Методология контроля структурочувствительных свойств полимерных материалов применительно к активным космическим экспериментам

• Автор: Козлов, Николай Алексеевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 333 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Воздействие факторов космического пространства на полимерные материалы, используемые в наружных элементах орбитальных комплексов (Литературный обзор)

1.1. Основные факторы околоземного космического пространства и особенности

ИХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ

1.2. Применение полимерных и композиционных материалов в составе

ОРБИТАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.3. Методы и результаты исследований воздействия факторов околоземного
КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА НА ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ
Глава 2. Исследование возможностей динамических механических методов контроля за физико-химическими превращениями полимерных материалов при воздействии факторов космического пространства и разработка аппаратуры для космических экспериментов
2.1. Анализ параметров, методов определения и возможностей использования ДИНАМИЧЕСКИХ ВЯЗКО-УПРУГИХ свойств полимерных систем для контроля за их ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ
2.1.1. Параметры динамических вязко-упругих свойств полимерных систем
2.1.2. Методы и приборы для определения динамических вязко-упругих свойств полимерных систем
2.1.3. Возможности динамических механических методов контроля за физикохимическими превращениями в полимерных системах
2.2. Исследование фазовых и реологических превращений ужесточаемых в УСЛОВИЯХ КОСМИЧЕСКОГО пространства полимерных композиций по изменению динамических вязко-упругих свойств при сорбции /десорбции низкомолекулярных веществ
2.2.1. Разработка полимерных композиций, ужесточаемых в условиях КП..
2.2.2. Разработка объединенной вакуумной установки для оценки динамических механических свойств и сорбции/десорбции низкомолекулярных веществ.
2.2.3. Исследования изменений динамических вязко-упругих свойств, фазовых и релаксационных переходов в системе ЛВС — ВаТМФ и ПКМ на их основе при сорбции/десорбции воды
2.2.4. Исследование возможности регулирования кинетики десорбции воды и изменения вязко-упругих свойств в системе редкосетчатый ПВС - вода добавкой малолетучего компонента
2.3. Разработка и опробование аппаратуры для контроля за изменением вязко-упругих свойств ПКМ в активных экспериментах в космических условиях
2.3.1. Принцип действия и конструкция аппаратуры «Торсион»
2.3.2. Результаты наземной отработки аппаратуры «Торсион» и натурных экспериментов на борту станции «Салют»

2.3.3. Принцип действия и конструкция аппаратуры «ДАНКО»
2.3.4. Результаты наземной отработки аппаратуры «ДАНКО» и натурных экспериментов на борту станции «МИР»
2.4. Заключение
Глава 3. Исследование возможностей диэлектрических методов контроля за физико-химическими превращениями полимерных композиционных материалов при воздействии факторов космического пространства, разработка аппаратуры и проведение космических экспериментов
3.1. Анализ параметров и методов определения диэлектрических свойств и возможностей их использование для исследования полимерных систем и параметров внешней среды
3.1.1. Параметры диэлектрических свойств полимерных систем и внешней среды
3.1.2. Методы определения диэлектрических свойств: стандартные приборы и ячейки
3.1.3. Диэлектрические ячейки и микродатчики для исследований технологических и эксплуатационных свойств ПМ и контроля параметров окружающей среды
3.1.4. Использование диэлектрических методов для исследования полимерных систем и условий (параметров) внешней среды
3.2. Исследование изменений структуры и свойств эпоксиаминного густосетчатого полимера с помощью перфорированной диэлектрической ячейки
в условиях, имитирующих воздействие факторов космического пространства .
3.2.1. Объекты и методы исследований
3.2.2. Результаты исследований
3.3. Разработка аппаратуры «ЭРЭ» и ее использование в активных натурных экспериментах для исследования влияния факторов космического пространства на диэлектрические свойства полимеров и ПКМ
3.3.1. Конструкция и принцип действия аппаратуры «ЭРЭ»
3.3.2. Объекты и образцы для исследований
3.3.3. Наземные исследования диэлектрических свойств связующих и полимерных композиционных материалов на образцах - аналогах космического эксперимента.
3.3.4. Исследования влияния длительной экспозиции в космических условиях на диэлектрические свойства полимеров и полимерных композиционных материалов с помощью аппаратуры «ЭРЭ» на борту комплекса «Мир»
3.3.5. Обобщение полученных результатов
3.4. Разработка и опробованиемикродиэлектрических датчиков для исследований физико-химических превращений ПМ и ПКМ в наземных и космических условиях
3.4.1. Разработка конструкции микродиэлектрического датчика и оценка погрешностей измерений
3.4.2. Применение МДД для исследования кинетики изменения диэлектрических свойств эпоксиаминных композиций при их отверждении и построения обобщенных диаграмм
3.4.3. Применение микродиэлектрических датчиков для исследования процессов сорбции / десорбции низкомолекулярных веществ в полимерах
3.4.4. Применение МДД для исследования температурных переходов и процессов старения отвержденных эпоксиаминных композиций
3.4.5. Разработка схемы и алгоритм расчета элементов комплексного микродиэлектрического датчика для активных экспериментов в космических условиях

3.4.6. Подготовка образцов полимерных композиционных материалов со встроенными микродиэлектрическими датчиками для активных экспериментов в космических условиях
Глава 4, Исследование и разработка методов оценки параметров трещиностойкости полимерных клеевых соединений при воздействии факторов космического пространства, организация и проведение космических экспериментов
4.1. Анализ подходов и методов линейной механики разрушения для оценки
ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПСЕВДОХРУПКИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
4.2. Исследования влияния ФКП на структуру и критические параметры
ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ПАССИВНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ
4.2.1. Объекты и методы исследований
4.2.2. Результаты исследований и их обсуждение
4.3. Разработка и опробование методики расчета кинетики докритического роста дефектов И ПОСТРОЕНИЯ G - V ДИАГРАММ для СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛИМЕРОВ И КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ИХ ОСНОВЕ
4.3.1. Разработка модели и методики расчета кинетики докритического псевдохрупкого роста трегцин и построения G — V диаграмм с использованием подходов линейной псевдоупругой механики разрушения и термофлуктуационной теории долговечности для стеклообразных полимеров при статических нагрузках
4.3.2. Проверка полуэмпирической методики расчета кинетики докритического роста трещины и построения G — Vдиаграмм на примере попиметилметакрилата и отвержденного эпоксидного полимера
4.4. Разработка и опробование методики и аппаратуры «КРТ» для дистанционного контроля за кинетикой ДОКРИТИЧЕСКОГО РОСТА ТРЕЩИН И ПОСТРОЕНИЯ G -V ДИАГРАММ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ АКТИВНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ В КОСМИЧЕСКИХ условиях
4.4.1. Разработка и наземная отработка экспериментальной методики дистанционного контроля за кинетикой докритического роста трещины в полимерных клеевых соединениях и построения G — Fдиаграмм
4.4.2. Организация и проведение активного космического эксперимента по определению кинетики докритического роста трещин в КС и построению G —V диаграмм при воздействии реальных ФКП
Основные выводы по работе
Список литературы
Приложение (Заключения об использовании диссертационной работы)

конструкций должно сохранять свою работоспособность в течение нескольких лет, то очевидно, что малая толщина их стенок не позволяет обеспечивать их герметичность в течение такого срока эксплуатации. В связи с этим встает задача предотвращения потери формы конструкцией после удаления газа из оболочки либо в результате диффузии, либо в результате потери герметичности после попадания метеоритов в течение первых часов после разворачивания на орбите. Постоянный поддув невозможен, т.к. это потребует резкого увеличения веса за счет емкостей со сжатым газом. Эти соображения привели к необходимость создания специальных материалов, ужесточаемых за счет факторов космического пространства [57-60]. Ужесточить ПКМ можно в результате химических или физических превращений полимерной матрицы. Инициатором химических превращений может быть излучение Солнца (инфракрасное или ультрафиолетовое), а физические превращения могут происходить в результате удаления отдельных компонентов под влиянием космического вакуума.
При любом из этих способов ужесточения важнейшей задачей является контроль за кинетикой процесса, что позволит обоснованно регулировать скорость раздува, угловую скорость вращения объекта при ужесточении и момент прекращения поддержания заданного внутреннего давления.
Первой из предложенных и опробованных в условиях космоса отверждаемых систем было связующее, которое обеспечивало жесткость стенки раздуваемого баллона спутника «ЭХО-2» и представляло собой полиэфирное связующее, отверждаемое под действием УФИ [57]. Перспективными являются материалы на основе эпоксиполиэфирных композиций, подотверждаемых в земных условиях и окончательно отверждаемых в космосе [57]. Общим недостатком ужесточения в результате химических реакций, инициируемых в результате воздействия излучения Солнца, является невозможность обеспечения одинаковых условий облучения по всей поверхности конструкции и, соответственно, одинаковой кинетики процесса. Ужесточение конструкции только в результате ИКИ может приводить к потере ее жесткости при нагреве выше температуры отверждения, что имело место в случае «ЭХО-2».
Более универсальным и надежным способом ужесточения является использование вакуума для удаления легколетучих компонентов (пластификаторов или растворителей) из состава полимерного связующего [59,60]. Раствор термопластичного связующего наносится на ткань или жгут и частично подсушивается. После потери липкости заготовка упаковывается в герметичный контейнер для предотвращения удаления растворителя или пластификатора из полимерной матрицы. Окончательное удаление растворителя или пластификатора