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真空 ›› 2026, Vol. 63 ›› Issue (2): 40-46.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2026.02.06

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原子氧及紫外辐射效应对ETFE材料的降解作用*

田海1,2, 把得东2, 王鹢1,2, 冯展祖2, 柳青2   

  1. 1.空间环境与物质作用全国重点实验室,甘肃 兰州 730000;
    2.兰州空间技术物理研究所,甘肃 兰州 730000
  • 收稿日期:2025-05-12 出版日期:2026-03-25 发布日期:2026-03-27
  • 通讯作者: 把得东,高级工程师。
  • 作者简介:田海(1981-),男,山西大同人,硕士,高级工程师。
  • 基金资助:
    *重点实验室基金(JZJJXN20230004-07)

Degradation of ETFE Materials Induced by Atomic Oxygen and Ultraviolet Radiation Effects

TIAN Hai1,2, BA Dedong2, WANG Yi1,2, FENG Zhanzu2, LIU Qing2   

  1. 1. National Key Laboratory of Space Environment and Matter Behaviors, Lanzhou 730000, China;
    2. Lanzhou Institute of Physics, Lanzhou 730000, China
  • Received:2025-05-12 Online:2026-03-25 Published:2026-03-27

摘要: 本文通过地面模拟实验研究了乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)材料在低地球轨道原子氧与紫外辐照协同作用下的退化特性。测试并分析了ETFE在不同原子氧(等效能量5 eV)累积通量和紫外辐照量(波长范围200~400 nm)条件下的质量损失、表面形貌和元素组成变化。结果表明材料剥蚀过程存在两阶段特征:开始阶段由剥蚀导致的材料表面化学键断裂以及挥发性产物逸出引起质量快速损失;后期材料表面形成致密的富碳层,延缓了原子氧的渗透及紫外光化学反应,剥蚀速率变慢。SEM分析表明材料经原子氧及紫外作用后表面由光滑的材料结构变成具有沟壑和孔洞的粗糙材料表面,且透光性消失。XPS分析表明,导致剥蚀减缓的主要原因是脱氟氧化、碳重构,表现为氟碳比大幅度降低。本文揭示了ETFE在低地球轨道原子氧及紫外作用下的动态退化规律,为ETFE材料的寿命评估及耐受空间环境设计提供了理论支撑。

关键词: ETFE, 原子氧, 紫外辐射, 退化机理, 航天材料

Abstract: The degradation properties of ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) composites under the synergistic effects of atomic oxygen and ultraviolet radiation in low earth orbit were investigated through ground-based simulation experiments. The mass loss, surface topography and elemental composition changes of ETFE were measured and analyzed after exposure to varing cumulative fluxes of atomic oxygen (equivalent energy of 5 eV) and UV irradiation (wavelength range 200 - 400 nm). The results show that there are two stages in the process of material erosion: rapid mass loss due to chemical bond breaking and volatile products escaping at the beginning stage; A dense carbon rich layer forms on the later surface, delaying the penetration of atomic oxygen and UV photochemical reactions, and hence the rate of erosion is slowed. SEM analysis showed that the surface of the material changed from a smooth material structure to a rough material surface with gullies and holes after atomic oxygen and UV irradiation, and the light transmission disappeared. From XPS analysis, the main causes of erosion slowing were defluorination oxidation and carbon reconstruction, which showed a large reduction in the ratio of fluorine to carbon. The dynamic degradation rules of ETFE in LEO atomic oxygen and UV are revealed in this paper, which provide a theoretical basis for the lifetime assessment of ETFE materials and the design of space environment reliability.

Key words: ETFE, atomic oxygen, ultraviolet irradiation, degradation mechanism, space materials

中图分类号:  V416.5

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