Исследование материалов на газовыделение
29.09.2026г.
Статья описывает проблему газовыделения конструкционных материалов в замкнутых объемах лазерных излучателей и космических аппаратов, что приводит к осаждению загрязнений на оптике и выходу оборудования из строя. Для оценки пригодности материалов применяются стандарты испытаний (например, ASTM E595), определяющие параметры общей потери массы (TML) и летучих конденсируемых веществ (CVCM).
Ключевые слова: Газовыделение (outgassing), Лазерный излучатель, Космические аппараты, Стандарт ASTM E595, Общая потеря массы (TML), Летучие конденсируемые материалы (CVCM), Тестирование материалов
В замкнутом объеме лазерного излучателя из пластиков, клеев, резины, оплетки проводов и других конструкционных материалов постепенно выделяются летучие молекулы, которые осаждаются на оптике и, под действием лазерного излучения, образуют нагар. Этот процесс со временем выводит оптический элемент из строя, а следом и весь излучатель. На изображении показан процесс формирования такого нагара. Для предотвращения появления нагара необходимо использовать "чистые" материалы, не выделяющие загрязнений во внутренний объем излучателя. Если материал не заменить на чистый аналог, при его применении необходимо поглощать выделяемые загрязнения, например, с помощью патронов осушки и очистки.
Силами специалистов NASA составлена база данных материалов с количественными данными газовыделения (Outgassing Database), доступная по ссылке: https://etd.gsfc.nasa.gov/capabilities/outgassing-database/
Испытания на газовыделение проводятся в соответствии со «Стандартным методом испытаний общей потери массы и сбора летучих конденсируемых материалов при газовыделении в вакуумной среде» (ASTM E595 или схожий стандарт ESA ECSS-Q-ST-70-02). Цель испытаний — определить потерю массы в вакууме и количество летучих конденсируемых материалов. Эти тестовые данные могут быть использованы для подтверждения низкого уровня газовыделения и проверки пригодности материала для использования в условиях космических полетов или внутри лазерных излучателей.
Испытания на газовыделение проводятся в соответствии со «Стандартным методом испытаний общей потери массы и сбора летучих конденсируемых материалов при газовыделении в вакуумной среде» (ASTM E595 или схожий стандарт ESA ECSS-Q-ST-70-02). Цель испытаний — определить потерю массы в вакууме и количество летучих конденсируемых материалов. Эти тестовые данные могут быть использованы для подтверждения низкого уровня газовыделения и проверки пригодности материала для использования в условиях космических полетов или внутри лазерных излучателей.
- CVCM (Collected Volatile Condensable Materials) – собранные летучие конденсируемые частицы (важный параметр для космоса, так как эти частицы могут оседать на оптике или датчиках).
- TML (Total Mass Loss) – общая потеря массы (в процентах).
- WVR (Water Vapor Regained) – поглощенный водяной пар (показывает, сколько влаги материал впитывает обратно из атмосферы после вакуумной сушки).
- RML (Recovered Mass Loss) восстановленная убыль массы.
- Staking adhesive – применение клея для фиксации компонентов во время исследования.
Схематическое представление характерных параметров TML, RML, WVR и CVCM
CVCM:
Показатель CVCM (Collected Volatile Condensable Materials / Количество собираемых летучих конденсируемых веществ) измеряется в процентах (%) от начальной массы тестируемого образца. В ходе испытания образец нагревают до 125 °C в вакуумной камере. Выделяющиеся газы конденсируются на специальной пластине-коллекторе, охлажденной до 22-25 °C.
Финальное значение вычисляют по формуле: CVCM (%) = 100% * (Масса конденсата на пластине / общая масса образца).
Для того чтобы материал был допущен к использованию в открытом космосе (например, на борту спутников), он должен соответствовать жесткому критерию отбора: CVCM ≤ 0,1% (в некоторых строгих спецификациях — менее 0,01%).
Финальное значение вычисляют по формуле: CVCM (%) = 100% * (Масса конденсата на пластине / общая масса образца).
Для того чтобы материал был допущен к использованию в открытом космосе (например, на борту спутников), он должен соответствовать жесткому критерию отбора: CVCM ≤ 0,1% (в некоторых строгих спецификациях — менее 0,01%).
TML:
Показатель TML (Total Mass Loss / Общая убыль массы) — это важнейший параметр дегазации материалов, который измеряется в процентах (%) от начальной массы образца.
В то время как CVCM показывает только ту часть веществ, которая испарилась и осела на соседних поверхностях, TML оценивает абсолютно всю массу, которую материал потерял в процессе испытания (включая газы, которые улетели и не конденсировались).
Испытание проводится в той же вакуумной камере при температуре 125 °C в течение 24 часов.
Формула расчета: TML (%) = ((Начальная масса − Конечная масса после вакуума) / Начальная масса) × 100%.
Чтобы материал (клей, компаунд, изоляция, краска) получил допуск для использования в космических аппаратах, он должен соответствовать требованию: TML ≤ 1,0%.
В то время как CVCM показывает только ту часть веществ, которая испарилась и осела на соседних поверхностях, TML оценивает абсолютно всю массу, которую материал потерял в процессе испытания (включая газы, которые улетели и не конденсировались).
Испытание проводится в той же вакуумной камере при температуре 125 °C в течение 24 часов.
Формула расчета: TML (%) = ((Начальная масса − Конечная масса после вакуума) / Начальная масса) × 100%.
Чтобы материал (клей, компаунд, изоляция, краска) получил допуск для использования в космических аппаратах, он должен соответствовать требованию: TML ≤ 1,0%.
RML:
Иногда высокий показатель TML не означает, что материал не пригоден для применения в аэрокосмической отрасли. Материал мог содержать влагу из воздуха заранее, до начала теста. Чтобы это учесть, используют параметр RML (Recovered Mass Loss / Восстановленная убыль массы):
- После вакуумной камеры образец помещают в контролируемую среду с влажностью 55% на 24 часа.
- Материал снова впитывает водяной пар.
- Его взвешивают еще раз.
Рассмотрим для примера двухкомпонентную эпоксидную смолу DP-190 производства корпорации 3М: величины TML (2.55%) и CVCM (0.71%) значительно превышают требования стандарта ASTM E595 (TML<1%, CVCM<0.1%) для применения данного материала в космосе или внутри оптического отсека лазерного излучателя.
Параметры исследования двухкомпонентной эпоксидной смолы DP-190 (3M) на газовыделение
В связи с прекращением финансирования правительством США этих исследований, НАСА прекратила обновлять базу материалов с 2017г., составив на тот момент более 13 500 записей. Для исследования материалов выпущенных после 2017г., а также отечественных материалов (отсутствующих в базе НАСА), нашими специалистами собран стенд для тестирования газовыделения по собственной методике. Исследование носит качественный характер.
Образец материала помещается в специальную герметичную кювету с прозрачными стенками. Материал в кювете подвергается нагреву для индуцирования газовыделения. Далее через прозрачные стенки кюветы производится длительный настрел лазерным излучением. В случае, если материал выделяет в атмосферу кюветы загрязнения, они конденсируются на стенках и под действием лазерного излучения формируют пленку, поглощающую часть излучения. Интенсивность газовыделения материала можно оценить по поглощаемой пленкой энергии лазерного излучения, а также размеру нагара.
По результатам исследования составляется протокол исследования, а характеристики материала попадают в базу материалов.
По результатам исследования составляется протокол исследования, а характеристики материала попадают в базу материалов.
Требования к образцам:
Образцы материалов и комплектующих для исследований имеют массу от 6 до 10грамм, габаритные размеры до 40х40мм. Хранятся в чистой герметичной упаковке. Для определения граничных условий исследований материала необходим технический паспорт материала.
Пример протокола исследования:
Автор:
Ведущий инженер компании Адлас:
Фокина Татьяна Андреевна
Ведущий инженер компании Адлас:
Фокина Татьяна Андреевна
Отправить запрос
Благодарим за проявленный интерес. Ваши персональные данные обрабатываются в соответствии с нашей политикой обработки персональных данных и ни при каких обстоятельствах не передаются третьим лицам.