ASTM E1559-09 Standardtestverfahren für die Ausgasungseigenschaften von Verunreinigungen aus Raumfahrzeugmaterialien

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM E1559-09 Standardtestmethode für Kontaminationsausgasungseigenschaften von Raumfahrzeugmaterialien“ beschreibt eine Testmethode, die eine Datengenerierungstechnik zur Charakterisierung der Freisetzungskinetik von Ausgasungsprodukten aus Materialien umfasst. Mit dieser Technik wird sowohl der Gesamtmassenstrom ermittelt, der von einem Material abgegeben wird, wenn es einer Vakuumumgebung ausgesetzt wird, als auch seine Ablagerung auf Oberflächen, die auf verschiedenen festgelegten Temperaturen gehalten werden.

Dieses Prüfverfahren umfasst Prüfgeräte und zugehörige Betriebsverfahren zur Ermittlung des Gesamtmassenstroms durch ein Material, das Temperaturen zwischen 298 und 398 K ausgesetzt ist. Der Druck außerhalb der Probeneffusionszelle beträgt weniger als 7 x 10 Pa. Die Ablagerungsraten werden während der Materialentgasungstests gemessen. Ein Testverfahren zum Sammeln von Daten und eine Testmethode zum Verarbeiten und Präsentieren der gesammelten Daten sind enthalten.

Mit dieser Testmethode können die erforderlichen Daten zur Unterstützung mathematischer Modelle generiert werden, mit denen die Entstehung, Migration und Ansammlung molekularer Schadstoffe vorhergesagt werden kann. Es können alle Arten von organischen, polymeren und anorganischen Materialien getestet werden. Hierzu zählen Polymerfüllstoffe, Schäume, Elastomere, Folien, Bänder, Isolierungen, Schrumpfschläuche, Klebstoffe, Beschichtungen, Gewebe, Zurrfäden und Schmiermittel.

In dieser Norm gibt es zwei Testmethoden. Testmethode A verwendet Standardproben- und Kollektortemperaturen. Testmethode B ermöglicht Flexibilität hinsichtlich benutzerdefinierter Proben- und Kollektortemperaturen, Material- und Testgeometrie sowie benutzerdefinierter Quarzkristall-Mikrowaagen.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Begriffe und Definitionen:

• AT-Schnittkristall bezieht sich auf die Quarzkristallausrichtung, die den Temperaturkoeffizienten (Frequenzänderung mit der Temperatur) über einen weiten Temperaturbereich minimiert.
• Als azeotropes Gemisch bezeichnet man eine Lösung, deren Zusammensetzung sich bei der Destillation zweier oder mehrerer Flüssigkeiten nicht ändert.
• Gesammeltes flüchtiges kondensierbares Material ist die Menge an gasförmiger Substanz, die aus einer Testprobe entfernt wird und auf einem Kollektor kondensiert, der für einen bestimmten Zeitraum auf einer bestimmten konstanten Temperatur gehalten wird und vor dem Test und außerhalb der Testkammer gemessen wird.
• Bei der Differenzial-Scanning-Kalorimetrie (DSC) handelt es sich um eine Technik, bei der die Differenz zwischen der Energiezufuhr zu einer Substanz und einem Referenzmaterial als Funktion der Temperatur gemessen wird, während die Substanz und das Referenzmaterial einem kontrollierten Temperaturprogramm unterzogen werden.
• Eine Effusionszelle ist ein unter Vakuum gesetzter Behälter, in den eine Materialprobe gegeben und auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden kann.

Das in dieser Testmethode beschriebene Testgerät ist für die Messung von Ausgasungsratendaten ausgelegt, die zur Entwicklung kinetischer Ausdrücke für die Verwendung in Modellen verwendet werden, die die Entwicklung molekularer Schadstoffe sowie die Migration und Ablagerung dieser Schadstoffe auf Oberflächen von Raumfahrzeugen vorhersagen. Mit dieser Testmethode können Materialien charakterisiert werden, die flüchtige Spezies enthalten, die unter Temperatur- und Vakuumbedingungen ausgasen. Die bei dieser Testmethode verwendeten Quarzkristall-Mikrowaagen stellen eine empfindliche Technik zur Messung sehr kleiner Mengen angesammelter Masse dar. Die reduzierten Daten liefern nicht nur Daten für kinetische Ausdrücke, sondern können auch zum Vergleich des Ausgasungsverhaltens verschiedener Materialien zu Materialauswahlzwecken verwendet werden.

In dieser Norm gibt es zwei Testmethoden:

• Testmethode A ist ein Standardverfahren mit vorgeschriebenen Konfigurationen und Temperaturen.
• Testmethode B ermöglicht die Verwendung von raumfahrzeugsystemspezifischen Temperaturen, Konfigurationen und QCM-Kollektoroberflächenbeschichtungen.

Die Messungen werden durchgeführt, indem die Materialprobe in eine Effusionszelle gegeben wird, sodass der aus der Zellöffnung austretende Ausgasstrom auf drei Quarzkristall-Mikrowaagen trifft, die so angeordnet sind, dass sie die Öffnung abbilden. Die vierte Quarzkristall-Mikrowaage ist optional. Die Effusionszelle wird in einer Hochvakuumkammer auf einer konstanten Temperatur gehalten und verfügt über eine kleine Öffnung, die auf die Quarzkristall-Mikrowaagen gerichtet ist. Quarzkristall-Mikrowaagen werden entsprechend der gewählten Temperatur gesteuert. Die Gesamtausgasungsrate wird anhand der Sammelrate auf einer kryogekühlten Quarzkristall-Mikrowaage bestimmt. Am Ende des Isothermentests werden Quarzkristall-Mikrowaagen kontrolliert erhitzt, um das Verdampfungsverhalten der Ablagerungen zu bestimmen.

Die Effusionszelle wird aus der Vakuumverriegelungskammer in die Haupttestkammer geladen und in einem festen Abstand und Winkel relativ zu den Oberflächen der Quarzkristall-Mikrowaage positioniert. Die Temperatur der Effusionszelle wird geregelt, um eine kontinuierliche und gleichmäßige Erwärmung der Probe zu gewährleisten. Die Vakuumverriegelungskammer ist ein Gerät, das sicherstellt, dass die Testprobe ordnungsgemäß in das Hochvakuum der Haupttestkammer eingeführt wird. Durch die Verwendung der Verriegelungskammer zum Laden und Entladen von Proben wird ein Vakuumverlust in der Hauptkammer verhindert und die Notwendigkeit verringert, das Vakuum vor jedem Test abzulassen.

Unsere Organisation, die seit Jahren versucht, Unternehmen aus allen Branchen mit einer breiten Palette von Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien zu unterstützen, verfügt über einen starken Mitarbeiterstamm, der die Entwicklungen in der Welt der Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgt und sich ständig verbessert. In diesem Zusammenhang werden für Unternehmen auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ASTM E1559-09 Standard test method for contamination outgassing properties of spacecraft materials“ angeboten.