远紫外辐射下Kapton∕Al薄膜材料的力学性能研究

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1、航天器环境工程第27卷第5期600SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING20l0年10月远紫外辐射下Kapton／Al薄膜材料的力学性能研究沈自才，郑慧奇，赵雪，冯伟泉，刘宇明，赵春晴，丁义刚(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：薄膜材料在探测器中有着重要的应用，在深空辐照环境下，其力学，

2、生能将发生较大的变化。文章首先介绍了薄膜材料在航天器中的应用，接着对Kapton／Al薄膜材料空间远紫外辐照下的力学性能进行了研究。研究发现：随着拉伸速度增加，薄膜的抗拉强度和断裂伸长率随着拉伸速度的增加而降低；随着

3、远紫外曝辐量的增加而呈线性减小；远紫外辐照下薄膜材料分子键出现断裂和交联，c—CO和C—N键断裂并发生脱氧和脱氮，C-H基团相对含量增大的主要原因是薄膜力学性能降低．关键词：力学性能；远紫外；抗拉强度中图分类号：0484．2；TN23文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)05-0600-04DoI：10．39690．issn．1673—1379．2010．05．0110引言由于受到运载工具有效空间和运载能力等因素的限制，大型航天器的结构设计研制都遇到了巨大的挑战。在有限的运载能力条件下，如何充分地提高航天器的效能，是航天器研

4、制工作的一个重要课题。与传统结构相比，轻型展开结构具有重量轻、存储体积小、成本低廉、可靠性高等优点。因此，轻型展开结构成为空间研究和开发的热点，其在各类大型航天器上的应用将是今后航天事业的发展方向和技术发展的必然趋势。轻型展开结构可用在月球基地建设、大型天线、遮光罩、大型太阳能电池帆板、太阳帆等大型航天器或部件上【l。8】，其中薄膜材料是该结构的重要组成部分。由于薄膜材料长期暴露在航天器外表面，受空间环境效应影响将发生性能退化，尤其是在远紫外辐射下，其力学性能将会严重退化。因此有必要对薄膜材料的远紫外辐射下力学性能退化情况进行研裂9。10】

5、，探讨其在远紫外辐射环境下的力学性能退化机理与规律，为提高航天器的在轨可靠性提供支持。均可导致试验的失败。样品材料为Kapton／Al薄膜材料。将试样裁制成15mmxl50mmxl00mlTl的长方体，符合GBl3022—199l《塑料薄膜拉伸性能试验方法》标准【u】。要求试样边缘平滑无缺口，可用低倍放大镜检查缺口，筛选剔除边缘有缺陷的试样，每组试样至少选取5个。1．2试验参数辐照试验在北京卫星环境工程研究所的4,800I姗综合环境模拟试验设备上进行，远紫外源为日本滨松L1835水冷氘灯，远紫外光谱范围为116～200mTl，远紫外辐照度为

6、10ESH(等效太阳常数)，样品温度约为25℃，真空度优于lX10～Pa。在本研究中，在远紫外曝辐量分别为0、300ESH、600ESH和1000ESH时对薄膜进行拉伸试验，去除试验结果明显异常的数据，对剩下的拉伸数据求其平均值。研究Kapton／Al薄膜材料的拉伸强度和断裂伸长率，并对其拉伸强度变化规律进行分析。对远紫外曝辐量为l000ESH的Kapton／A1薄膜进行XPS分析，研究其在远紫外辐射下的力学性能退化机理。1样品制备与试验参数2结果分析1．1样品制备样品制备是试验成功与否的关键，尤其力学性能测试对薄膜样品的要求非常高，任何微

7、小的瑕疵2．1不同拉伸速度对力学性能的影响分别以50ram／rain、100ram／rain、150ram／rain的拉伸速度对Kapton／A1薄膜试样进行拉伸试收稿日期：2009．11．20；修回日期：2009．12．15基金项目：航天科技基金资助项目作者简介：沈自才(198旺)，男，博士学位，主要从事深空探测及空间辐射环境效应地面模拟技术研究．E-mail：zicaishen@163．tom．验，其断裂伸长率见图l。图1不同拉伸速度YKapton／A1薄膜断裂伸长率变化Fig．1RuptureelongationofKapton／Al

8、indifferenttensilemtes由图1可知，随着拉伸速度增加，Kapton／Al薄膜断裂伸长率减小。2．2不同曝辐量对力学性能的影响对薄膜试样在远紫外曝辐量分别为0、300ESH、600ESH和l000ESH时进行拉伸试验。不同曝辐量下的薄膜断裂伸长率见表1、图2，抗拉强度见表2、图3。表1不同远紫外曝辐量对Kapton／A1薄膜断裂伸长率的影响Table1RuptureelongationofKapton／AlunderdifferentVUVirradiation曝辐量／ESH断裂伸长率／％O31．2930029．9l600

9、25．76l00025．12图2远紫外曝辐下Kapton／Al薄膜断裂伸长率拟合图Fig．2FittingcalveofKapton／Alruptureelongationind