6為在70keV質(zhì)子、110keV質(zhì)子輻照條件下，聚醚醚酮(PEEK)表面電阻隨位移輻射吸收劑量的演化曲線。

具體實施方式

具體實施方式一：參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷等效性評價方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)各輻射源的能量、待測材料樣品的化學(xué)組分及密度，利用基于MonteCarlo方法的GEANT4模擬軟件，計算各輻射源在待測材料樣品中的位移輻射吸收劑量及射程；

所述的各輻射源包括低能質(zhì)子、中子及重離子輻射源，且低能質(zhì)子的能量小于200keV；

所述的待測材料樣品為芳香族聚合物絕緣材料；

步驟二、根據(jù)各輻射源在待測材料樣品中的射程，確定待測材料樣品的厚度，且以各輻射源在待測材料樣品中的最小射程作為待測材料樣品的厚度；

步驟三、取四塊待測材料樣品，且每塊待測材料樣品的厚度均與步驟二中確定的待測材料樣品的厚度相同，使每種輻射源對應(yīng)一塊待測材料樣品進(jìn)行輻照試驗，使各輻射源的輻照粒子完全穿透所對應(yīng)的待測材料樣品的厚度；

步驟四、輻照后，對各待測材料樣品進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析和性能測試；

步驟五、根據(jù)步驟四獲得的測試數(shù)據(jù)，繪制各輻射源在輻照條件下的微觀結(jié)構(gòu)分析獲得的各物理量與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線，及性能測試獲得的各物理量與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線，作為對芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷的等效性評價結(jié)果。

本實施方式中，當(dāng)各輻射源在相同坐標(biāo)關(guān)系下的曲線重合，則證明各輻射源可相互等效，各輻射源在相同坐標(biāo)關(guān)系下的曲線越趨近于一致，則證明各輻射源的特性越趨于一致。

步驟二中，由于各輻射源的輻照粒子在待測材料樣品內(nèi)部的射程不同，評價不同輻照源(低能質(zhì)子、中子及各總能量重離子)條件下聚合物絕緣材料的輻照損傷效應(yīng)時可能會遇到兩種情況；

一種情況，輻照粒子能夠完全穿透待測材料樣品的整體厚度，即能夠?qū)Υ郎y材料造成均勻性損傷，適用于評價材料的整體性能；

另一種情況，輻照源粒子射程較短(小于待測材料樣品厚度)，對待測材料樣品造成非均勻性損傷，難于評價材料的整體性能，適合評價表面性能。

因此，本申請以各輻射源在待測材料樣品中的最小射程作為待測材料樣品的厚度；使各輻射源的輻照粒子完全穿透所對應(yīng)的待測材料樣品的厚度；在同等條件下進(jìn)行輻照試驗，提高測試結(jié)果的精確度。

輻照后對聚合物絕緣材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，測試時應(yīng)滿足各種分析儀器設(shè)備對測試樣品的要求。通常，在輻照試驗后應(yīng)在短時間內(nèi)進(jìn)行測試，特別是對聚合物絕緣材料內(nèi)部自由基的測試。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一所述的一種芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷等效性評價方法的區(qū)別在于，所述的微觀結(jié)構(gòu)分析的分析內(nèi)容包括自由基、基團(tuán)和化學(xué)成分；性能測試的測試內(nèi)容包括力學(xué)性能、介電性能、絕緣性能及光學(xué)性能。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式二所述的一種芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷等效性評價方法的區(qū)別在于，步驟五中，微觀結(jié)構(gòu)分析獲得的各物理量與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線包括自由基與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線、基團(tuán)與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線和化學(xué)成分與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線；

性能測試獲得的各物理量與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線包括力學(xué)性能與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線、介電性能與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線、絕緣性能與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線及光學(xué)性能與位移輻射吸收劑量的關(guān)系曲線。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一所述的一種芳香族聚合物絕緣材料的位移輻射損傷等效性評價方法的區(qū)別在于，所述的力學(xué)性能測試滿足GB/T 1040-2006國家試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，介電性能測試滿足GB/T 1409-2006國家試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，絕緣性能測試滿足GB/T 1040-2006國家試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，光學(xué)性能測試滿足GB/T 30983-2014國家試驗標(biāo)準(zhǔn)要求。

由圖2至圖6可知，不同輻照源輻照條件下聚醚酰亞胺和聚醚醚酮絕緣材料的性能退化與位移輻射吸收劑量能夠較好地滿足一定的關(guān)系。這說明該材料由不同輻照源導(dǎo)致的性能退化只取決于位移輻射吸收劑量與輻照源無關(guān)。基于上述分析結(jié)果可以充分說明，針對聚醚酰亞胺這種聚合物絕緣材料，重離子與不同能量低能質(zhì)子輻照源是可以相互等效的。