Для обеспечения перегрева и охлаждения радиоэлектронной аппаратуры в космосе применят терморегулирующие покрытия. Они должны эффективно отражать Солнечное излучение в широком диапазоне длин волн, обладать высокой радиационной стойкостью к ионизирующим излучениям и термической стойкостью, как к отрицательным, так и к повышенным температурам космоса. Наиболее актуальной является проблема создания материалов, устойчивых к вакуумному ультрафиолету в условиях космического пространства. Известно, что под действием вакуумного ультрафиолета в полимерах и материалах на их основе происходит фотохимическая деструкция, в том числе разрыв химических связей или их сшивка [3, 4, 16, 17, 18, 26]. Все это приводит к потере первоначальных поверхностных свойств полимера, особенно необходимых для терморегулирующих покрытий [15, 19, 30]. Таким образом, перспективным направлением является разработка радиационно-стойких и радиационно-защитных материалов, которые обладают хорошими конструкционными свойствами и высокой устойчивостью к вакуумному ультрафиолету.
Ранее для терморегулирующих покрытий применялись чистые полимеры (полиимид, полистирол, полиметилметакрилат и др.). Однако, под воздействием атомарного кислорода, присутствующего в большом количестве в космосе, происходила деструкция поверхностного слоя материала, вызванная большим уносом массы [5, 6, 12, 24, 29]. Поэтому для защиты от атомарного кислорода и вакуумного ультрафиолета стали применять радиационно-защитные материалы на основе порошков оксидов металлов, внедряя их в полимерную матрицу.
а
б
Спектры отражения разработанного композита: а – до облучения; б – после облучения ВУФ
Основной недостаток известных полимерных композитов, используемых в качестве терморегулирующих покрытий в космических кораблях, это сравнительно низкие физико-механические характеристики, недостаточно высокие радиационно-защитные свойства и радиационная стойкость при резких перепадах температур (от – 150 °С до + 150 °С), а также высокое газовыделение в вакууме [7, 11, 22, 27, 28]. Кроме того, газовыделение полимеров в вакууме приводит к тому, что образующиеся при этом летучие конденсирующиеся вещества загрязняют поверхность микросхем, электронную бортовую аппаратуру, солнечные батарее и др. немаловажные элементы космического корабля.
В данной работе представлены данные по использованию органосилоксановых структур для получения материалов, устойчивых к вакуумному ультрафиолету. Применение обычного оксида кремния в композитах не желательно, так как он обладает повышенным газовыделением в вакууме, а органосилоксановые структуры мало этому подвержены [1, 8, 9, 10, 2, 20, 21]. Кроме того, использование кремнийсодержащих элементов позволяет получить материалы, обладающие стойкостью к атомарному кислороду, так как при взаимодействии атомарного кислорода с элементарным кремнием создается прочное соединение, не подвергающееся дальнейшему разрушению [13, 14, 25, 32].
Цель исследования
Исследовать возможность применения органосилоксановых структур для получения материалов, устойчивых к вакуумному ультрафиолету. Провести анализ стойкости материала к вакуумному ультрафиолету в зависимости от содержания наполнителя, дать оценку изменения поверхностного слоя композита до и после облучения.
Материалы и методы исследования
Для синтеза композитов использовали в качестве матрицы – фторопласт-4 по ГОСТ 10007-80. В качестве наполнителя использовали органосилоксановый полимер-полиметилсилоксан. Устойчивость к вакуумному ультрафиолету (ВУФ) исследовали с помощью специализированной установки в условиях, максимально приближенных к околоземному космическому пространству: глубокий вакуум, вакуумный ультрафиолет с длиной волны λ = 90…115 нм, интенсивность 0,5 Вт/м2. Облучение в камере проводили в течение 24 часов.
Результаты исследования и их обсуждение
Синтезированный композит с максимально возможным содержанием наполнителя подвергли облучению вакуумному ультрафиолету. До и после облучения были сняты спектры отражения композита в диапазоне дли волн от 240 до 800 нм.
Спектр отражения до и после облучения ВУФ представлен на рисунке. Воздействие ВУФ уменьшает коэффициенты отражения разработанного полимерного композита во всем диапазоне длин волн (рисунок).
Из рисунка видно, что после воздействия ВУФ-облучения форма спектральной кривой аналогична кривой, полученной до облучения. Однако график отражения после воздействия ВУФ-облучения располагается чуть ниже графика отражения композита, снятого до облучения, т.е. снижается интенсивность отраженного света в данном диапазоне длин волн. Это хорошо видно в исследуемых точках 297,5 (точка 2 до облучения) соответствует 299,0 (точка 1 после облучения). Однако расхождения слишком малы и не превышают 2 %, что говорит об устойчивости разработанного композита к вакуумному облучению.
Заключение
В работе представлена возможность использования органосилоксановых структур для получения материалов, устойчивых к вакуумному ультрафиолету. Для синтеза композитов использовали в качестве матрицы – фторопласт-4 по ГОСТ 10007-80, а качестве наполнителя использовали органосилоксановый полимер-полиметилсилоксан.
Проведено исследование по оценке поверхностных свойств полученного материала до и после обработки вакуумным ультрафиолетом. Представлены спектры отражения композита в диапазоне длин волн от 240 до 800 нм до и после обработки вакуумным ультрафиолетом. Показана высокая стойкость разработанного материала к условиям, максимально приближенным к околоземному космическому пространству: глубокий вакуум, вакуумный ультрафиолет с длиной волны λ = 90…115 нм, интенсивность 0,5 Вт/м2.
Работа выполнена при поддержке проектной части Государственного задания Минобрнауки РФ, проект № 11.2034.2014/K.