几十年来,由于其宽的操作温度,在空间应用中,在空间应用中使用了硅氧烷粘合剂,涂料和弹性体,其能够在这些温度上保持弹性,并且低模量。这些优点是为什么硅氧烷广泛用于航天器,从立方体和船员胶囊到深空勘探车,传统卫星和卫星星座。在太阳能电池板,传感器,天线,摄像机等应用中,可以在这些车辆中找到有机硅。

极端温度和空间真空条件存在独特的环境挑战。除非特别配制,否则这些条件会导致材料中的挥发物与umgas和可能损坏敏感传感器,透镜,电子器件和其他表面。由于紫外线(UV)和原子氧(AO)曝光,这些分散的材料可以进一步降解,导致硬件的不利影响并缩短操作寿命甚至导致任务失败。

为了应对这些情况,硅树脂制造商已经开发出了高纯度、低排气性的硅树脂,卫星和航天飞行器制造商可以使用它们来避免污染和防止材料降解。

创建波动性的硅树脂

为了制定低排气和超低排气硅酮,硅酮制造商利用各种硅酮化学技术。控制这些性质首先要设计初始的有机硅聚合物链,它可以长也可以短,包括不同类型和数量的官能团。在聚合物(末端和/或垂饰)上加入特定的官能团将决定所使用的固化化学类型,并控制初始硅树脂固化如何锁定所需的材料特性。

还可以将专用填料材料添加到制剂中以帮助控制最终材料的机械性能 - 其强度,硬度和其他性能。除了控制硅氧烷系统的机械性能之外,可以加入其他填料以增强热或导电,增加热稳定性或减少重量。选择这些填料以确保最终的硅氧烷材料具有预期应用的所需性质。

当开发太空级硅酮时,目标是尽可能减少挥发性气体,同时达到所需的稳定性和机械性能,无论是粘合剂,涂层,还是模压组件。

三个关键评估标准

在给定应用程序选择正确的硅氧烷时,在三个主要区域有几个标准:

  1. 功能:这种材料有什么功能?它是涂层,粘合剂,还是其他应用?
  2. 纯度:根据应用的条件和寿命,硅树脂应该有什么样的挥发性要求?
  3. 过程:在卫星或太空车辆上使用时,如何应用硅胶?

有机硅在空间应用中具有广泛的用途。它们可以包括粘合剂(液体或胶带形式),将太阳能电池粘在基材上;保护敏感电子元件不受振动、冲击和其他环境因素影响的灌封或封装材料;或者是保护原子氧的涂层。

另一个功能考虑包括硅氧烷将接触的材料 - 它们是金属,聚合物或复合材料吗?这些材料有哪些温度限制?如果选择的硅胶需要热量来固化,这可能会产生负面影响的材料;更好的选择可能是选择室温硫化(RTV)硅胶。有空间级硅氧烷可提供添加或冷凝固化化学。

基于应用和硅胶将被使用的地方,重要的是要了解排气的风险。对于最敏感的应用,即使是少量的气体也可能危及任务的成功。对于这些情况,高纯度超低排气硅树脂是最好的选择。

一旦确定了材料功能和纯度水平,重点就会转向如何处理材料。对于具有非常紧密和复杂的几何形状的应用,使用液体粘合剂而不是带胶带可能更有意义。对于垂直表面上的应用,在低粘度系统上优选为触变性/非坍落度的材料。

这些只是功能,纯度和过程如何影响空间级硅氧烷的一些示例。当所有这些因素都经过全面地考虑时,可以识别并实施适当的硅氧烷溶液。

使用测试比较低挥发性和超低挥发性有机硅

为了评估空间级硅氧烷的纯度和稳定性,ASTM E595试验方法由美国国家航空航天局开发,由该行业广泛使用。ASTM E595在特定时间点衡量分配并报告以下内容:

  • TML:总质量损失

  • CVCM:收集的挥发性可冷凝材料

  • WVR:水蒸气恢复

ASTM E595的既定接受限度是材料的总质量损失(TML)≤1.0%和收集的挥发性可凝材料(CVCM)≤0.1%。当材料用于航天器上更敏感的区域时,可能需要更严格和详细的测试,其中html和CVCM的接受极限可能分别为≤0.1%和≤0.01%。

美国宇航局还建议在这些实例中使用ASTM E1559测试方法。ASTM E1559是一种更广泛的测试过程,记录了以时间和温度的函数的分散量,从而赋予超出动力学数据。这对于帮助创造和选择可以在卫星和空间车辆上工作的硅氧烷来说至关重要,这些车辆在延长的时间内运行 - 甚至数十年的空间。

Recently, a silicone manufacturer analyzed a suite of its products, including condensation and addition cure materials, using both ASTM E595 and E1559 to detail and compare the purity and stability of the company’s low-outgassing (CV product designation) and ultra-low-outgassing product lines (SCV product designation) and their effects on outgassing kinetics.

对于最严格的空间应用,在甚至低量的挥发物中可能从传统的空间级材料中脱筋并导致潜在的问题,制造商开发了一套超低抛光材料。将这些材料保持在更高的标准,TML≤0.1%,CVCM≤0.01%,ASTM E595。

图1 - ASTM E595和E1559测试结束时% TML的比较
图2 - 本表列出了NUSIL测试的空间级硅氧烷的固化化学和应用。

在图1中,使用ASTM E595和ASTM E1559比较了测试结束时html的百分比。图2列出了NuSil®经过测试的空间级硅氧烷以及它们的固化化学以及对每个测试的硅氧烷的应用。

在图3中,使用ASTM E1559测试硅氧烷材料,评估TML作为时间的函数。该测试表明,在所有样品的测试中的前两到四小时内,TML急剧上升。然后,低排出的材料开始在24至48小时之间脱落,而超低出口的材料在四到八小时之内较早得分。在将超低辐射到低排出材料中进行比较时,TML减少了大约四至九次。

图3 -通过ASTM E1559测试的硅酮的html %随时间的比较

由ASTM E1559测试测量的CVCM的百分比与html一样重要,因为凝聚态材料是具有较低挥发性的高分子量材料。图4展示了低放气材料和超低放气材料挥发分放气随时间的差异。而所有材料的CVCM≤0.04%超过72小时的测试,超低出气硅树脂显示了其优势,其CVCM值≤0.001%,一个完整的数量级比低出气硅树脂。

图4 - 通过ASTM E1559测试的产品随着时间的推移比较VCM%(298 K QCM)。

做出正确的选择

测试表明,超低排气硅树脂为必须将污染保持在最低限度以延长硬件操作寿命的敏感区域提供了理想的解决方案。该测试还证明了与有机硅供应商合作的价值,该供应商能够提供先进的材料,能够在低排气和超低排气选项中经受住空间应用的极端环境要求。

宇宙飞船的使命,寿命和航天器乐器的敏感性将有助于指导特定硅胶的选择,基于它将使用的位置。选择硅胶时,重要的是要记住应用程序的功能,纯度和工艺要求以及使用具有丰富经验定制空间型硅氧烷的硅胶供应商来满足最先进的航天器的需求。亚博官网娱乐app下载

本文由NuSil应用工程师Timothy Steckler博士撰写- 一个女人的品牌®——二,PA。欲了解更多信息,请访问这里


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本文首次发表于《华尔街日报》2021年4月号yabovip16.com杂志。

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