ГОСТ Р 25645.338-96
Группа Л29
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МАТЕРИАЛЫ ПОЛИМЕРНЫЕ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Требования к испытаниям на стойкость
к воздействию вакуумного ультрафиолетового излучения
Polymeric materials for space technique. Requirements
for far ultraviolet radiation stability tests
ОКС 49.040.10*
ОКСТУ 2202
____________________
* В указателе "Национальные стандарты" 2007 г.
ОКС 83.080. - .
Дата введения 1998-01-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Государственным научным центром Российской Федерации "Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я.Карпова" (филиал) и Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации Госстандарта России
2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 3 декабря 1996 г. N 664
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт распространяется на органические полимерные материалы (далее - материалы), применяемые в изделиях космической техники, расположенных на внешней поверхности космического аппарата.
Стандарт устанавливает общие требования к испытаниям материалов на стойкость к воздействию электромагнитного излучения Солнца в области вакуумного ультрафиолетового излучения (ВУФ) длиной волны от 10 до 200 нм.
Характеристики этой области излучения Солнца - по ГОСТ 25645.149.
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 8.197-86* ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости оптического излучения в диапазоне длин волн 0,04-0,25 мкм
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 8.197-2005. Здесь и далее по тексту. - .
ГОСТ 8.552-86* ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений потока излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн 0,03-0,4 мкм
________________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ 8.552-2001. Здесь и далее по тексту. - .
ГОСТ 9.706-81 ЕСЗКС. Материалы полимерные. Методы испытаний на стойкость к радиационному старению
ГОСТ 25645.149-89 Излучение солнечное ультрафиолетовое коротковолновое. Характеристики величин потоков
ГОСТ 25645.323-88 Материалы полимерные. Методы радиационных испытаний
ГОСТ 25645.331-91 Материалы полимерные. Требования к оценке радиационной стойкости
ГОСТ 26148-84 Фотометрия. Термины и определения
ГОСТ Р 50109-91* Материалы неметаллические. Метод испытания на потерю массы и содержание летучих конденсируемых веществ при вакуумно-тепловом воздействии
_________________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать ГОСТ Р 50109-92 Материалы неметаллические. Метод испытания на потерю массы и содержание летучих конденсируемых веществ при вакуумно-тепловом воздействии. - .
3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем стандарте применяют следующие термины и их определения:
1 Вакуумное ультрафиолетовое излучение (ВУФ) - электромагнитное излучение Солнца в диапазоне длин волн 10-200 нм.
2 Облученность - физическая величина, определяемая отношением потока излучения, падающего на малый участок поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого участка 
(ГОСТ 26148).
3 Энергетическая экспозиция - физическая величина, определяемая интегралом облученности по времени (ГОСТ 26148-84).
4 ВУФ-индекс стойкости полимерного материала - энергетическая экспозиция (для необратимых эффектов) или облученность (для обратимых эффектов), при которой достигается арбитражный критерий по характерному или определяющему показателю.
5 Характерный показатель стойкости полимерного материала к воздействию ВУФ - показатель, характеризующий эксплуатационное свойство полимерного материала, по изменению которого контролируют результаты всех видов воздействия ВУФ на материалы.
6 Определяющий характерный показатель стойкости полимерного материала к воздействию ВУФ - характерный показатель стойкости материала к воздействию ВУФ, при нахождении значений которого в пределах установленных норм сохраняется способность материала выполнять свои функции в изделии в процессе или после облучения.
7 Арбитражный критерий стойкости полимерного материала к воздействию ВУФ - относительное изменение характерного или определяющего характерного показателя стойкости материала к воздействию ВУФ в процессе или после облучения.
4 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
4.1 Испытания материалов на стойкость к воздействию ВУФ являются предварительным этапом испытаний на стойкость к воздействию электромагнитного излучения Солнца (ЭМИС).
Материалы, стойкие к воздействию ВУФ, должны пройти испытания на воздействие ближнего ультрафиолетового излучения (длина волны 200-400 нм) раздельно или совместно с воздействием ВУФ.
4.2 Испытания материалов на воздействие ВУФ проводятся до энергетической экспозиции , Дж/м, соответствующей времени эксплуатации в космическом пространстве , с, в составе изделия и указанному в техническом задании на проведение испытаний. Облученность на околоземных орбитах составляет 0,1 Вт/м.
Норма испытаний определяется как
.
4.3 При проведении испытаний необходимо моделировать:
- спектральное распределение плотности излучения и интенсивность ВУФ в интервале 10-200 нм;
- остаточное давление, соответствующее собственной атмосфере космического аппарата;
- температуру изделий на поверхности космического аппарата.
4.4 Спектральное распределение плотности излучения источника ВУФ должно быть максимально приближенным к спектру ЭМИС в указанном выше диапазоне длин волн (рисунок 1). В связи со спецификой взаимодействия ВУФ с органическими веществами спектр ВУФ допускается моделировать:
- излучением со спектральным распределением, приближенным к указанному на рисунке 1, в том числе ограниченным сверху по длине волны 160-170 нм, например, излучением в разряде газообразного водорода, гелия (рисунок 1) либо дейтерия;
- монохроматическим излучением с длиной волны в окрестности линии Лаймана , равной 121,6 нм, например, в разряде криптона (рисунок 2) и ксенона (рисунок 3);
- непрерывным излучением газоструйного источника ВУФ (таблица 1).
1 - излучение Солнца; 2 - излучение гелиевой лампы; 3 - излучение водородной лампы
Рисунок 1 - Спектральное распределение излучений
Рисунок 2 - Спектральное распределение излучения криптоновой лампы
Рисунок 3 - Спектральное распределение излучения ксеноновой лампы
Таблица 1 - Облученность от газоструйного источника ВУФ* и Солнца
_______________
* Расход газа 32 см/с; плотность тока 0,15 а/см; оптимальная энергия возбуждающих электронов 1,1 кэВ; расстояние от источника 1 м; состав газа: Ar +7·10% Kr +1·10% Xe +2·10% CH
Спектральный интервал , нм | Облученность, Вт/м, 10, в спектре | |
Солнца | газоструйного источника | |
152,5-147,5 | 0,96 | 0,03 |
147,5-142,5 | 0,50 | 0,90 |
142,5-137,5 | 0,26 | 0,60 |
137,5-132,5 | 0,26 | 1,50 |
132,5-127,5 | 0,18 | 1,60 |
127,5-120,0 | 4,97 | 3,80 |
120,0-110,0 | 0,29 | 3,90 |
110,0-100,0 | 0,26 | 19,50 |
100,0-90,0 | 0,24 | 2,60 |
90,0-80,0 | 0,26 | 1,50 |
80,0-70,0 | 0,11 | 1,20 |
70,0-60,0 | 0,14 | 1,60 |
60,0-50,0 | 0,17 | 1,40 |
Облученность - не менее 0,1 Вт/м.
4.5 Остаточное давление в испытательной камере должно быть в диапазоне 1010 Па.
4.6 Температура образца материала должна поддерживаться в диапазоне 170420 К и определяться требованиями ТЗ.
4.7 В качестве источников ВУФ следует применять водородные и дейтериевые разрядные лампы (например типов ДВС и ДДС, ВМФ-25), а также аналогичные лампы с гелиевым заполнителем.
Допускается применять:
- резонансные газонаполненные лампы типа КрР (криптон, 123,6 нм), КсР (ксенон, 147 нм) и ЛГВ (водород, 121,6 нм);
- газоструйные источники типа ГИС;
- синхротронное излучение.
При использовании источников типа ГИС и синхротронного излучения необходимо обеспечить фильтрацию потока ВУФ от сопутствующих заряженных частиц, нейтральных молекул и атомов (например путем дифференциальной откачки газового тракта источника излучения).
4.8 При применении окон для ввода пучка излучения они должны выполняться из материалов, прозрачных в области ВУФ, например фтористого лития или дифторида магния.
4.9 Основные требования к источникам ВУФ:
- стабильность потока ВУФ не хуже ±15% за период испытаний в отсутствие мониторирования;
- облученность в месте расположения образца материала - не менее 0,1 Вт/мм;
- равномерность облучения образца - не хуже ±15%.
4.10 Основные требования к вакуумному оборудованию:
- испытательная вакуумная камера должна быть изготовлена из материалов, пригодных для работы в высоком вакууме. В этих целях могут использоваться нержавеющая сталь, неорганические стекла и керамика;
- температура стенок камеры должна быть ниже температуры образца (или подложки). С этой целью в камере должны быть криогенные экраны либо двойная стенка с зазором для охлаждения;
- необходимо постоянно контролировать состав газовой атмосферы в камере по содержанию органических примесей; во избежание влияния этих примесей на результаты испытаний рекомендуется периодически проводить обезгаживание внутренних поверхностей камеры при температуре не ниже 420 К и обеспечить совместимость образцов по газовыделению;
- вакуум в камере создается и поддерживается с помощью безмасляных насосов. Рекомендуется использовать ионные, сублимационные, турбомолекулярные (например типов ТМН-200, ТМН-300 и т.п.), магниторазрядные (например типов МДО-100, МДО-200 и т.п.) насосы;
- вакуум в камере должен постоянно контролироваться;
- образец материала должен экранироваться от фотоэлектронов, образующихся при взаимодействии ВУФ с элементами конструкции камеры.
4.11 Характерные показатели материала необходимо измерять в процессе облучения. Допускается измерять необратимые эффекты в значениях характерных показателей до и после облучения без нарушения вакуума в камере. С этой целью конструкция вакуумной камеры должна обеспечивать:
- при испытании конструкционных материалов - приложение механической нагрузки к образцу вплоть до достижения разрушающего напряжения;
- при испытании электроизоляционных материалов - наложение электрических полей;
- при измерении оптических характеристик материалов - введение оптического измерительного тракта (зеркала, приемника, монохроматора зондирующего излучения и т.п.);
- нагрев и охлаждение образцов материала до заданных температур;
- при измерениях триботехнических характеристик материала - использование схемы трения.
Допускается измерять характерные показатели материалов после облучения в воздушной среде, если их значения не определяются состоянием поверхности образца, а толщина образцов не менее 100 мкм. При этом, если температура облучения была ниже температуры стеклования материала, образец должен быть нагрет до и выдержан в течение 30 мин до снижения вакуума.
4.12 Допускается проводить ускоренные испытания материалов на стойкость к воздействию ВУФ при определении необратимых эффектов при кратности ускорения до 10 (по соображениям нагрева). При этом повышение температуры образца сверх заданной за счет поглощения энергии излучения (в том числе в ИК-области) не должно превышать 30 К, если в этот интервал не попадает фазовый переход данного материала.
Предварительно для одного из материалов того же класса, что и испытуемый, рекомендуется проверить зависимость эффекта воздействия ВУФ от облученности. С этой целью проводят испытания материала по заданному характерному показателю при различных значениях (не менее трех значений, каждое из которых отличается на порядок от предыдущего, начиная от 0,1 Вт/м). Энергетическая экспозиция и температура образца во всех случаях должна быть одинаковой. За допустимую кратность ускорения принимают такое ее значение, при котором отличие в измеряемом необратимом эффекте по сравнению с предыдущим выходит за суммарную погрешность измерений характерного показателя и дозиметрии.
Обратимые эффекты определяют при значениях , равных (0,1±0,03) Вт/м.
4.13 Набор заданной энергетической экспозиции рекомендуется проводить без перерывов в облучении. В противном случае не допускается превышать остаточное давление в испытательной камере при отключении источника ВУФ более 10 Па.
4.14 Размеры и количество образцов должны соответствовать требованиям ГОСТ 25645.323 и ГОСТ 9.706. Перед испытаниями образцы должны пройти кондиционирование - вакуумное обезгаживание при максимально допустимой для данного материала температуре не менее 1 ч.
4.15 В связи с поглощением ВУФ в тонком слое образцов материала измерения характерных показателей, определяемых состоянием поверхности материала (оптических, триботехнических, поверхностная электропроводность) проводить только с облучаемой стороны материала.
5 ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДАМ ДОЗИМЕТРИИ ВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
5.1 Мерой воздействия ВУФ на материалы является энергетическая экспозиция (Дж/м) и облученность (Вт/м). В связи с полным поглощением энергии квантов ВУФ в детекторе соотношение между энергетической экспозицией и потоком квантов ВУФ , квант/м, имеет вид
, (1)
где - число квантов ВУФ в пределах -й энергетической группы спектра источника ВУФ;
- средняя энергия квантов, эВ/квант.
5.2 Выбор детектора излучения определяется типом источника ВУФ, применяемого при испытаниях материалов (4.7), и требованиями ГОСТ 8.552 к рабочим средствам измерений в диапазонах длин волн 30-102 и 103-400 нм.
5.3 В соответствии с требованиями ГОСТ 8.552 пределы допускаемых относительных погрешностей детекторов ВУФ (рабочих средств измерений) не должны превышать:
в диапазоне длин волн 30-102 нм - 6·10;
в диапазоне длин волн 103-400 нм - (6-15)·10.
5.4 Для водородных, дейтериевых и гелиевых разрядных ламп рекомендуются детекторы на основе фотоумножителей с покрытием из фосфоров, например салицилового натрия, квантовый выход которых не зависит от длины волны в диапазоне 100-200 нм.
Допускается применять химический газовый дозиметр на основе кислорода, квантовый выход которого равен 2,0 молекул/квант и не зависит от энергии излучения в диапазоне длин волн 100-200 нм. В этом случае энергетическую экспозицию или облученность получают делением показания дозиметра на относительную долю энергии ВУФ в интервале длин волн 100-200 нм во всем спектральном распределении излучения источника.
5.5 Для криптоновых и ксеноновых ламп в качестве детекторов, кроме указанных в 5.4, можно применять:
- дозиметр на основе закиси азота NO с квантовыми выходами 1,4 и 1,1 молекул/квант - для длин волн излучения 147 и 123,6 нм соответственно:
- дозиметр на основе углекислого газа СО с квантовыми выходами 0,7 и 0,75 молекул/квант - для длин волн излучения 147 и 123,6 нм соответственно.
Плотность потока квантов ВУФ , квант·м·с, вычисляют по формуле
, (2)
где - концентрация продуктов фотолиза, моль/дм;
- объем дозиметрической ячейки, дм;
- число Авогадро;
- квантовый выход продуктов фотолиза, молекул/квант;
- время облучения, ч;
- площадь выходного окна в ячейке, м.
Переход от плотности потока квантов ВУФ к плотности потока энергии - по соотношению, аналогичному формуле (
1).
5.6 Для криптоновых ламп рекомендуется также применять ионизационную камеру типа КФЛ-2, заполненную окисью азота и имеющую выходные окна из фтористого лития или магния.
Чувствительность камеры ограничена диапазоном длин волн 115-125 нм с погрешностью 12%.
Указанная камера допускается для дозиметрии источника с широким спектром ВУФ (разрядные лампы, ГИС, синхротронное излучение). Энергетическую экспозицию или облученность получают делением показания камеры на относительную долю энергии ВУФ в интервале длин волн 115-125 нм во всем спектре источника.
5.7 Каждый детектор должен градуироваться в энергетических единицах в соответствии со спектром излучения конкретного источника ВУФ и требованиями ГОСТ 8.197 и ГОСТ 8.552.
5.8 Дозиметрия ВУФ должна проводиться перед началом и по завершению каждого испытания.
6 ОЦЕНКА СТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ
6.1 На основе сопоставления результатов испытаний и предельных значений характерных показателей, установленных в ТЗ, дают заключение о стойкости материала к воздействию ВУФ.
6.2 В зависимости от функционального назначения материала, указанного в ТЗ на испытания, определяющими характерными показателями стойкости материала к воздействию ВУФ являются оптические и (или) триботехнические и прочностные показатели.
6.3 К оптическим показателям относят интегральный коэффициент поглощения солнечного излучения и интегральную излучательную способность в полусферу , а также их отношение .
К триботехническим показателям относят коэффициент трения.
К прочностным показателям относят прочность при изгибе.
6.4 Испытания на стойкость материалов по определяющим характерным показателям являются обязательными.
6.5 Характерный показатель для конкретного материала устанавливает в ТЗ заказчик, исходя из функционального назначения материала в конструкции космического аппарата.
6.6 К характерным показателям стойкости материала к воздействию ВУФ относят:
для конструкционных материалов силового назначения - прочность при разрыве, относительное удлинение при разрыве, радиационная долговременная прочность, радиационная потеря массы;
для конструкционных материалов электроизоляционного назначения - удельное поверхностное электрическое сопротивление, электрическая прочность.
6.7 Значения арбитражных критериев стойкости материалов к воздействию ВУФ и НТД на метод определения показателей для вышеперечисленных характерных показателей приведены в ГОСТ 25645.331. Метод определения радиационной потери массы по ГОСТ Р 50109.
6.8 Характерные показатели и арбитражные критерии стойкости к воздействию ВУФ для оптических и триботехнических характеристик материалов приведены в таблице 2.
Таблица 2
Назначение материала | Характерный показатель стойкости | Арбитражный критерий стойкости, % |
Оптические материалы и терморегулирующие покрытия | Интегральный коэффициент поглощения | +25 |
Интегральная излучательная способность в полусферу | +25 | |
Отношение | +25 | |
Конструкционные материалы антифрикционного назначения | Коэффициент трения | ±25 |
Фрикционная долговечность | -50 | |
Износостойкость | -50 |
6.9 По аналогии с требованиями ГОСТ 25645.331 количественной характеристикой стойкости материалов к воздействию вакуумного ультрафиолетового излучения является ВУФ-индекс стойкости, определяемый как энергетическая экспозиция (для необратимых эффектов) или как облученность (для обратимых эффектов), при которой достигается арбитражный критерий по характерному или определяющему характерному показателю при определенной толщине материала в изделии и условиях эксплуатации.
Электронный текст документа
и сверен по:
М.: ИПК Издательство стандартов, 1997