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. - Примечание изготовителя базы данных.

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. - Примечание изготовителя базы данных.

     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. - Примечание изготовителя базы данных.
     
     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. - Примечание изготовителя базы данных.
     
     

     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
     

     
     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

     
     
     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.