In the new space era, cosmic radiation shielding is important for satellites equipped with highly integrated electronic equipment and astronauts participating in long-term space missions. Commercial off -the-shelf is being used as an electronic device for high-performance, low-cost satellites but is vulnerable to cosmic radiation. Because hydrogen-rich benzoxazine (HRB) contains a large amount of hydrogen, it can effectively shield radiation. The mass of an HRB radiation shield is lower than that of an epoxy shield, and its mechanical properties may be enhanced by the addition of amines or carbon nanotubes. However, when HRB is exposed to a space environment, high-energy atomic oxygen erodes its surface, while ultrahigh vacuum combined with high temperature causes outgassing. To improve the mechanical properties of HRB and its space environment resistance, multi-walled carbon nanotube (MWCNT)/HRB nanocomposites with grafted amine groups have been synthesized in this study. The tensile properties of these nanocomposites were evaluated, and their space environment resistance was determined using special equipment that simulates a space environment, including high-energy atomic oxygen irradiation. The obtained results revealed that the proposed NH2–MWCNT/HRB nanocomposites were superior to HRB in terms of their tensile properties, outgassing performance, and atomic oxygen resistance. Therefore, these materials can potentially replace epoxy polymers in space missions that require cosmic radiation shielding. The application of stealth design to satellites provides an advantage in reconnaissance activities by evading ground observation and increasing survivability by preventing attacks from anti-satellite weapons. A shield that absorbs microwave irradiation was developed for incorporation into an ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE)/hydrogen-rich benzoxazine composite for cosmic radiation shielding and to prevent electronic malfunction. Through the application of a polydopamine coating to UHMWPE followed by the grafting of carbon nanotubes, microwave absorption was achieved and the mechanical properties were improved. Moreover, radiation dose analysis confirmed that the proposed material exhibited a higher radiation shielding performance than conventional radar absorbing structures. UHMWPE/hydrogen-rich benzoxazine composite (UHC) exhibits excellent cosmic radiation shielding. However, the low interfacial adhesion of UHMWPE causes low flexural strength and delamination of the UHC. We increased the interlaminar shear strength of UHC via polydopamine coating, MWCNT, and amine grafting on UHMWPE. The total mass loss and collected volatile
condensable material tests were performed on the UHC to confirm for space environmental suitability. The proposed materials are expected to be utilized as a cosmic radiation shielding panel for future spacecraft.
New space 시대에 고도로 통합된 전자장비를 탑재한 위성과 장기 우주임무에 참여하는 우주인에게 우주방사선 차폐는 중요하다. 상용 기성품은 고성능, 저비용 위성용 전자 장치로 사용되고 있지만 우주 방사선에 취약하다. 다수소 벤조옥사진(HRB)에는 다량의 수소가 포함되어 있어 방사선을 효과적으로 차폐할 수 있다. HRB의 질량은 에폭시보다 낮고, 아민 또는 탄소나노튜브의 첨가에 의해 기계적 성질이 향상될 수 있다. 그러나 HRB가 우주 환경에 노출되면 고에너지 원자 산소가 표면을 침식하는 반면 고온과 결합된 초고진공은 가스 방출(outgassing)을 일으킨다. HRB의 기계적 특성과 공간 환경 저항성을 개선하기 위해 이 연구에서 아민기가 접목된 다중벽 탄소나노튜브(NH2-MWCNT)/HRB 나노복합재료를 제안했다. 이러한 나노복합재료의 인장 특성을 평가하고 고에너지 원자 산소 조사를 포함하여 우주 환경 모사 장비를 사용하여 우주 환경 저항성을 평가했다. 얻어진 결과는 제안된 NH2-MWCNT/HRB 나노복합재료가 인장 특성, 가스 방출 성능 및 원자 산소 저항 면에서 기존의 HRB보다 우수함을 보여주었다. 연구결과로부터, NH2-MWCNT/HRB 나노복합재료는 우주 방사선 차폐가 필요한 우주 임무에서 잠재적으로 에폭시 고분자를 대체할 수 있을 것으로 기대한다. 위성에 스텔스 설계를 적용하면 지상관측을 회피하여 정찰활동에 유리하고, 요격무기의 공격을 막아 생존성을 높인다. 우주 방사선 차폐, 전자기기의 오작동을 방지 및 수명증가를 위해 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)/HRB 복합재료에 마이크로파를 흡수하는 다기능 구조가 제안되었다. UHMWPE에 폴리도파민 코팅을 적용한 후 MWCNT를 접목함으로써 마이크로파 흡수 성능을
달성하고 기계적 특성을 개선했다. 또한, 우주방사선 선량 분석을 통해 제안된 재료가 기존 레이더 흡수 구조보다 높은 우주방사선 차폐 성능을 갖는 것을 확인했다. UHMWPE/HRB 복합재료(UHC)는 우수한 우주 방사선 차폐 성능을 갖는다. 그러나 UHMWPE의 낮은 계면 접착력은 UHC의 낮은 굴곡 강도와 박리를 유발한다. 폴리도파민 코팅, MWCNT 및 UHMWPE에 아민의 접목을 통해 UHC의 층간 전단 강도를 증가시켰다. 우주 환경 적합성을 확인하기 위해 UHC에서 총 질량 손실(TML) 및 수집된 휘발성 응축성 물질(CVCM) 시험을 수행했다. 제안된 재료들은 미래 우주선의 우주방사선 차폐 패널로 활용될 것으로 기대된다.
