CC BY
52Решетневские чтения
УДК 629.78.023.222
Е. Г. Вус, И. В. Евкин, М. М. Полевщиков, С. Г. Антонов
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИИМИДНОЙ ПЛЕНКИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Приведены несколько типов полиимидных пленок (ПП) и их основные терморадиационные характеристики. Представлены результаты лабораторных испытаний ПП в экстремальных условиях эксплуатации: при кратковременном нагреве до 400 °С и при воздействии плазмы стационарного плазменного двигателя (СПД).
В настоящее время благодаря своим свойствам ПП нашли широкое применение в авиации, электротехнике, радиомеханике и многих других отраслях промышленности в России и за рубежом. В ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» (ОАО «ИСС») успешно применяется в составе современных КА связи, геодезии, навигации и телевещания множество покрытий с ПП, которые защищают элементы конструкции и бортовую аппаратуру КА от естественных и искусственных внешних воздействий. Наиболее применяемыми покрытиями с ПП являются такие покрытия, как ПМ-ОА и ПМ-ОА-ЭП производства ОАО «ИСС» (Россия), известен также иностранный аналог данных покрытий - Kapton производства фирмы Dupont (США). Основные типы ПП с их терморадиационными характеристиками (коэффициент поглощения солнечного излучения - As; коэффициент излучения - Еп; изменение коэффициента поглощения солнечной радиации при наборе солнечной экспозиции в 100 УФ ЭСС - DAs) представлены в табл. 1.
Таблица 1
Типы полиимидных пленок и их характеристики
Тип ПП Производитель As En DAs
ПМ-ОА ОАО «ИСС» (РФ) 0,29 0,68 0,07
Kapton DuPont (США) 0,33 0,61 0,05
ПМ-ОА-ЭП ОАО «ИСС» (РФ) 0,32 0,64 0,04
Испытания на воздействие плазмы СПД в лабораторных условиях проводили двумя экспериментами, с помощью имитационной аргоновой плазмы в вакуумной камере установки «Булат» и вакуумной камере КВУ-400 с помощью ксеноновой плазмы СПД, применяемых на КА, производства ОАО «ИСС». Краткая информация по данным экспериментам приведена в табл. 2.
Таблица 2
Параметры экспериментов на воздействие плазмы СПД
Эксперимент «Булат» СПД КА
Вид плазмы аргон ксенон
Время воздействия, мин 60 2x15; 2x180
Расстояние до образцов, мм 100 1 000
Угол падения ионов 90° 17°
Толщина ПП, мкм 40 20
АМ (унос массы), г/см2 0,000 14 0,000 031
Плотность тока, мА/см2 1,2-10-2 4,5 10-2
При увеличении задач целевого использования ПП становится необходимым расширять и углублять знания об этом материале и его поведение при различных экстремальных условиях. В статье приведены результаты испытаний ПП в экстремальных условиях эксплуатации: при кратковременном нагреве до 400 °С, а также при воздействии плазмы стационарного плазменного двигателя (СПД).
В результате испытаний на кратковременный нагрев до 400 °С получили, что образцы пленки ПП визуально потемнели, но изменили свои оптические коэффициенты незначительно; механические характеристики изменились: прочность уменьшилась на 40-45 %, а удлинение - на 12-22 %, но тем не менее данные характеристики отвечают требованиям ТУ 6-19-121-85 (ст™ = 1 500 кгс/см2, ст^ = 1 400 кгс/см2,
/max = 60 %).
Масса иона ксенона в 3 раза больше массы иона аргона, поэтому унос массы покрытия ксеноновой плазмой при одинаковой плотности тока и остальных параметров должен быть выше, чем унос массы аргоновой плазмой. Унос массы аргоновой плазмой при эксперименте в камере «Булат» в 4,5 раза выше (коэффициент ускорения), чем при эксперименте с ксеноновой плазмой СПД КА (см. табл. 2). Это связано с тем, что в камере «Булат» воздействие аргоновой плазмы усилено десятикратным приближением образцов к срезу сопла и углом падения плазмы на образцы в 90°. При этом унос массы от аргоновой плазмы является величиной, позволяющей оценить экстремальное воздействие на покрытие ксе-ноновой плазмы СПД за весь срок активного существования КА.
В ходе эксперимента также был измерен коэффициент пропускания: после испытания при уменьшении толщины пропускание образцов уменьшилось на 2 %.
График коэффициента пропускания ПП до и после испытания приведен на рисунке.
Таким образом, терморадиационные характеристики покрытий с ПП при кратковременном нагреве до критической температуры меняются в пределах погрешности измерений в лаборатории, прочностные характеристики соответствуют требованиям ТУ 6-19-121-85.
Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли
100
О — .....i.H *•<■•■ ....... ............ .......... ............. ........- ............I
эаа юо soo вон ?оо воо аоо moo нас
-•- Исходная плен:® Длинз волны, нм -а~пп после испытания №2 ^в™ ПП после испытания №î —ПП после испьггения №3
Коэффициент пропускания ПП до и после испытания
Воздействие плазмы СПД приводит к уносу массы и уменьшению толщины пленки, поэтому при применении покрытий с ПП в составе КА необходимо учитывать данный фактор.
Данные, полученные с помощью имитирующей установки «Булат», соотносятся с данными, полученными при лабораторных испытаниях с реальными СПД с помощью коэффициента ускорения. Использование установки «Булат» является перспективным и в дальнейшем позволит проводить испытания на воздействия плазмы на различные материалы с меньшими затратами. Требуются дальнейшие исследования в данной области.
E. G. Vus, I. V. Evkin, M. M. Polevshchikov, S. G. Antonov JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk
USAGE OF THE POLYIMIDE FILM IN THE EXTREME CONDITIONS OF OPERATION
Some types of polyimide films (PF) and their basic thermoradiating characteristics are shown. The results of the laboratory researches of PF in extreme conditions of operation: at short-term heating to 400 °С and at influence of plasma of the stationary plasma engine (SPE).
© Вус Е. Г., Евкин И. В., Полевщиков М. М., Антонов С. Г., 2010
УДК 621.763
Ю. И. Гордеев, А. К. Абкарян, О. В. Ковалевская Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА, МАТРИЧНОНАПОЛНЕННЫЕ СВЕРХТОНКИМИ ПОРОШКАМИ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
Представлены результаты расчетных и экспериментальных исследований формирования микроструктуры и свойств сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного добавками керамических материалов оксида алюминия (А12О3у).
Проектирование изделий на основе новейших материалов, в том числе на полимерной основе и композиционной, является одним из важнейших условий улучшения эксплуатационных и экономических показателей современной техники.
В настоящее время разработаны такие полимерные композиционные материалы, которые по своим физико-механическим характеристикам не уступают алюминиевым и титановым сплавам, а их применение позволяет снизить вес изделия, что является актуальным в аэрокосмической отрасли, судостроении, машиностроение и т. д.
В качестве полимерной матрицы предлагается использовать сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Уникальные свойства этого материала, хорошая обрабатываемость и разнообразие вариантов применения позволяют широко использовать его для производства различных деталей в узлах трения и абразивного воздействия.
В настоящей работе представлены результаты исследований материалов на основе сверхвысокомоле-
кулярный полиэтилен, полиэтилена с молекулярной массой в области 9,2-106-10,5-106 г/моль.
Целью работы является определение закономерностей компактирования материалов на основе СВМПЭ, модифицированного оксидом алюминия.
В процессе работы решались следующие задачи: изучение морфологии исходных порошков; влияние различных факторов технологического процесса на формирование структуры компактов и конечные свойства получаемых материалов.
Методами оптической микроскопии и растровой электронной микроскопии (ШОЬ ^М-7001Р-Япония), рентгеноструктурного анализа (дифрактометр Бгцкег8 А^апсе-Германия), дилатометрии, твердости по Бри-неллю (портативный тестер ТН160-Китай) исследовано влияние различных технологических факторов на конечные свойства изделия из СВМПЭ, модифицированного оксидом алюминия.
На первом этапе исследований изучались особенности формирования структуры компактов, полученных из компонентов композита под воздействием
