Molecular characterization of polyimide film and silicone adhesive outgassing using mass spectrometry - ONERA - Office national d'études et de recherches aérospatiales Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of Spacecraft and Rockets Année : 2022

Molecular characterization of polyimide film and silicone adhesive outgassing using mass spectrometry

Caractérisation moléculaire du dégazage d'un polyimide et d'un silicone à l'aide de spectrométrie de masse

Résumé

The prediction of contaminant levels is paramount to controlling and reducing their impact on space missions. In recent years, it has become clear that a real breakthrough could only be achieved through a change of paradigm, namely, by going beyond the classical characterization of total contaminant mass and instead characterizing the various emitted chemical species individually: both quantitatively and chemically. This paper first reviews the methodology proposed to achieve this objective and then its implementation on two examples of materials (Black Kapton® and NuSil CV4-2946) on the basis of existing ASTM-E-1559 outgassing data (Garrett, J. W., Glassford, P. M., and Steakley, J. M., “ASTM-E-1559 Method for Measuring Material Outgassing/Deposition Kinetics,” Journal of the IEST, Vol. 38, No. 1, 1995, pp. 19–28) including mass spectrometry (MS) data. We show that the thermogravimetric analysis performed on the contaminant deposits (heating at 1 K/min) allows a good enough time separation of chemical species to analyze and often identify them through their mass spectra. In turn, the knowledge of the fragments constituting their spectra allows an improved analysis of the MS data collected during the initial outgassing phase. The outgassing time profiles of each of these chemical species then tells a lot about their actual outgassing physical laws. On the two studied materials, outgassing physics were found to be consistent with Fickian or non-Fickian diffusion rather than with residence time desorption. After confirming these findings with more specific and more sensitive experiments, the door will be open to greatly improve assessments of the contaminant amounts and nature in flight through realistic multispecies physical models.
La prévision des niveaux de contaminants est primordiale pour contrôler et réduire leur impact sur les missions spatiales. Ces dernières années, il est devenu clair qu'une véritable percée ne pouvait se faire que par un changement de paradigme, à savoir en dépassant la caractérisation classique de la masse totale des contaminants et en caractérisant plutôt individuellement les différentes espèces chimiques émises : quantitativement et chimiquement. Cet article passe d'abord en revue la méthodologie proposée pour atteindre cet objectif puis sa mise en œuvre sur deux exemples de matériaux (Black Kapton® et NuSil CV4-2946) sur la base des données de dégazage ASTM-E-1559 existantes (Garrett, J. W., Glassford, P. M. , et Steakley, J. M., "ASTM-E-1559 Method for Measuring Material Outgassing/Deposition Kinetics", Journal of the IEST, Vol. 38, No. 1, 1995, pp. 19–28) y compris les données de spectrométrie de masse (MS) . Nous montrons que l'analyse thermogravimétrique effectuée sur les dépôts de contaminants (chauffage à 1 K/min) permet un temps de séparation suffisamment bon des espèces chimiques pour les analyser et souvent les identifier grâce à leurs spectres de masse. A son tour, la connaissance des fragments constituant leurs spectres permet une meilleure analyse des données MS collectées lors de la phase initiale de dégazage. Les profils temporels de dégazage de chacune de ces espèces chimiques en disent long sur leurs lois physiques réelles de dégazage. Sur les deux matériaux étudiés, la physique du dégazage s'est avérée cohérente avec la diffusion fickienne ou non fickienne plutôt qu'avec la désorption par temps de séjour. Après confirmation de ces résultats par des expériences plus spécifiques et plus sensibles, la porte sera ouverte pour améliorer considérablement les évaluations des quantités et de la nature des contaminants en vol grâce à des modèles physiques multi-espèces réalistes.
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Article JSR 2022-05-A35465.R1 - Accepted version.pdf (2.31 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03941087 , version 1 (16-01-2023)

Identifiants

Citer

Jean-François Roussel, David Lansade, Ludivine Leclercq, Carlos Soares, John Alred, et al.. Molecular characterization of polyimide film and silicone adhesive outgassing using mass spectrometry. Journal of Spacecraft and Rockets, 2022, 60 (3), pp.859-872. ⟨10.2514/1.A35465⟩. ⟨hal-03941087⟩

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