КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ КЛАССА "СОЛНЕЧНЫЕ ОТРАЖАТЕЛИ" Российский патент 2006 года по МПК C09D5/24 C09D5/33 C09D133/08 

Изобретение относится к области космического материаловедения и оптической техники и может быть использовано в системе пассивного терморегулирования космических аппаратов (КА) для изготовления покрытия холодной сушки класса «солнечные отражатели», которые наносят на внешние поверхности КА, например на створки солнечных батарей, наружные холодные радиаторы, антенны, а также на поверхности оптических приборов.

Известна принятая за аналог композиция для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели» эмаль АК-512 (см. ГОСТ 23171-78), которая представляет собой композицию при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Смола амидосодержащая акриловая (100%)10,74Смола БМК-5 (100%)0,20Диоксид титана (TiO₂)25,84Глинозем (Al₂О₃3Н₂О)17,22Растворитель (смесь ксилола, ацетона и бутилового спирта в соотношении 30:30:40)46

Терморегулирующее покрытие класса «солнечные отражатели», изготовленное из приведенной выше композиции, имеет следующие начальные оптические характеристики: As ˜ 0.30, ε ˜ 0.88. Хотя данное покрытие обладает приемлемыми начальными оптическими характеристиками и параметрами газовыделения (газовыделение: общая потеря массы ОПМ ˜ 0.80%, легколетучие конденсирующиеся вещества ЛКВ ˜ 0.03%) в условиях воздействия факторов космического пространства (ФКП), однако известное покрытие не является стойким (происходят значительные изменения коэффициента As) при воздействии ФКП, а также не обеспечивает антистатических свойств, так как является глубоким диэлектриком ρ_v ˜ 10¹¹ Ом·м, что приводит к нарушению стабильности в работе радиоэлектронной аппаратуры, к сбоям и отказам в работе бортовых систем и тем самым уменьшению срока активного существования КА.

Известна принятая за прототип композиция для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели», содержащая эластичную полимерную подложку с нанесенным на нее оптическим слоем, выполненным в виде нитевидных или волокнистых кристаллов оксида цинка. Хотя данное покрытие обладает хорошими начальными оптическими характеристиками и является стойким к воздействию ФКП, однако не обеспечивает покрытию антистатических свойств, так как является глубоким диэлектриком (удельное объемное сопротивление ρ_v ˜ 10¹⁰-10¹² Ом·м), и имеет высокие, превышающие ГОСТ (см. ГОСТ Р 50109-92), параметры газовыделения в условиях вакуума (общая потеря массы ОПМ ˜ 3,16%, легколетучие конденсирующиеся вещества ЛКВ ˜ 0.83%), что совершенно неприемлемо при длительной эксплуатации космических кораблей.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение электропроводного терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели», удовлетворяющего отечественным, европейским и международным требованиям с оптимальным сочетанием всего комплекса параметров, необходимых и достаточных при длительной эксплуатации космического аппарата в условиях воздействия факторов космического пространства.

Ожидаемый технический результат заключается в предотвращении электризации покрытия за счет его антистатических свойств и, как следствие, к более стабильной и эффективной работе радиоэлектронной аппаратуры КА, снижению числа сбоев и отказов в работе бортовых систем, в обеспечении заданного теплового баланса КА путем снижения максимальных температур элементов конструкции изделий космической техники при длительной эксплуатации за счет повышения стойкости к воздействию факторов космического пространства и увеличению срока активного существования КА.

Задача решается тем, что композиция для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели», содержащая связующее, наполнитель и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве связующего используют смолу, амидосодержащую акриловую, а в качестве наполнителя монокристаллический тонкодисперсный порошок белого цвета цинк-галлий оксид расчетной формулой ZnGaO_1+n, где n=0,0064, молекулярная масса равна 81,38, а в качестве растворителя - смесь ксилола и бутилового спирта при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Смола амидосодержащая акриловая9,49...9,54,Цинк-галлий оксид52,36...52,49,Смесь ксилола и бутилового спирта37,99...38,15

При этом соотношение связующего к наполнителю берут равным 1:5,5, а нелетучих веществ в долях составляет 58,0% макс., а смесь ксилола и бутилового спирта используется в соотношении 4:1.

На чертеже представлен график изменения коэффициента поглощения солнечного излучения при облучении образцов протонами с энергией Ер=40 КэВ.

Композиция для терморегулирующего покрытия представляет собой суспензию цинк-галлий оксид (ЦГО) в акриловом сополимере и смеси растворителей. Наполнитель цинк-галлий оксид представляет собой монокристаллический тонкодисперсный порошок белого цвета и является совместным оксидом цинка и галлия (ТУ 2211-012-00209792-96) с расчетной формулой ZnGaO_1+n, где n=0,0064, молекулярная масса равна 81,38. В качестве связующего акрилового сополимера используется смола амидосодержащая акриловая, в качестве растворителя используется смесь ксилола и бутилового спирта в соотношении 4:1. Композиция для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели» представляет собой суспензию при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Смола амидосодержащая акриловая9,49...9,54Цинк-галлий оксид52,36...52,49Вышеуказанная смесь ксилола и бутилового спирта37,99...38,15

Наилучшие результаты достигаются при соотношении связующего и наполнителя (акриловой смолы к ЦГО), равном 1:5,5, при этом доля нелетучих веществ составляет 58,0% макс. (содержание наполнителя и сухого остатка смолы. См. табл.1, 3).

Изготовление композиции проводится в шаровой двухвалковой фарфоровой мельнице типа МШД с фарфоровыми шарами со степенью наполнения шарами не менее 60%. Диспергирование проводят до степени перетира 35...40 мкм по прибору «Гриндометр» (ГОСТ 6589-74). Далее для приготовления суспензии берут необходимое количество всех входящих компонентов, загружают в фарфоровый барабан и диспергируют содержимое в течение 4,5-5 часов до вязкости 55±2 с по вискозиметру В3-246 с соплом диаметром 4 мм (ГОСТ 842074). Затем полученную суспензию сливают в чистую тару с одновременной фильтрацией через медицинскую марлю и наносят на подготовленную поверхность с рабочей вязкостью 14-15 с. В качестве смолы амидосодержащей акриловой используется смола AC - продукт сополимеризации метакрилата с бутилметакрилатом в виде порошка. Возможно в качестве смолы амидосодержащей использование и сополимера АСН - раствор сополимера метилакриламида с бутилметакрилатом и акрилонитрилом в смеси ацетона и изопропилового спирта или сополимера С38, как раствора продукта сополимеризации метакриламида с бутилметакрилатом, акрилонитрилом и стиролом в смеси растворителей ацетона, ксилола, бутилацета или бутилового спирта. Соотношение ксилола и бутилового спирта относится как 4:1, т.е. это

30,39+7,60=37,99;

30,52+7,63=38,15.

Способом нанесения композиции для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели» является пневматическое распыление. Установлено, что для получения качественного покрытия рабочее давление сжатого воздуха должно быть в пределах 2,5...3,0·10⁵ Па, а расстояние до окрашиваемой поверхности 30...35 мм. При увеличении давления более 3,0·10⁵ Па наблюдается дробление композиции, увеличение размера факела, его неравномерность и большие потери композиции. Время высыхания при температуре 20±2°С составляет 1,5 часа. Отверждение покрытия производят при температуре 20±2°С в течение 24 часов. После отверждения покрытие имеет белую матовую поверхность без посторонних включений, «шагрени», потеков, что свидетельствует о хорошем розливе материала и получении качественного покрытия.

Кроме того, известно, что для обеспечения требуемых оптических характеристик (As и ε) и электрофизических характеристик ρ_v существенную роль играет толщина наносимого терморегулирующего покрытия, так как необходимо, чтобы покрытие имело такую толщину, которая обеспечила бы оптимальные значения указанных выше характеристик. Оптимальные значения характеристики As, ε, ρ_v с минимальными массовыми характеристиками обеспечиваются при толщине покрытия 80-100 мкм. При этом предлагаемое терморегулирующее покрытие класса «солнечные отражатели» является антистатическим, холодной сушки, с оптимальным сочетанием совокупности всех необходимых и достаточных характеристик: является электропроводным - с удельным объемным сопротивлением ρ_v, ˜ (1.0-5.0)·10⁵ Ом·м; имеет оптимальные параметры газовыделения - общая потеря массы ОПМ≤1%, легколетучие конденсирующиеся вещества ЛКВ≤0,1%; является стойким (см. табл.2) с сохранением высоких оптических характеристик покрытия - коэффициент поглощения солнечного излучения покрытия As<0.3, излучательная способность ε≥0.92 (см. чертеж) в условиях воздействия факторов космического пространства при длительной эксплуатации космического аппарата. Изменение коэффициента поглощения солнечного излучения покрытия при эксплуатации КА в течение года на геостационарной орбите ГСО≤0,1, на орбите околоземного пространства ОКП ˜ 0,01-0,05.

Таким образом, решена задача получения электропроводного терморегулирующего покрытия, удовлетворяющего отечественным, европейским и международным требованиям по параметрам газовыделения с сохранением высоких оптических характеристик покрытия при длительной эксплуатации космического аппарата, при этом оптимально сочетающего в себе весь комплекс свойств, необходимых и достаточных в условиях воздействия факторов космического пространства.

Таблица 1№1№2№3№4№5Смола амидосодержащая акриловая9,129,499,549,5410,60ЦГО59,2552,4952,4752,3642,46Ксилол25,3230,3930,3930,5237,55Бутиловый спирт6,317,607,607,639,39Время перетира до степени 35-40 мкм (по ГОСТ 6589-71)6,5-7,04,54,5-5,05,03,5-4,0ε0,930,920,920,940,91ρ_v, Ом·м(7.5-9.0)·10⁴1.0·10⁵(1.0-5.0)·10⁵(5.0-7.0)·10⁵8.0·10⁵Время высыхания (при 20±2°С), ч1,51,51,51,51,5

Таблица 2ПараметрыНазвание композициипредлагаемаяАК-512КО 5191Электропроводностьэлектропровод.диэлектрикдиэлектрикГазовыделениеудовл.удовл.не удовлСтойкость ΔAs (ГСО, 1 год)≤0,1≥0,3-

Таблица 3№1№2№3№4№5Соотношение акриловая смола/ЦГО1:6,51:6,01:5,51:5,01:4,0Доля нелетучих веществ, % макс. (содержание наполнителя и сухого остатка смолы)64,561,058,054.350,0Условная вязкость, по ВЗ-246 с соплом ⊘ 4 мм10086555041Адгезия, балл (ГОСТ 15140-78)2-31-21-21-21As0,230,240,260,260,28ε0,930,920,920,940,91ρ_v, Ом·м(7.5-9.0)·10⁴1.0·10⁵(1.0-5.0)·10⁵(5.0-7.0)·10⁵8.0·10⁵Время высыхания (при 20±2°С), ч1,51,51,51,51,5

Изобретение относится к области космического материаловедения и оптической техники и может быть использовано в системе пассивного терморегулирования космических аппаратов для изготовления покрытия холодной сушки класса «солнечные отражатели», которые наносят на внешние поверхности космических аппаратов. Описана композиция для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели», содержащая в качестве связующего смолу амидосодержащую акриловую - 9,49-9,54 мас.ч., в качестве наполнителя - монокристаллический тонкодисперсный порошок белого цвета цинк-галлий оксид с расчетной формулой ZnGaO_1+n, где n=0,0064, молекулярная масса равна 81,38 в количестве 52,36-52,49 мас.ч. и в качестве растворителя - смесь ксилола и бутилового спирта в соотношении 4:1 в количестве 37,99-38,15 мас.ч, причем соотношение связующего и наполнителя составляет 1:5,5, при этом доля нелетучих веществ составляет 58,0% макс. Технический результат - сохранение высоких оптических характеристик покрытия при длительной эксплуатации космического аппарата. 2 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

1. Композиция для терморегулирующего покрытия класса «солнечные отражатели», содержащая связующее, наполнитель и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве связующего используют смолу амидосодержащую акриловую, в качестве наполнителя - монокристаллический тонкодисперсный порошок белого цвета цинк-галий оксид с расчетной формулой ZnGaO_1+n, где n=0,0064, молекулярная масса равна 81,38, а в качестве растворителя - смесь ксилола и бутилового спирта при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Смола амидосодержащая акриловая9,49-9,54Цинк-галлий оксид52,36-52,49Смесь ксилола и бутилового спирта37,99-38,15