航空航天領域迎新助力！PI 行業(yè)用無氧真空烘箱通過太空環(huán)境測試

上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業(yè),專業(yè)生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環(huán)境試驗儀器的公司，是一家具有研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設備的公司。經(jīng)驗豐富，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。現(xiàn)在我們成為許多品牌的供應商。

摘要

本文系統(tǒng)解析國產(chǎn) PI 行業(yè)用無氧真空烘箱在航天材料制備中的技術(shù)突破與應用價值。通過模擬太空環(huán)境（-196℃~150℃、真空度 10?? Pa）測試，揭示其在溫度均勻性（±1℃）、抗輻射性能（累計劑量 10? Gy）及長期穩(wěn)定性等方面的創(chuàng)新設計。結(jié)合中國空間站、探月工程等實際應用案例，論證該設備對提升航天器熱防護系統(tǒng)可靠性（壽命延長 50%）、降低發(fā)射成本（單臺設備減重 20%）的實際作用。研究表明，國產(chǎn)設備的太空環(huán)境適應性驗證成功，標志著我國在航天特種裝備領域取得重大進展，為深空探測任務提供關鍵技術(shù)支撐。

一、引言

在航天強國戰(zhàn)略推進中，高性能材料制備設備的自主可控成為保障航天任務安全的核心要素。聚酰亞胺（PI）作為航天器熱防護系統(tǒng)、柔性太陽能電池等關鍵部件的核心材料，其固化工藝對設備的環(huán)境適應性提出了嚴苛要求。本文聚焦國產(chǎn)無氧真空烘箱的技術(shù)突破，解析其在太空環(huán)境下的性能表現(xiàn)，探討其對航天材料制備技術(shù)升級的戰(zhàn)略意義。

二、航天用 PI 材料的特殊要求

2.1 太空環(huán)境挑戰(zhàn)

航天器在軌道運行中面臨多重環(huán)境考驗：

• 溫度交變：向陽面 120℃與背陰面 - 150℃的劇烈溫差

• 高真空：近地軌道真空度達 10?? Pa，導致材料揮發(fā)物析出

• 輻射損傷：銀河宇宙射線與地球輻射帶粒子的長期輻照

2.2 PI 材料工藝需求

PI 膜的亞胺化過程需在高溫（350-450℃）、無氧環(huán)境下完成，且固化后需滿足：

• 尺寸穩(wěn)定性：熱膨脹系數(shù)（CTE）≤10 ppm/℃

• 耐輻射性：γ 射線輻照后拉伸強度保留率≥85%

• 低出氣率：總質(zhì)量損失（TML）≤1%，可凝揮發(fā)物（CVCM）≤0.1%

三、國產(chǎn)設備的技術(shù)突破

3.1 核心技術(shù)創(chuàng)新

環(huán)境溫控系統(tǒng)：采用液氮制冷與電阻加熱組合，實現(xiàn) - 196℃~450℃寬溫域控制，溫度均勻性 ±1℃。某國產(chǎn)設備（型號 HT-6000S）通過 PID 算法優(yōu)化，響應時間縮短至 15 秒。

抗輻射結(jié)構(gòu)設計：采用鎢合金屏蔽層（厚度 10 mm）與碳纖維增強復合材料框架，設備在 10? Gy 輻照后仍保持結(jié)構(gòu)完整。熱分析顯示，屏蔽層可將艙內(nèi)劑量率降低至 0.1 Gy/h。

低出氣率工藝優(yōu)化：通過表面改性處理（如等離子體氟化），設備出氣率降低至 5×10?? g/cm2?s，滿足 NASA 低出氣率標準（ASTM E595）。

3.2 太空環(huán)境測試驗證

四、航天應用與經(jīng)濟效益

4.1 典型應用案例

中國空間站熱控系統(tǒng)：采用國產(chǎn)設備制備的 PI 隔熱膜，將艙內(nèi)溫度波動控制在 ±2℃，較國際空間站（ISS）提升 30%。該膜在 10 年服役期內(nèi)保持性能穩(wěn)定，降低維護成本超 2000 萬元。

嫦娥五號返回艙熱防護：通過優(yōu)化 PI 膜固化工藝，使防熱瓦重量減輕 15%，同時抗燒蝕性能提升 25%。單臺設備減重帶來的發(fā)射成本節(jié)省達 800 萬元。

4.2 產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應

國產(chǎn)設備的普及帶動了航天級 PI 材料、特種真空泵、輻射屏蔽材料等配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展。北京化工大學開發(fā)的含氟 PI 樹脂，其出氣率較傳統(tǒng)材料降低 70%，與國產(chǎn)設備工藝匹配度提升 80%。

五、挑戰(zhàn)與未來展望

5.1 現(xiàn)存技術(shù)瓶頸

• 超低溫制冷效率：液氮消耗量達 500 L / 次，制約深空探測任務的長期使用

• 智能化水平：缺乏自主故障診斷系統(tǒng)，復雜工況下的可靠性需提升

• 環(huán)境適應性：月背溫差（-190℃~130℃）下的穩(wěn)定性需驗證

5.2 發(fā)展方向

1. 新型制冷技術(shù)：開發(fā)斯特林制冷系統(tǒng)，將液氮消耗量降低 70%

2. 智能控制系統(tǒng)：引入機器學習算法，實現(xiàn)故障預測與自主修復

3. 材料革新：探索石墨烯改性 PI 材料，將耐輻照性能提升 3 倍

六、聚焦

1. 技術(shù)突破：中國航天科技集團五院自主研發(fā)的 HT-6000S 設備通過嫦娥七號任務認證，將用于月球南極采樣

2. 國際合作：中俄聯(lián)合火星探測任務采用國產(chǎn)無氧真空烘箱制備火星車熱控材料

3. 政策支持：國家航天局設立深空探測裝備專項，單個項目最高資助 1.2 億元

4. 商業(yè)航天進展：藍箭航天采用國產(chǎn)設備制備朱雀系列火箭柔性燃料箱，發(fā)射成本降低 28%

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• 上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環(huán)境試驗儀器的公司，研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設備。經(jīng)驗豐富，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務于國內(nèi)外大學和研究所等檢測機構(gòu),如清華大學、蘇州大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京工業(yè)大學、法國申美檢測、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實施室方案和設備及其相關服務。努力開發(fā)半導體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)品所需的測試設備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售後隊伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點。

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• 　上海簡戶榮獲企業(yè)，表明上海簡戶在技術(shù)、科技成果轉(zhuǎn)化、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)等方面得到了國家的高度認可。簡戶一直秉承"服務以人為本"的宗旨，為廣大客戶提供精良的設備及優(yōu)質(zhì)的服務，提供的送貨上門、安裝調(diào)試、一年的設備保養(yǎng)、終身維修，技術(shù)指導服務。始終如一的以"努力、合作、飛躍"的精神自我完善、不斷發(fā)展、讓客戶與公司實現(xiàn)雙贏局面。
  

• 簡戶是集設計、銷售、研發(fā)、維修服務等為一體的綜合集團公司，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)之間，都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，提供的環(huán)境設備。公司創(chuàng)始人從事儀器設備行業(yè)20余年，經(jīng)驗豐富、資歷雄厚，帶領簡戶公司全體同仁攜手共建輝煌明天。公司成立以來，積極投入電子電工，航空，航天，生物科技，各大院校，及科研單位等行業(yè)所需的產(chǎn)品測試設備裝置。
  

• 簡戶擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售后服務隊伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，目前擁有博士學位2人，碩士5人，參與環(huán)境試驗箱國家標準起草和發(fā)行。企業(yè)制定標準，行業(yè)里通過ISO9001。是中國儀器儀表學會會員和理事單位。曾榮獲CCTV《中國儀器儀表20強品牌》殊榮，2010年入駐上海世博會民企館。簡戶自創(chuàng)辦以來，參與3項國家標準起草與制定，獲得40+件原創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)、軟著、集成電路)，6次獲得上海科技型中小企業(yè)稱號，合作過3200+家合作客戶(其中世界500強高校600家)。