توصيفگر ها :
عايق حرارتي چندلايه , MLI , مدار LEO , كتون سياه , پلي ايميد كپتون , كپتون آلومينايز , PET آلومينايز , پرتوي گاما
چكيده فارسي :
عايق¬هاي حرارتي چندلايه (MLI) جزو سيستم¬هاي كنترل حرارتي غيرفعال هستند كه وظيفه‌ي تأمين دماي داخلي ماهواره را دارند. اين پتوهاي عايق حرارت بايد خواص خود را در طول مأموريت فضايي بر اساس الزامات استاندارد ECSS حفظ كنند. ماهواره‌ها با قرارگيري در مدارهاي اطراف زمين و در معرض محيط فضا، درگير عوامل متعددي خواهد شد كه هر كدام به طريقي مي-توانند شرايط را براي تخريب و افت خواص آن فراهم نمايند. يكي از مهم‌ترين اين عوامل، تابش‌هاي فضايي هستند. اين تابش‌ها كه هركدام انواع و تأثيرات متفاوتي دارند، مي‌توانند منجر به يونيزه شدن مواد گردند. در پژوهش حاضر اثر مخرب دز يونيزان كل معادل با مدت زمان حدودي 6، 12 و 18 سال مأموريت فضايي در محيط مدار LEO معادل‌سازي و بررسي شد. اين آزمايش با استفاده از تابش پرتوي گاما با سه مقدار دز kGy100، kGy200 و kGy300 بر روي برخي از لايه‌هاي پليمري پركاربرد در ساخت MLI صورت گرفت. لايه‌هاي مذكور شامل كپتون سياه بدون پوشش، كپتون سياه با يك طرف پوشش آلومينيوم، پلي‌ايميد كپتون با دو طرف پوشش آلومينيوم و PET با دو طرف پوشش آلومينيوم است. اثر پرتوي گاما بر روي اين فيلم‌هاي پليمري مورد بررسي قرار گرفت. بر اين اساس مشخص شد كه خواص ترمواپتيكي لايه‌ها از جمله ضريب جذب خورشيدي و ضريب نشر حرارتي، دچار افت شده است. با اين وجود پس از انجام آزمون FTIR مشخص شد كه در نمونه‌ي كپتون سياه بدون پوشش برخي از پيوندهاي كربن‌دار شكسته شده و با آزاد شدن مولكول گاز از تركيب پليمر، بخشي از جرم ماده از دست رفته است. همچنين آثاري از تشكيل پيوندهاي عرضي در اثر تابش پرتوي گاما در پليمر مشاهده شد. با بررسي نتايج آزمون كشش نتيجه شد كه خواص مكانيكي هر چهار نمونه به ميزان قابل توجهي دچار افت شده است. البته مشخص شد كه در دزهاي تابشي پايين گاما به علت تشكيل پيوندهاي عرضي، نرخ افت خواص مكانيكي كمتر بوده ولي با افزايش دز تابشي شدت افت اين خواص از جمله استحكام كششي، درصد ازدياد طول و چقرمگي نيز افزايش خواهد يافت. در اثر تابش اشعه‌ي گاما بيشترين ميزان افت خواص مكانيكي در ميان نمونه‌هاي مورد آزمايش بر روي پلي‌ايميد كپتون با دو طرف پوشش آلومينايز اندازه‌گيري و شناسايي شد. پس از انجام تست كشش، از سطوح مقطع شكست نمونه‌ها با استفاده از ميكروسكوپ FESEM تصويربرداري شد كه در مقايسه با حالت پيش از پرتودهي، آثاري از تبديل شكست نرم به ترد در فيلم‌هاي پليمري نمايان گشت. اين افزايش تردي پليمرها با افت خواص مكانيكي آن‌ها به طور مستقيم در ارتباط است. ريزساختار نمونه‌ها نيز با استفاده از ميكروسكوپ FESEM آناليز گرديد كه نشانه‌هايي از شكل‌گيري و تركيدن حباب‌هايي بر سطح كپتون سياه بدون پوشش مشاهده شد كه در اثر خارج شدن مولكول گازي از تركيب پليمر رخ داده است. همچنين در فيلم‌هاي پليمري آلومينايز شده نتيجه شد كه دانه‌بندي پوشش آلومينيوم در برخي مناطق كاهش يافته و به صورت پوسته‌اي ظاهر شده كه در پي تخريب پوشش ممكن است زيرلايه‌ي پليمري را نيز به شدت در معرض آسيب قرار دهد. در نهايت توپوگرافي سطح لايه‌ها نيز توسط آناليز AFM مورد بررسي قرار گرفت كه افزايش زبري در سطح تمامي نمونه‌ها نتيجه شد. بيشترين ميزان افزايش زبري بر روي سطح كپتون سياه بدون پوشش مشاهده شد كه نشان‌دهنده‌ي پايداري بيشتر نمونه‌هاي پوشش داده شده با آلومينيوم در مقايسه با پليمر بدون پوشش است.
چكيده انگليسي :
Multi-layer insulations (MLI) are one of the passive thermal control systems that are responsible for providing the internal temperature of the satellites. These thermal blankets must keep their properties during the space missions according to ECSS standard requirements. By placing the satellites in earth's orbits and being exposed to the space environment, satellites will be exposed to several factors, each of which can provide the conditions for its degradation and loss of properties. One of the most important factors is space radiation. These radiations, each of which has distinct types and effects, can lead to the ionization of materials. In the present study, the destructive effect of the total ionizing dose equivalent to approximately 6, 12 and 18 years of a space mission in an LEO environment was simulated and investigated. This test was performed using gamma radiation with three doses of 100kGy, 200kGy and 300kGy on some polymer layers commonly used in MLI production. The layers include uncoated black kapton, aluminized black kapton, aluminized kapton polyimide, and aluminized PET. The effect of gamma radiation was investigated on these polymer films. It was found that the thermo-optical properties of the layers, including the solar absorption coefficient and the thermal emission coefficient, have a obvious decrease. However, after the FTIR testing, it was found that in the black kapton, some carbon bonds were broken and a part of the mass of the material was lost due to the release of the gas molecules from the polymer composition. Also, traces of the formation of crosslinks due to gamma irradiation were observed in the polymer. Tensile test results showed that the mechanical properties of all four samples have dropped significantly. It was found that in low doses of gamma radiation due to the formation of crosslinks, the rate of loss of mechanical properties is lower, but with the increase of the radiation dose, the rate of the loss of mechanical properties, including tensile strength, elongation and toughness has been increased. The highest amount of mechanical properties loss among the tested samples was identified on aluminized kapton polyimide as a result of gamma irradiation. After the tensile test, the cross-sections of the fractured samples were imaged using a FESEM microscope, which compared to the pre-irradiation state, revealed signs of ductile to brittle fracture transformation in the polymer films. This increase in the brittleness of polymers is directly related to the decrease in their mechanical properties. The microstructure of the samples was also analyzed using a FESEM microscope, and signs of the formation and bursting of bubbles were observed on the surface of the uncoated black kapton, which occurred due to the release of gas molecules from the polymer composition. Also, in aluminized polymer films, it was concluded that the granularity of the aluminum coating was reduced in some areas and appeared in the form of flaky, which may heavily damage the polymer substrate after the degradation of the coating. Finally, the surface topography of the layers was also examined by AFM analysis, which resulted in an increase in the surface roughness of all samples. The highest amount of roughness increase was observed on the uncoated black kapton surface, which indicates the greater stability of the aluminized samples compared to the uncoated polymers.
