Стойкость материалов оценивалась по нормам стойкости
advertisement
“УТВЕРЖДАЮ” “УТВЕРЖДАЮ” Зам. Генерального Конструктора Зам. директора ГКНПЦ им М. В. Хруничева НИИЯФ МГУ ___________ В.П. Молочев _________В.И. Оседло _____________2009г. ___________2009г. ЗАКЛЮЧЕНИЕ О ПОДТВЕРЖДЕНИИ СРОКОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В СОСТАВЕ ИЗДЕЛИЯ ФГБ В настоящем Заключении приведены результаты анализа стойкости неметаллических материалов наружных поверхностей изделия ФГБ к воздействию факторов космического пространства (ФКП) за срок 10 лет полета. Оценка стойкости неметаллических материалов выполнялась на основе рассмотрения результатов лабораторных имитационных исследований в НИИЯФ МГУ с учетом результатов измерения потока УФ излучения и температуры на изделии ФГБ, а также литературных данных натурных и наземных испытаний материалов. В соответствии с ТЗ проводились лабораторные испытания следующих материалов: паста КПТ-8 ГОСТ 19783-82, клей БФ-4 ОСТ 92-0949-74, клей 88НП ТУ 38.105540-85, ткань «Восход» РТ17-001-91 ТУ. Стойкость материалов оценивалась по нормам стойкости, установленными ГОСТ 9.712-85 и приведенными в табл.1. Таблица 1. Нормы стойкости полимерных материалов. Характеристика показателя стойкости Нормы стойкости,% 1 2 3 4 Механические свойства -10 -25 -50 -75 Удельное электрическое сопротивление -50 -75 -90 -99,9 Электрическая прочность -30 -30 -50 -70 Теплопроводность +10 +10 +50 +100 В соответствии с ТЗ оценивалась стойкость к воздействию следующих ФКП: -поток атомарного кислорода (АК)-флюенс -1,6*1022см-2 , соответствующий максимальному флюенсу на наружной поверхности ФГБ при сроке полета 13 лет, -вакуум-10-2 Па, -УФ излучение, -термоциклирование (ТЦ) Указанные параметры ФКП воздействуют в условиях эксплуатации материалов в негерметичных открытых объемах (НГО). Материалы, открыто расположенные на поверхности изделия ФГБ подвергаются воздействию всех ФКП. Как показали натурные испытания [1, 2, 3] в органических материалах наибольшие повреждения вызывает АК, действие которого может усиливаться другими ФКП. Поэтому стойкость материала определяется прежде всего величиной флюенса АК, воздействующего на его поверхность. При применении в негерметичных замкнутых объемах (НГЗ) воздействие могут оказывать вакуум, ТЦ и потоки ионизирующей радиации (Р), причем воздействие Р ослабляется наличием наружной стенки объема. Воздействие УФ и АК носит поверхностный характер. При этом изменяются свойства поверхности, такие как термо-оптические, электро-физические, адсорбционные, а в тонких пленках и волокнах и физико-механические. Радиационные воздействия на НГЗ обусловлены потоками электронов и протонов, значительная часть которого является низкоэнергетичной и в силу этого поглощается в наружном тонком слое материала. При этом величина поглощенной дозы в слое порядка 10 мкм на 1-2 порядка превышает дозу в глубине материала [1]. Следовательно, при наличии экрана толщиной свыше 100 мкм доза в самом материале соответственно уменьшается и не превосходит нескольких сотен Рад. Такой уровень не приводит к заметным изменениям свойств полимеров [2, 3]. Экран предотвращает также воздействие УФ и О. Исходя из проведенного анализа особенностей ФКП материалы в перечне, приведенном в таб. 2, были разделены на две группы А и Б по условиям эксплуатации. Результаты оценки стойкости неметаллических материалов изделия приведены в таб. 2. Отдельно дается оценка стойкости 4-х материалов, подвергнутых лабораторным испытаниям, при их использовании на НГО и НГЗ на срок 13 лет. Остальные типы материалов (поз.5-58 таб.2) более 13 лет эксплуатировались на изделии-аналоге 27 КС и исследовались в натурных и имитационных условиях. Положительные результаты использования на 27КС дают основание продлить до 13 лет срок их использования на изделии ФГБ, где флюенс АК существенно меньше. Что касается УФ экспозиции, то, как показывают данные измерений потоков УФ излучения на панелях «Компласт», максимальная наблюдаемая величина за 13 лет составляет 1340 кдж см-2 , что меньше максимальной УФ экспозиции за 13 лет работы 27 КС (1550 кдж см-2). Ниже дается оценка 4-х материалов (поз.1-4 табл.2), подвергнутых испытаниям на стойкость к АК, при имитации использования на НГО и НГЗ сроком 13 лет. Паста КПТ-8 ГОСТ 19783-82 При воздействии потока АК на тепловой контакт, содержащий пасту КТП-8 его тепловое сопротивление увеличивается незначительно по мере роста флюенса. При флюенсе 1,6 1022см-2 его тепловое сопротивление возрастает на 8%, что ниже 1 нормы стойкости. Таким образом результаты испытаний подтверждают возможность продления сроков использования пасты КТП-8 до 13 лет. Клей БФ-4 ОСТ 92-0949-74, Воздействие прямого потока АК приводит к очистке поверхности сетеполотна от клея БФ-4 уже при флюенсе 0,3 1022см-2. При дальнейшем росте флюенса наблюдается рост потерь массы, что свидетельствует об очистки от клея глубже расположенных слоев материала сетеполотна. Однако на задней поверхности сетеполотна, прилегающей к пластине держателя и экранированной самим сетеполотном от воздействия прямого потока АК, слой клея сохраняется при флюенсе 1,6 1022см-2. Таким образом, результаты испытаний показывают возможность продления срока использования клея БФ-4 для приклеивания сетеполотна на внешней поверхности изделия ФГБ до 13 лет. Клей 88НП ТУ 38.105540-85 При экспозиции с эквивалентным флюенсом АК 0,3 1022см-2 на открытых участках слой клея почти полностью стравливается, а при флюенсе 1,6 1022см-2 подложка полностью очищается от клея. В тоже время воздействие АК на слой клея, закрытый экраном, не приводит к существенному изменению массы образцов и толщины слоя клея. Таким образом, результаты испытаний показывают возможность продления срока использования материала 88 НП в качестве клея, нанесенного в зазоре между скрепляемыми им деталями на внешней поверхности изделия ФГБ до 13 лет. Ткань «Восход» РТ17-001-91 ТУ. При ускоренных испытаниях при воздействии АК на облученной части образцов наблюдается увеличение шероховатости поверхности. При эквивалентном флюенсе АК 1,6 1022 см-2 удельные потери массы составили 18 мг см-2, что соответствует потере 20% исходной массы. Рассмотрение кинетики потери массы показывает, что на начальном участке при флюенсе АК 0,3 1022 см-2 наблюдается более резкий рост удельных потерь массы, который затем замедляется. при экспозиции с флюенсом АК 0,3 1022см-2 , на экспонированных участках нити полностью разрушаются и разделяются на отдельные фрагменты без приложения внешних усилий. В тоже время под экраном, закрывающим от прямого действия быстрого АК, заметных изменений материала не наблюдается даже при флюенсе АК. 1,6 1022 см-2 , измеренном на поверхности экрана. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что ткань «Восход» на открытой поверхности под действием АК теряет прочность и при малых силовых нагрузках разрушается. При применении в негерметичных замкнутых объемах (НГЗ), в частности под экранами, где флюенс АК в десятки раз меньше, допустимый срок эксплуатации может быть увеличен до 13 лет. Результаты оценки стойкости неметаллических материалов представлены в табл. 2. Таблица 2. Ведомость применения неметаллических материалов наружной поверхности изделия ФГБ №п .п Наименование, марка материала, НТД Назначение Условия эксплуатации, НГО / НГЗ, пределы ТЦ в С0, плотность защиты г*см-2. Груп па ФКП, Опре деляющи е свойства 1 1 2 Паста кремнийорганическая КПТ-8 ГОСТ 19783-74 Клей БФ-4 Гост 12172-74 3 Теплопроводящая 4 НГ0, -50+120 5 Б 6 М Фиксация сетеполотна НГО-50+120 Б Клей 88НП ТУ Вспомогат. Склеи- НГО-50+120 Б сдвротрМ сдв- 2 3 Степень ухудшения определяющего свойства в конце срока 7 <10% <1% Обос нование Примечание 8 ЛИ, 2, 3 9 13лет <10% <10% <10% <1% ЛИ, 2, 3, 13лет <10% ЛИ, 13лет 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 вание не силовое Ткань «Восход»РТ17-001-91 ТУ Нить капроновая 7К ОСТ 17-33084 Ткань кремнеземная КТ-11ТО ТУ 5952-15105786904-99 Лента кремнеземная КЛ-11 ТУ 6-48-51-90 Ткань НТ-7 Для формирования БКС Вспомогат. (для сшивки ЭВТИ и бандажа кабеля) Вспомогательн. (защита датчиков от мех повр, крепл. БКС) Вспомогат. (крепление матов ЭВТИ и др. элементов) Формирование чехлов Конструкционный термопласт НГЗ, -50+50, 0,01 НГЗ, , -50 +50 А Р <10% <10% <1% 75% А -М <1% НГО, +50С -50С, 0,4 Б М НГО, +50С -50С Б НГЗ, , -50 +50 Прессматериал ФК24А ТУ38124120-79 Прессматериал ДСВ-2Г-2м Лак ЭП-730 Материал неорганический высокотемпературный АФТ-2П ОСТ 92-1417-79 Пеногерметик кремнийорганический ВПГ-2Л ОСТ 92-1006-77 Компаунд Виксинт К-68 ТУ 38.103508-81 Шнур ШС-2 плетеный ТУ 1709-151-84 Шнур-чулок технический ШЧХБ13лет Застежка текстильная 17 Лента ЛЭС ГОСТ 5937-81 18 Лакостеклоткань ЛСК-155/180 Лента СТЭЛ-20 ТУ 17-09-091431-83 Лента ЛТК ТУ 17 44-4649-80 19 20 21 22 ротрМ 38-105540-85 Шнур технический ШКП ГОСТ 2297-90 Ткань С-103 ар- 2, 3, ЛИ, 1-4, ЛИ, 5 13лет <1% ЛИ, 5 13лет М <1% ЛИ, 5 13лет А М <1% 13лет НГЗ, -50+50 А сж- <10% ЛИ, 5 2, 3 Конструкционный термопласт НГЗ, -50+50 А сж- <10% 2, 3 13лет Конструкционный НГЗ, -, -50+50 А сж- <10% 2, 3 13лет Фиксация проводов НГЗ, -50+50 А сдв- <10% 2, 3 13лет Конструкционный термопласт НГЗ, 0,01, -50+50 А отр- <10% 2, 3 13лет Вспомогательный. Бандаж НГЗ, 0,01, -50+50 С А М- <1% 2, 3 13лет Вспомогательный НГЗ. -50+50 С А М- <1% 2, 3 13лет Вспомогат. (крепление матов ЭВТИ к корпусу) Вспомогат. (крепление кабеля и ЭВТИ) бобышек) НГЗ, -50 +50, 0,01 А М <25% ЛИ 13лет НГО, -50+120 Б P ΔМ <10% 0 ЛИ 13лет Вспомогат. (обмотка кабеля) Вспомогательная НГЗ, -50+50, 0,01 НГЗ, -50+50, 0,01 А ΔМ <10% ЛИ 13лет А ΔМ <25% ЛИ 13лет Вспомогат. (крепление матов ЭВТИ к корпусу) Вспомогательный НГЗ, -50+50, 0,01 НГО НГЗ, -50+50, 0,01 А М <25% ЛИ 12 лет Б А М <50% <50% ЛИ 13лет Вспомогательная НГЗ, -50+50, А М <75% ЛИ 13лет 13лет 13лет тикул 56004 ГОСТ 18428-89 Лента ЛТАР (для изготовления чехлов) Вспомогательная. (крепление матов ЭВТИ к корпусу) Вспомогат. (облицовка теплоизоляции) 0,01 Вспомогательный (для наложения бандажа на кабель) НГЗ, -50+50, 0,01 А М <50% <10% ЛИ 13лет НГЗ, -50+50, 0,01 А P <25% 2, 3 13лет НГЗ, 0,03, -50+50 С А Р <10% 2, 3 13лет НГЗ, -50+50 А сдв- <10% 2, 3 13лет Склеивание (не силовое) НГЗ, -50+50 С, 0,01 А 13лет Герметизация зазоров НГЗ, -50 +50 С, 0,03 А <10% <10% <10% <1% 2, 3 Заливочная композиция ЗК-1 ОСТ 92-5156-90 Лента полиэтиленовая с липким слоем ПЭГОСТ 2047786 Лента слеивающая ЛТ-38 ТУ 617-626-79 Пленка ПЭТФДА металлизированная марки К 12 мкм Компаунд ЭЗК-6 ОСТ 92-1006-77 Пенокомпаунд УП-4-258М ТУ 6-10-80-91 Теплоизоляц. Материал ЭВТИ-Е-14 ОСТ920918-70 Клей 88СА ТУ 38.1051760-89 отрсдврМ 2, 3 13лет Вспомогат. (для крепления пленки ПЭТФ) НГЗ, , -50 +50, 0,5 А Р <10% 2, 3 13лет Вспомогат. (для склеивания пленки ПЭТФ) Облицовка теплоизоляции НГЗ, -50 +50, 0,5 А Р <10% 2, 3 13лет НГЗ, -50 +50, 0,5 А М <1% 1-4 13лет Заливка соединителей Заливка соединителей НГЗ, , -50 +50, 0,01 НГЗ, -50 +50, 0,4 А Е М Е <10% <1% <10% 2, 3 13лет 2, 3 13лет Теплоизоляционный НГ3, -50+50, А α ε R +100% <10% <10% 2, 3 13лет Склеивание (не силовое) НГЗ, -50 +50, 0,01 А <10% <10% <10% <1% 2, 3 13лет 36 Клей ВК-9 ОСТ 92-0949-74 Фикс. резб. Соед., склеив. не силов. НГЗ, 0,01, 50+50 А сдвротрМ сдвротрМ <10% <10% <10% <1% 2, 3 13лет 37 Прессматериал ДСВ-2р-2м ГОСТ17478-72 Термовакуумное покрытие Конструкционный термопласт НГО, -50+120 Б сж- <10% 2, 3 13лет 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Ткань стеклянная электроизоляционная ЭЗ100 ГОСТ 1990783 Шнур-чулок электротехнический АСЭЧ (8) ТУ 1744-5873-77 Клей герметик кремнийорганический Эластосил 137-242 ТУ 6-02-1-458-88 Клей К-300-61 ОСТ 92-0949-74 А 38 39 40 41 Al+ГМДС Нить кремнеземная КИС 6180 ТУ 6-48-5290 Нить кремнеземная КПСБ180 ТУ 6-48-5290 Резина ИРП1275 ОСТ В38.0525-85 Трубка Радпласт Т-2 ТУ6-19-29986 42 Герметик Виксинт У-2-28 ТУ 38.303-04-04-90 43 Ткань кремнеземная КТ-12ТО ТУ 5952-15105786904-99 Нитки стеклянные БС-7-36 ТУ 6-12-07-14-82 Лента кремнеземная КЛ-12 ТУ 6-48-51-90 Трубка Ф-4Д ГОСТ 22056-76 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Лента ЛЭТСАР КП-0,2 ТУ 38. 103171-80 Теплоизоляц. Материал ЭВТИ-2В ОСТ921380-83 ОСТ921381-83 Ткань стекляная ТСОН-СОТМ «бу» ТУ 5952001-17547599-94 Герметик анаэробный Анатерм-8К ТУ6 026-88 ОСТ 921005-84 Сетеполотно СС1РУ-4-9*9 ТУ 006-02066477-95 Нить крученая аримидная ТУ-606-9-37-83 Стеклопластик ВПС-7 ОСТ 920956-74 Герметик анаэ- Вспомогательная (для крепления матов ЭВТИ) НГО, -50+120 Б р- <10% 2, 3 13лет Для крепления датчиков НГО, -50+120 Б р- <10% 2, 3 13лет Вспомогательная.( защита кабелей) НГО, -50+120 Б ΔH <300 мкм 2, 3 13лет Вспомогательное (для формирования БКС нанесение маркировки) Внутришовная герметизация НГО, -50+120 Б ΔH <300 мкм 2, 3 13лет НГЗ, -50+50 А 13лет НГО, -50+120 Б <10% <10% <10% <1% <10% <1% 2, 3, Вспомогательн. (защита датчиков от мех повр, крепл. БКС) Вспомогат. (для сшивки тканей) сдвотрЕ М Р М 2, 3 13лет НГО -50+120 Б Р <10% 2, 3 13лет Вспомогат. (крепление матов ЭВТИ и др. элементов) Вспомогат. (для защиты от повреждений) Вспомогат. (для формирования БКС) НГО, -50+120 Б М Р <1% <10% 2, 3 13лет НГО, -50+120 Б М 1-5% 2, 3 13лет НГ0, -50+120 Б Р <25% 2, 3 13лет Теплоизоляционный НГО, -50+120 Б α ε R +100% <10% <10% 2, 3 13лет Вспомог. (облицовка матов ЭВТИ) НГО, -50+120 Б α ε +100% <10% 2, 3 13лет Фиксация резьбовых соединений НГО,-50+120 Б сдвМ <10% <1% 2, 3 13лет Конструкционю (крепление ФЭП) НГО, -50+120 Б P ΔH <10% 0 2, 3 13лет Крепление датчиков Вспомогат. (бандаж БКС Конструкционный теплоизолятор НГО, -50+120 Б P -90% 1-4 13лет НГО, -50+120 Б 13лет НГО, -50+120 Б <10% <10% <10% <10% 2, 3 Фиксация резьбо- сжиЕ исдв- 2, 3 13лет 55 56 57 58 робный Анатерм-127 ТУ 601-1304-85 ОСТ 92-1005-84 Лента склеивающая ЛТ-19 ТУ 6-17-626-79 Стеклотекстолит КАСТВ-25.0 ГОСТ 10292-74 Лак Эп-730 Термовакуумное покрытие Al+ГМДС Лак ЭП-140 Клей К-153 ОСТ 92-0949-74 Пенопласт ПС-1100 ТУ 6-051278-87 вых соединений отрМ <10% <1% Вспомогат. (обмотка кабеля) Вспомогат. (защита от мех. поврежд. проводов) Конструкционный термопласт НГЗ, -50+50 А P -25% 2, 3, 13лет НГО, -50+120 Б сж- <10% 2,3 13лет Контровка резьбы НГО, -50+120 Б М <1% 2, 3 13лет Конструкц. (не нагружен) НГ0,-50+120 Б М сж- <1% <10% 2, 3 13лет Обозначения НГО- негерметичный открытый объем, НГЗ- негерметичный замкнутый объем, А-воздействие ФКП: В, ТЦ и Р, Б-воздействие ФКП: В, ТЦ, Р, УФ, АК, ЛИ-лабораторные испытания, Р-разрывная нагрузка, Р0-разрывная нагрузка при обрыве петли, сж-предел прочности при сжатии, отр-предел прочности при отрыве, и-предел прочности при изгибе, Еи-модуль упругости при изгибе, р-предел прочности при разрыве, сдв-предел прочности при сдвиге, р-предел прочности на сдвиг при трении, -коэффициент теплопроводности, Е-пробивная напряженность эл.поля, α-интегральный коэффициент поглощения солнечного света, ε-степень черноты, R-тепловое сопротивление, -электропроводность, Н-толщина. ВЫВОДЫ На основании результатов натурных и стендовых испытаний, анализа положительного опыта эксплуатации материалов наружных поверхностей изделия-аналога 27 КС, материалы изделия ФГБ сохраняют работоспособность в указанных пределах изменения свойств и сроке эксплуатации 15 лет. Подтверждается гарантийный срок эксплуатации материалов в изделии по данным результатов испытаний на срок 15 лет и исходя из эксплуатации изделия 10 лет. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. V. K. Milinchuk, T. N. Smirnova Properties of the Polymeric Films After Natural Exposure to the Space Invironment on the Orbital Space Station “Mir” // Proc. 8th Int. Sym. on Materials in Space Inviron. ISMSE-8, 5th Int. Conf. On Protection of Materials and Structures from the LEO Space Inviron. ICPMSE-5. Arcachon-France, 2000. 2. Заключение о допуске неметаллических материалов, расположенных на внешней поверхности изделия 77 КМ, к эксплуатации в течение 15 лет. № 223-372-97. ОИАЭТ. Обнинск. 1997. 3. Исследование полимерных материалов после натурной экспозиции на панелях «Компласт» в течение 3 лет 6 месяцев в обеспечение 15-ти летней эксплуатации модулей РК МКС. НТО №223-85-00. ОИАТЭ. Обнинск. 2000. 4. Naumov, S; Domoratsky, N; Sokolova, SP; Kuriljonok, A; Kosnina, E; Alexashin, VA; Skurat, V;Volkov, I; Berioskina, N; Leipunsky, I; Pshechenkov, P Investigation of materials of insurance and fixation arrangements (tapes, ropes, cords, halyards and others) that are used by cosmonauts during their work in open space // Proc. 9-th Symp. On Materials in Space Invironment. ESTEC. Noordwijk. The Netherlands.2003. SP-540 p.595-600. Начальник отдела Александров Н. Г. Ст. научный сотрудник Смирнова Т. Н. Заведующий отделом Новиков Л. С. Ст. научный сотрудник Черник В. Н.
