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随着我国航天技术的不断发展,越来越多的航天器在LEO轨道运行。大量存在于LEO轨道的原子氧(AO)对航天器表面的高分子材料产生强烈的侵蚀作用。聚酰亚胺的力学性能、光学、热学性能以及化学稳定性十分优异,在航天、航空领域应用十分广泛并且不可替代。由于LEO中存在对航天器造成严重威胁的AO,因此各国都致力于提高聚酰亚胺材料的抗AO性能。同时考虑到聚酰亚胺薄膜在运输、装配过程中容易产生划擦、刮碰等问题,所以对其进行耐划擦处理是十分必要的。本文首先采用光活化硅烷化工艺对聚酰亚胺薄膜进行表面改性,制备改性聚酰亚胺从光学性能、表面形貌、化学组成等方面进行研究,并且对改性前后聚酰亚胺进行原子氧暴露实验以测试改性聚酰亚胺抗原子氧能力。为保护改性层,引入POSS/PDMS防护层使用Materials Studio软件进行分子动力学模拟,选取不同种类、配比的POSS/PDMS防护层进行AO侵蚀模拟以及力学性能模拟,从质量变化曲线、损伤传播深度以及力学性能比较等方面进行研究,选取与聚酰亚胺性能最为接近的防护层进行实验验证。研究结果表明,经过光活化硅烷化工艺制备的改性聚酰亚胺薄膜较原始聚酰亚胺光学性能及表面质量均有所提高,Si和O元素含量连续变化,即改性层为内渗式生长并外延,不改变基体原有的光、热、电和力学性能。与基体间无界面,并具有优良的抗原子氧性能,抗原子氧性能较原始聚酰亚胺提高35倍。为了保护抗原子氧改性层,改善改性层的耐划擦性能,采用分子动力学模拟,以不同种类的POSS与PDMS构建耐划擦防护层。采用Reax FF力场,对POSS与PDMS组成的8个复合物防护层进行原子氧侵蚀模拟实验,分析结果表明POSS-1防护层(POSS-1:PDMS=100:3与POSS-1:PDMS=100:6)抗AO侵蚀能力最好。对各防护层进行力学性能模拟(拉伸试验、纳米压痕实验以及力学性能模拟计算),分析结果可知,防护层七(POSS-4:PDMS=100:3)力学性能与聚酰亚胺最匹配。采用POSS-4(GPOSS)、PDMS、光引发剂、乙酸丁酯、乙腈及碳酸亚丙酯等试剂,利用紫外固化的方式进行防护层的制备。弯折试验及划痕测试结果表明,防护层与经改性处理的PI结合良好。在曲率半径为10mm的条件下无开裂、剥离,且表层硬度达7H,具有很好的抗弯折能力和防划效果。