探空火箭聚酰亚胺隔热薄膜｜GB/T 2423.21｜高海拔低气压试验箱

一、试验目的

探空火箭用聚酰亚胺隔热薄膜是箭体热防护、舱内隔热的关键柔性材料，火箭上升过程会快速进入高空低气压环境，气压急剧下降，薄膜内部残留溶剂、微小气泡会膨胀，引发薄膜鼓包、形变、厚度变化，甚至局部撕裂，破坏隔热层结构，降低隔热性能。本试验依据 GB/T 2423.21 低气压试验方法，使用高海拔低气压试验箱模拟探空火箭飞行过程中的高空低压环境，考核聚酰亚胺隔热薄膜在低气压下的尺寸变化、鼓泡、分层、力学性能变化，评估薄膜在高空低压环境下的结构稳定性，验证薄膜除气工艺、复合粘接层的可靠性，为探空火箭热防护薄膜选材、成型工艺、封装结构设计提供试验数据支撑，提前识别低压释气带来的结构失效风险。

二、引用标准

GB/T 2423.21-2025 环境试验 试验 M：低气压GJB 150.6 J用装备实验室环境试验方法 低气压试验GB/T 13542.2 航天用聚酰亚胺薄膜规范

三、试验设备

高海拔低气压试验箱、激光测厚仪、高清高速相机、拉力试验机、真空规、温湿度记录仪设备参数：气压范围 10kPa～常压，可控制降压速率，配套观察窗，可实时观测样品形变。

四、试样信息

试样为探空火箭同款聚酰亚胺复合隔热薄膜，薄膜包含 PI 基材 + 无机隔热填料复合层；样品 12 条，尺寸统一 200mm×100mm；分为两组：A 组：常规除气工艺薄膜B 组：加长真空烘烤除气工艺薄膜样品前置检测：厚度、长宽尺寸、拉伸强度、断裂伸长率，记录初始基线，外观无针孔、褶皱、分层。

五、试验前准备

1. 低气压箱空载校验，确认真空系统、压力传感器、泄压阀正常，泄压速率可控，防止泄压冲击撕裂薄膜；

2. 样品工装：采用悬空夹持工装，薄膜四边固定，保持薄膜平整无预拉伸，样品和箱壁不接触，预留形变空间；

3. 标记测量基准点，使用激光测距标记薄膜四个角点、中心位置；

4. 试验室环境：23±5℃，湿度 40%～60% RH；

5. 检查观察窗清洁，调试相机机位，保证全程清晰拍摄薄膜表面状态。

六、试验步骤

1. 样品装入箱内，关闭箱门，先常压静置 30min；

2. 按照火箭上升速率设置降压曲线：从常压匀速降压至 5kPa（对应高空约 20km），降压速率参考真实探空火箭爬升速度；到达目标低压后保温保压，持续驻留 120min；

3. 驻留阶段，相机持续记录薄膜表面，观察鼓泡、凸起、分层；每 30min 记录基准点尺寸、薄膜厚度；

4. 保压结束，缓慢匀速回升至常压，避免快速回压冲击；样品取出后在标准大气条件下恢复 2h；

5. 复测薄膜长宽尺寸、厚度、拉伸强度、断裂伸长率，对比试验前后数据；

6. 统计两组样品鼓泡、分层、形变情况，对比两种除气工艺效果。

七、监控项目

1. 腔体压力、降压 / 升压速率、保压时长；

2. 实时视频观测：薄膜鼓泡、气泡析出、分层、局部褶皱；

3. 驻留期间：基准点尺寸、薄膜厚度变化；

4. 恢复后：变形量、拉伸强度、断裂伸长率；

5. 失效模式：弹性鼓泡（恢复后消失）、鼓包、层间剥离、微裂纹。

八、判定准则

1. 合格：低压驻留仅出现弹性鼓泡，恢复常压后形变全消失，无鼓包、分层，力学性能衰减≤5%；

2. 不合格：出现鼓泡、层间脱开、薄膜撕裂，拉伸强度明显下降；

3. 结论区分：鼓泡主要来自薄膜内部残留挥发物释气，加长真空除气可有效改善。

九、试验后处理

试验结束后，充分通入干燥空气回压，清洁腔体；失效样品单独封存拍照；试验完成后真空系统空载运行，排除箱内挥发物，避免污染下次试样。薄膜夹持全程避免硬物划伤，防止引入初始微裂纹干扰试验结果。

十、记录与报告

报告包含压力 - 时间曲线、形变视频截图、尺寸与力学数据对比表，明确该聚酰亚胺薄膜在目标高空低压工况下的耐受能力，给出薄膜出厂真空除气工艺参数建议。