通過理論分析與試驗研究，從薄膜材料、樣品加工、拉伸試驗及模擬試驗四個角度，對空間環境下薄膜材料力學性能退化試驗的誤差來源及影響進行了研究，并得出以下結論：通過選用邊緣光滑無毛刺的樣品、拉伸方向為分子主鏈延伸方向的垂直方向、采用中間斷裂樣品的拉伸數據、控制薄膜拉伸方向與長度方向或薄膜平面方向的夾角小于8° 以及控制試驗參數等措施可以有效降低薄膜材料的力學性能拉伸誤差。其中，當薄膜拉伸方向與長度方向或薄膜平面方向的夾角小于8° 時，抗拉強度的誤差小于1%，橫向剪切力/拉力的比值為薄膜拉伸方向與長度方向的夾角的正切函數。

　　引言

　　在有限的運載能力條件下，充分提高航天器的效能，是航天器研制工作的一個重要發展方向。輕型展開結構具有成本低廉、存儲體積小、重量輕、可靠性高等優點，能夠實現傳統結構很難達到的性能，從而成為空間研究和開發的熱點。

　　航天器展開結構主要應用在大型天線、遮光罩、大型太陽能電池帆板、太陽帆等大型航天器上，薄膜材料是該結構的重要組成部分。同時，薄膜材料也是航天器熱控系統-外露熱控涂層的主要基體材料。然而，由于長期直接暴露在航天器表面，薄膜材料受到空間環境綜合作用的威脅，其力學性能可能會發生退化甚至失效。哈勃太空望遠鏡的表面熱控薄膜出現了破裂，并由宇航員出艙修復。因此，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為有必要加強航天器薄膜材料的力學性能評價研究。

　　與國外相比，國內的研究剛剛開展，尚缺乏對其性能退化及機理的系統研究。文章對目前航天器上廣泛采用的聚酰亞胺(PI)薄膜，以質子輻照地面模擬試驗研究為對象，從材料自身性能、樣品加工、力學性能測試，以及試驗參數控制等角度，研究誤差可能對力學性能評價試驗帶來的影響，并給出控制措施。

1、誤差來源

　　在航天器用薄膜材料空間環境力學性能退化研究過程中，由于薄膜材料自身性質、試驗參數等原因，可對其宏觀性能分析帶來影響。造成航天薄膜材料力學性能評價的誤差來源主要有：(1)薄膜材料樣品加工質量;(2)薄膜本身微觀結構;(3)空間環境試驗參數;(4)拉伸測試參數。

2、誤差分析

　　針對航天薄膜材料力學性能評價中可能引入誤差的來源，分析如下：

　　(1)薄膜材料樣品加工質量

　　國標GB13022-91《塑料、薄膜拉伸性能試驗方法》對薄膜材料的力學性能拉伸樣品制備進行了規定，但薄膜材料試驗樣品在加工過程中，可能存在切割邊緣的毛刺、微裂口等，會引起拉伸過程中從有毛刺的地方斷裂，從而導致拉伸出現巨大的誤差。

　　(2)薄膜本身微觀結構

　　在生產聚合物薄膜時，宏觀上由于薄膜軋制方向不同，微觀上聚合物的分子鏈排列和延伸的方向也不同。這可能會導致薄膜在不同方向上物理和化學性質不同。以美國杜邦公司為代表的高端制造企業采用雙向拉伸工藝，但薄膜在經緯向均一性仍存在一定差異，從而可對其力學性能帶來方向性影響。

　　(3)空間環境試驗參數

　　薄膜材料空間環境效應試驗參數的選取對其力學性能有著較大影響，一方面，在空間環境效應地面模擬試驗過程中，若采用過高的加速倍率，可能會對薄膜材料的力學性能拉伸帶來較大的影響[9];另一方面，溫度的選擇可對試驗結果帶來較大的差異，這主要是由于溫度可造成薄膜材料分子結構或鍵能發生一些變化。

　　(4)拉伸測試參數

　　薄膜材料在拉伸試驗過程中，拉伸速率可能對薄膜的力學性能測試結果帶來影響。同時，如果拉伸試驗裝置上下夾具不在一個平面上，或者樣品拉伸方向有一定的傾斜角度等，也會對力學性能的拉伸帶來誤差。

4、結論

　　通過以上分析可知，航天薄膜材料樣品加工質量、薄膜本身微觀結構、空間環境試驗參數、拉伸測試參數等可對其力學性能評價帶來影響，為此，可采取以下措施：

　　(1)采用光學照明放大鏡或其他手段，檢測并剔除邊緣有毛刺等微觀缺陷的樣品;

　　(2)為了消除薄膜的各向異性對力學性能的影響，薄膜樣品沿相同的方向進行拉伸，建議拉伸方向為分子主鏈延伸方向的垂直方向;

　　(3)應該采用拉伸試驗后中間斷裂的薄膜樣品的拉伸數值;

　　(4)應將薄膜拉伸方向與長度方向之間的傾角控制在8°以內，此時，力學性能誤差小于1%;

　　(5)當薄膜拉伸方向與薄膜平面方向存在夾角時，也應將薄膜拉伸方向與長度方向的夾角控制在8°以內，此時，抗拉強度誤差也是小于1%。剪切力/拉力的比值隨傾角的增大而增大，當傾角為6°時，其比值約為0.1;

　　(6)根據航天器在軌環境及理論分析，選取合適的地面模擬試驗參數如加速倍率、試驗溫度等，并進一步開展試驗參數對薄膜材料力學性能退化的影響研究。