Metodo di prova standard ASTM E1559-09 per le proprietà di degassamento della contaminazione dei materiali dei veicoli spaziali

Lo standard "ASTM E1559-09 Metodo di prova standard per le proprietà di degassamento della contaminazione dei materiali dei veicoli spaziali" sviluppato dall'American Society for Testing and Materials (ASTM) descrive un metodo di prova che include una tecnica di generazione di dati per caratterizzare la cinetica di rilascio dei prodotti di degassamento dai materiali. Questa tecnica determina sia il flusso di massa totale emesso da un materiale quando esposto a un ambiente sotto vuoto, sia la sua deposizione su superfici mantenute a diverse temperature specificate.

Questo metodo di prova comprende un apparato di prova e le relative procedure operative per valutare il flusso di massa totale attraverso un materiale esposto a temperature comprese tra 298 e 398 K. Le pressioni all'esterno della cella di effusione del campione sono inferiori a 7 x 10 Pa. Le velocità di deposizione vengono misurate durante i test di degasaggio del materiale. Sono inclusi una procedura di test per la raccolta dei dati e un metodo di test per l'elaborazione e la presentazione dei dati raccolti.

Questo metodo di prova può essere utilizzato per generare i dati necessari a supportare i modelli matematici impiegati per prevedere la formazione, la migrazione e l'accumulo di inquinanti molecolari. È possibile testare tutti i tipi di materiali organici, polimerici e inorganici. Tra questi rientrano composti di riempimento polimerici, schiume, elastomeri, pellicole, nastri, isolanti, tubi termorestringenti, adesivi, rivestimenti, tessuti, fili di fissaggio e lubrificanti.

Questa norma prevede due metodi di prova. Il metodo di prova A utilizza temperature standard del campione e del collettore. Il metodo di prova B consente flessibilità nelle temperature del campione e del collettore specificate dall'utente, nei materiali e nella geometria del test e nelle microbilance al quarzo specificate dall'utente.

Ai fini del presente standard si applicano i seguenti termini e definizioni:

• Il taglio AT si riferisce all'orientamento del cristallo di quarzo che riduce al minimo il coefficiente di temperatura (variazione di frequenza con la temperatura) su un'ampia gamma di temperature.
• Per miscela azeotropica si intende una soluzione la cui composizione non cambia con la distillazione di due o più liquidi.
• Il materiale condensabile volatile raccolto è la quantità di sostanza gassosa rimossa da un campione di prova che si condensa in un collettore mantenuto a una temperatura costante specificata per un periodo di tempo specificato e che viene misurata prima della prova e all'esterno della camera di prova.
• La calorimetria differenziale a scansione (DSC) è una tecnica in cui la differenza tra l'apporto energetico di una sostanza e quello di un materiale di riferimento viene misurata in funzione della temperatura, mentre la sostanza e il materiale di riferimento sono sottoposti a un programma di temperatura controllato.
• Una cella di effusione è un contenitore posto sotto vuoto, nel quale è possibile inserire un campione di materiale e riscaldarlo a una temperatura specifica.

L'apparato di prova descritto in questo metodo di prova è progettato per misurare i dati sulla velocità di degassamento utilizzati per sviluppare espressioni cinetiche da utilizzare nei modelli che prevedono l'evoluzione dei contaminanti molecolari e la migrazione e la deposizione di tali contaminanti sulle superfici dei veicoli spaziali. Questo metodo di prova può caratterizzare materiali contenenti specie volatili che rilasciano gas in condizioni di temperatura e vuoto. Le microbilance al quarzo utilizzate in questo metodo di prova forniscono una tecnica sensibile per misurare quantità molto piccole di massa accumulata. Oltre a fornire dati per espressioni cinetiche, i dati ridotti possono anche essere utilizzati per confrontare il comportamento di degassamento di diversi materiali ai fini della selezione dei materiali.

Questa norma prevede due metodi di prova:

• Il metodo di prova A è una procedura standard che utilizza configurazioni e temperature prescritte.
• Il metodo di prova B consente l'uso di temperature, configurazioni e rivestimenti superficiali del collettore QCM specifici del sistema del veicolo spaziale.

Le misurazioni vengono effettuate posizionando il campione di materiale in una cella di effusione in modo che il flusso di degassamento che esce dall'orifizio della cella incida su tre microbilance al quarzo disposte in modo da riprendere l'orifizio. La quarta microbilancia al quarzo è opzionale. La cella di effusione viene mantenuta a temperatura costante in una camera a vuoto spinto e presenta un piccolo foro rivolto verso le microbilance al quarzo. Le microbilance al quarzo vengono controllate in base alle temperature selezionate. Il tasso di degassamento totale viene determinato dal tasso di raccolta su una microbilancia a cristalli di quarzo crioraffreddati. Al termine della prova isotermica, le microbilance al quarzo vengono riscaldate in modo controllato per determinare le caratteristiche di evaporazione dei depositi.

La cella di effusione viene caricata nella camera di prova principale dalla camera di bloccaggio sotto vuoto e posizionata a una distanza e un'angolazione fisse rispetto alle superfici della microbilancia al quarzo. La temperatura della cella di effusione è controllata per garantire un riscaldamento continuo e uniforme del campione. La camera di bloccaggio del vuoto è un dispositivo che garantisce che il campione di prova venga inserito correttamente nell'alto vuoto della camera di prova principale. L'utilizzo della camera di bloccaggio per il carico e lo scarico dei campioni previene la perdita di vuoto nella camera principale e riduce la necessità di rilasciare il vuoto prima di ogni test.

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