Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Исследование пленочных полимерных материалов, экспонированных на орбитальной космической станции "Мир" : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.09

Год: 2007

Номер работы: 60276

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Выводы Литература Снисок условных сокращений НЗО - низкие земные орбиты; КА - космический аппарат; ФКП - факторы космического пространства; СЭМ - сканирующая электронная микроскопия; АСМ - атомно-силовая микроскопия; РПЗ - радиационный пояс Земли; МНПВО - многократно нарушенное полное внутреннее отражение; ТФЭ-ГФП - сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом; ПИ - полиимид.

Актуальность проблемы Как известно, в околоземном и дальнем Космосе на материалы космических аппаратов (КА) одновременно и периодически воздействует сложный набор различных по своей природе и интенсивности физических и из которых являются следующие: излучениями химических факторов, основными сверхвысокий вакуум; невесомость; облучение ионизирующими (высокоэнергетические электроны, протоны, космические лучи) и излучением Солнца; плазма; бомбардировка микрометеорными частицами, атомарными

глава - литературный обзор. Рассмотрены процессы получения и физико-химические свойства фторполимерных, двойных полиимидфторполимерных и односторонне алюминированные полиимидных пленок. Дано описание радиационной обстановки в космическом пространстве, внешней атмосферы космического аппарата, поведения полимерных материалов в условиях космического вакуума. Во второй главе описаны экспериментальные методы, с помощью которых проводились исследования свойств и структуры полимерных материалов. В т

1.1. Получение и физико-химические свойства фториолимериых, двойных нолиимид-фториолимерных и односторонне алюминированных нолиимидных нленок В данной главе кратко рассмотрены вопросы получения и физико- химические свойства - фторполимерных пленок марок Ф4-МБ и FEP-100 А, двойных полиимид-фторполимерных пленок и односторонне алюминированныех полиимидных пленок, исследованию которых посвящена данная работа. Соиолимер тетрафторэтнлена с гексафторирониленом (ТФЭ-ГФП) CF3 Сополимер тетрафторэ

1.2. Влияние факторов космического пространства на нолимериые материалы космических аипаратов В понятие космической техники входят искусственные спутники Земли различного назначения, челночные космические аппараты многоразового использования типа «Спейс Шаттл», «Буран», аппараты для длительного пребывания людей на орбитально-космических базах типа «Мир», МКС, а также проектируемые космические платформы и базы на Луне, Марсе и др. Кроме того, в это понятие входит космическое оборудование в с

Основными источниками ионизирующих излучений в космосе являются галактическое и солнечное космическое излучение, солнечное рентгеновское излучение с длинами волн в интервале 1-10 нм, вакуумное УФ излучение (энергия 6-125 эВ), потоки заряженных частиц высоких энергий [1,3,19 ]. Галактическое космическое излучеиие представляет собой совокупность потоков в основном протонов (85-90%), а-частиц (7-15%) и более тяжелых ядер (от Li до Sn, около 2%). В зависимости от цикла солнечной активности плотн

1.4.Тер1иоциклироваиие в космическом пространстве Наиболее значительной причиной изменения температуры КА в космическом пространстве является поглощение прямого и отраженного излучения Солнца. Температура КА, находящегося на солнечной стороне, достигает 400 К, в тени - около 120 К [38]. При движении по круговой орбите с периодом 90 мин температура наружной поверхности изменяется в меньших пределах - 200-340 К. При моделировании термическое циклирование обычно рекомендуется проводит

1.7. Взаимодействие полимериых материалов с атомарным кислородом Казалось бы, собственная атмосфера должна экранировать КА от частиц земной атмосферы. Однако плотность собственной атмосферы аппарата недостаточна для защиты его поверхности от прямых столкновений с частицами атмосферы. Полеты показали, что при столкновении частиц атмосферы с поверхностью движущегося со скоростью ~8 км/с КА, наблюдается ряд новых эффектов, весьма существенных при обеспечении безотказной работы систем космическ

Тепловой баланс КА определяется поступлением (излучение Солнца основной источник, собственное тепла от внешних излучение Земли, РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА отраженное от поверхности Земли солнечное излучение, корпускулярное излучение и т. п.) и внутренних источников (аппаратура, двигатели коррекции и ориентации, экипаж и системы его жизнеобеспечения и др.), а также рассеянием его поверхностью аппарата. Величина внешних тепловых потоков, поглошаемых поверхностями элементов кон

2.1. Методика проведения иатуриого эксиеримеита иа орбитальной космической станции «Мир» Важнейшую космических роль в обеспечении длительной играет стойкость и безотказной работы материалов и аппаратов конструкционных элементов их аппаратуры к воздействию внешних факторов космического пространства. Эти факторы включают в себя высокий вакуум, корпускулярные и электромагнитные излучения разных видов, метеориты, невесомость и т.п. Многообразие этих сложные отдельных факторов, воздействующих с

Массу пленок взвешивали на лабораторных точностью ± 0,05 мг. Для исследования весах типа ВЛР-200 с толщины пленок изменения использовался прецизионный измеритель линейных размеров типа ОВЭ-1. Точность измерения толщины пленочных образцов составляет ± 1 мкм.

К настоящему времени не существует методов прямого определения поверхностного натяжения твердых тел, в том числе и полимеров в твердом состоянии. Критический анализ известных методов определения поверхностного натяжения показывает, что из большого числа их лишь немногие пригодны для изучения полимеров. Среди надежных методов, позволяющих определять статические величины поверхностного натяжения полимеров, можно отметить метод лежачей капли или газового пузырька и метод максимального давления

Метод спектрофотомерии. Измерения оптических спектров в видимой и УФ - области проводили на спектрофотометре СФ-56 (фирма ОАО «ЛОМО») с компьютерной системой регистрации и обработки спектров. Спектральный диапазон измерений спектрофотометра составляет 190 - 1100 нм. Для измерений использовались лампы, испускающие свет в диапазоне 190 - 340 нм - лампа ДДСЗОМ, а в диапазоне 340 - 1100 нм - лампа КГМ12-10. Пределы допускаемой абсолютной погрешности спектрофотометра при измерении поглощения от 1

Измерение коэффициента яркости р в спектральном диапазоне 400 - 750 нм спектрально неизбирательных светорассеивающих образцов проводили на ФОУ с избирательным поглотителем, корригирующим спектральную чувствительность мультищелочного фотоэлемента Ф-15 к кривой видности. Коэффициент яркости определялся как отнощение яркости светорассеивающей поверхности в некотором направлении к яркости «идеального рассеивателя», находящегося в тех же условиях освещения. За «идеальный рассеиватель» принимается

Исследования структуры поверхности экспонированных полимерных пленок проводили с помощью сканирующего электронного микроскопа TESLA BS-340 (ускоряющее напряжение 15-30 кВ, усиление 2000-10000) в институте кристаллографии РАН. Поверхности образцов предварительно покрывали тонким слоем меди для создания электропроводящего слоя . Для изучения структуры поверхности полимерных пленок использовался атомно-силовой микроскоп SOLVER Р - 47 (производства компании NT-MDT), измерения проводились в резон

2.7. Фотографические методы исследования формы каиель жидкости Снимки капель на поверхностях пленок производили с помощью фотокамеры «Power Shot А 80» (фирма Сапоп). На наружные и внутренние поверхности внешних пленок и защищенные поверхности внутренних экспонированных полимерных пленок наносились капли бидистиллированной воды.

Глава 3 Исследование экспонированных на станции «Мир» фторнолимерных нленок На рис.

3.1 приведена фотография фторполимерных пленок FEP-100A после экспонирования в течение 42 месяцев на орбитальной станции «Мир». Возвращенные на Землю образцы фторполимерных пленок FEP-100A были склеены между собой по периметру пленки и в нескольких местах в ее центральной части. Наружные поверхности пленок имели слабо выраженный шероховатый характер. Нленки Ф4-МБ незначительно помутнели, на внешней п

3.1. Изменение массы, толщины и нлотности пленок На гистограммах (рис.

3.2,

3.3 и

3.4) и табл.

3.1 и

3.2 приведены данные о толщинах, массе и плотности исходных и экспонированных образцов пленок FEP-100A и Ф4-МБ. После экспонирования толщины 100А уменьшились на ~8 и ~20 %, потеря массы % за 28 и 42 месяца, соответственно. 54 открытых пленок FEP- составила примерно ~2 и ~6 Наблюдаемые для открытой пленки непропорциональные изменения объема и массы свидетельствую

3.2. Поверхностные свойства экспоннрованных фторнолимерных нленок Об изменении микросвойств поверхности пленок можно судить по изучению формы капель жидкости, помещаемой на их поверхность. На внещней поверхности пленки FEP-100A, экспонированной 28 месяцев, капли имеют сферическую форму. Такая же форма характерна для капель на поверхностях неэкспонированных и закрытых при экспонировании плёнок. В тоже время, как видно на рис.

3.4, на наружной поверхности внещней пленки, экспонированной

3.3. Исследование экспонированных фторполнмерных нленок методами сканирующей электронной и атомной силовой микросконии При движении КА внешняя поверхность наружных пленок подвергается непрерывной бомбардировке такими частицами, как молекулярный и атомарный водород, молекулярный и атомарный азот, молекулярный и атомарный кислород, аргон, а также более тяжелыми частицами собственной внешней атмосферы. В пользу определяющего влияния на изменения структуры и свойств бомбардировки тяжелыми части

3.4. Исследование оптических свойств экспоиироваиных фторполимериых пленок Важную информацию об изменении химического строения и структуры нолимерных пленок дают исследования их оптических свойств методами электронной спектроскопии и круговых диаграмм яркости. На рис, 3,9 и 3,10 приведены электронные спектры в видимой и УФ области исходных пленок FEP-100A и Ф4-МБ (кривые 1), внешних пленок после экспонирования в течение 28 (кривые

2) и 42 месяца (кривые 3), Исходные фторполимерные пле

3.5. Исследования химического строения экспонированиых фторполимерных нленок методом ИК-спектроскоиии Изменения химической структуры пленок были изучены методами ИКспектроскопии и многократно нарушенного полного внутреннего отражения (МНПВО). На рис.

3.13, кривая 1 характеризует FEP-100A. ИК-спектр исходных пленок За интенсивное поглощение в области 1000-1100 см'' ответственны C-F-связи [58,59,73 ]. В области 1350-1200 см'' лежат валентные колебания очень сильные полосы поглощения C

Глава 4 Исследования полиимидных пленок, эксноннрованных нод защитой кварцевых стекол Одним из постоянно действующих ФКП на материалы поверхности КА является электромагнитное излучение Солнца, Полная интенсивность излучения Солнца на орбите Земли составляет 1396 ± 27 Вт/м^ (солнечная постоянная). Спектральное распределение интенсивности излучения Солнца близко к излучению абсолютно черного тела при 5400 К, Максимум приходится на видимую часть спектра и только примерно 0,03% потока (энергия ф

Глава 5 Исследование двойных нолннмид-фторнолимерных нленок Визуальный осмотр двухслойной фторполиимидной пленки, экспонированной 28 месяцев, показал, что открытая поверхность пленки стала матовой, мутной, шероховатой, сильно рассеивающей. Боковые участки, прикрытые крепежными деталями, и участки, закрытые аримидными нитями, были прозрачными и гладкими, как и у исходной пленки. Таким образом, наибольшим изменениям подвергается открытая поверхность пленки. Пленка, экспонированная 42 месяца,

В табл.

5.1 и на рис.

5.1 приведены данные изменения толщины, массы и плотности двухслойного фторированного полиимида. Если сравнивать потери массы и толщины пленки с аналогичными образцами полиимидной пленки, то потеря массы у них одинакова ~17 %, но толщина пленки снижается на 26 %, а у двухслойного фторированного полиимида полиимидов на 15 %, плотность фторированного полиимида уменьшается на 9 % [64,76,77]. увеличивается на 10 %, а у полиимидов Краевые углы смачивания 0,

Обнаруженное различие в значениях работы адгезии энергии в зависимости от ориентации том, что в процессе экспонирования пленки на панели и поверхностной свидетельствуют о наружной поверхностные свойства поверхности открытой фторполиимидной пленки приобретают анизотропный характер. Это вывод подтверждают исследования круговых 82 диаграмм яркости пленок, а именно, у открытой поверхности пленки круговая диаграмма яркости приобретают четко выраженный анизотропный характер (рис, 5,2). 330

Глава 6 Исследование экспонированных односторонне алюминированных нолиимидных нленок ПМ-1УЭ-0А

6.1. Изменения физических свойств односторонне алюминированных нолиимидиых нленок Исходные односторонне алюминированные полиимидные пленки ПМ1УЭ-0А месяцев имеют желтоватый цвет. После экспонирования в течение 28 открытые внешние поверхности пленки стали мутными, шероховатыми, сильно рассеивающими свет. Особенно значительные изменения претерпевают пленки после экспонирования 42 месяца (рис.

6.1). Видно, что на пленке часть полимерного слоя полностью разрушена. Оставшаяся часть пле

6.2. Оценка скорости потери массы и изменения радиациоииой стойкости Оценку эффективности реакции атомарного кислорода с полиимидными пленками RE на орбитальной космической станции «Мир» проводили по формуле: i?£=Am/Jo, где Am - потеря массы, г/см ; Jo - флюенс атомов кислорода, част./см ; RET потеря массы на 1 атом кислорода (г/част) или эффективность реакций атомарного кислорода с полиимидом [1]. При потоке атомов кислорода Ф = 3-j-5-10'^ см'^ с'', флюенсе Jo = 3-г5 10^'' см'^ усредненные э

6.3. Исследование поверхностных свойств Превращения, которые претерпевают алюминированные полиимидные пленки в процессе экспонирования, проявляются в изменении, прежде всего, макросвойств поверхности пленки. С этой целью было проведено изучение формы капель жидкости на поверхностях внешних и внутренних пленок. Па рис.

6.2 приведены фотографии капель воды на наружной поверхности внешней пленки (а) и на внешней поверхности внутренней пленки ПМ-1УЭ-0А (б). Видно, что на наружной поверх

6.4. Исследование структуры поверхности экснонироваиных нленок На микрофотографиях наружных поверхностей внещних отчетливо экспонированных полиимидных пленок, полученных методом СЭМ, видны анизотропные пространственно-ориентированные нанои микроструктуры (рис.

6.3 и рис.

6.4). Размеры этих структур существенно зависят от времени воздействия ФКП и лежат в щироком диапазоне - от десятков нанометров (после экспонирования 28 месяцев) (рис

6.3) до нескольких микрон (после

6.5 Исследование оптических свойств экспонированных пленок Круговые диаграммы яркости исходных пленок, закрытой поверхности внешней пленки и поверхности внутренних пленок имеют изотропный характер. Существенно другую форму имеют круговые диаграммы яркости наружной поверхностей внешних алюминированных полиимидных пленок. Как видно на рис.

6.6, после экспонирования круговые диаграммы яркости имеют отчетливо выраженный анизотропный характер. Кривая 1 относятся к пленкам первой партии (вр

6.6. Фотоэлектронный механизм деградации односторонне алюминнрованных полиимидных нленок Из полученных результатов следует, что алюминирование снижает механическую прочность условиях космического и увеличивает деструкцию полиимидных пленок в пространства. Можно предположить следующий в механизм, ответственный за ускорение деструкции полиимида, находящегося контакте с металлом в условиях НЗО. Падающее электромагнитное излучение Солнца с А,<450 нм полностью поглощается полимерной матр