Методы дистанционного контроля и изменение диэлектрических свойств эпоксидных полимеров и композиционных материалов на их основе при длительном воздействии факторов космического пространства

• Автор: Чурило, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1 Факторы космического пространства и их воздействие на полимерные материалы (Литературный обзор)
1.1 Основные факторы околоземного космического пространства (ФКП) 'и особенности их воздействия на органические полимеры

1.1.1 Вакуумные условия и собственная внешняя атмосфера

1.1.2 Плазменная обстановка, атомарный кислород

1.1.3 Космические корпускулярные и электромагнитные излучения

1.1.4 Т ермоциклирование

1.1.5 Метеорная материя и техногенные осколки

1.1.6 Особенности комплексного воздействия ФКП на материалы КА

1.2 Использование полимерных и полимерных композиционных материалов в космических конструкциях
1.3 Натурные и имитационные эксперименты по исследованию влияния ФКП на структуру и свойства полимерных материалов
1.4 Постановка задачи
Глава 2 Разработка диэлектрических методов и аппаратурных средств дистанционного контроля за физико-химическими превращениями в полимерных
материалах и их компонентах под воздействием внешних факторов
2.1 Параметры и методы определения диэлектрических свойств, их использование для исследования полимерных систем
2.1.1 Диэлектрические свойства полимерных систем
2.1.2 Стандартные методы определения диэлектрических свойств: приборы и ячейки
2.1.3 Диэлектрические ячейки и микродатчики для исследований технологических и эксплуатационных свойств полимерных материалов и контроля параметров окружающей среды
2.1.4 Использование диэлектрических методов для исследования полимерных систем и параметров внешней среды

2.2 Разработка ячеек, микродатчиков и аппаратуры для дистанционного контроля за диэлектрическими свойствами полимерных материалов в условиях воздействия внешних факторов
2.2.1 Перфорированная диэлектрическая ячейкаи аппаратура «ЭРЭ»
2.2.2 Микродиэлектрические датчики
Глава 3 Исследование изменений диэлектрических свойств эпоксидных полимеров и композиционных материалов на их основе при воздействии ФКП
3.1 Изменения диэлектрических свойств эпоксиаминного густосетчатого полимера в условиях, имитирующих воздействие факторов космического пространства
3.1.1 Объекты и методы исследований
3.1.2 Результаты исследований
3.1.3 Обобщение полученных результатов
3.2 Исследования влияния длительной экспозиции в наземных и космических условиях на диэлектрические свойства эпоксидных полимеров и полимерных композиционных материалов с использованием перфорированных диэлектрических ячеек в составе аппаратуры «ЭРЭ»
3.2.1 Объекты и образцы для исследований
3.2.2 Наземные исследования диэлектрических свойств эпоксидных связующих и композиционных материалов на их основе на образцах-аналогах космического эксперимента
3.2.3 Методика проведения натурного эксперимента на ОК «МИР»
3.2.4 Результаты и их обсуждение
3.2.5 Обобщение полученных результатов
Выводы
Список литературы
Приложение

Введение
При создании и эксплуатации космических орбитальных комплексов (ОК) важнейшей проблемой является обеспечение надежности и долговечности их работы. Полимерные материалы (ПМ), в том числе полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе эпоксидных смол, нашли широкое применение в силовых, защитных и изолирующих элементах внешних конструкций ОК. Эти материалы длительное время подвергаются воздействию широкого спектра поражающих факторов космического пространства (ФКП). Обеспечение безопасной эксплуатации ОК требует детальных знаний о поведении таких материалов при длительном воздействии ФКП, что делает актуальной задачу выбора методологии, разработки аппаратурных средств и изучения воздействия поражающих факторов на их рабочие характеристики.
Моделирование и имитация реальных условий космического пространства или его отдельных факторов в наземных лабораториях представляют чрезвычайно сложную научно-техническую проблему. Кроме того, широкий спектр факторов, действующих на материалы наружных поверхностей, вызывает различные синергические эффекты, усиливающие их повреждаемость. Поэтому, для комплексной оценки степени деградации материалов под воздействием факторов космического пространства и прогнозирования надежности и долговечности элементов конструкций из них, требуется проведение длительных натурных испытаний, цель которых заключается в получении наиболее полной информации о поведении материалов в натурных условиях эксплуатации. Организация и проведение таких испытаний требует создания и наземной отработки необходимой аппаратуры и методик.
Важной проблемой при исследовании влияния ФКП на структуру и свойства материалов является выбор контролируемых параметров. Эти параметры должны характеризовать эксплуатационные свойства материалов, чувствительные 'к изменению их состава и структуры, и легко определяться относительно простыми, в том числе дистанционными, методами. К таким параметрам относятся диэлектрические свойства ПМ — диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери и проводимость.

Таблица 1.
Изменение микротвердости связующего в объеме ПКМ с различными вариантами экранирования после 1024 суток экспозиции [77]
Материал кгс Нисх., мм2 Нкосм., кгс 2 мм Уровень по толщине, мм еН, %
КМУ-4л 34,9 36,0 0,54 3,
КМУ-4л с ЛКП 34,9 35,3 0,46 1,
КМУ-4л с фольгой 32,7 37,3 0,38 14,
КМУ-4л/АМГ -6 34,9 37,0 0,39 6,
АМГ -6/КМУ-4 л 34,9 37,7 0,58 8,
КМУ-4л из гибрида КМУ-4л/ВПС-7в 34,9 37,5 0,23 7,
КМУ-4л из гибрида ВПС-7в/КМУ-4д 34,9 43,1 0,20 23,
КМУ-Зл 28,6 37,6 - 31,
ВПС-7В из гибрида КМУ-4л/ВПС-7в 19,6 18,1 -7,
В таблице 1.8, в качестве примера, дано обобщение изменений температуры стеклования Тс матриц углепластика КМУ-4л и стеклопластика ВПС-7в при различных вариантах экспозиции продолжительностью 839, 1024 и 1218 суток. Обнаружена устойчивая тенденция роста температуры Тс с увеличением срока экспозиции. Эта тенденция наиболее существенно выражена в случае углепластика КМУ-4л с наружным алюминиевым слоем АМГ-6. Рост Тс матрицы КМУ-4л составляет 48 К (с 368 К в исходном состоянии до 416 К после 1024 сут. экспозиции). Это происходит за счет существенного изменения характера термоциклнрования при использовании алюминиевого слоя, имеющего большую теплоемкость, вследствие чего температура разогрева углепластика под слоем АМГ-6 заметно возрастает.