ارزيابي خواص نوري رنگ‌هاي كنترل گرمايي سفيد پايه سيليكاتي به كار رفته در ماهواره با استفاده از روش تاگوچي

Evaluation of Optical Properties of Silicate White Thermal Control Paints Employed in Spacecraft by Taguchi Method

رنگ‌هاي كنترل گرمايي، پوشش‌هايي با خواص نوري و گرمايي ويژه هستند كه بر سطوح خارجي سامانه‌هاي فضايي به منظور كنترل ورود و خروج گرما اعمال مي‌شوند. در تحقيق حاضر، به منظور تعيين تاثير عوامل مختلف بر خواص رنگ‌هاي كنترل گرمايي؛ با استفاده از رنگ‌دانه‌هاي اكسيد روي، دي‌اكسيد تيتانيم و رنگ‌دانه توليد شده و رزين سيليكات پتاسيم با دو تركيب مختلف، پوشش‌هايي تهيه شده و بر روي زيرآيند‌هاي آلومينيومي اعمال شدند. زيرآيند‌ها در دو حالت سنباده زده و آندايزشده و پوشش‌ها در سه نسبت مختلف رنگ‌دانه به رزين تهيه شدند. جهت انجام و طراحي آزمايش‌ها از روش تاگوچي با تعداد نه آزمون استفاده شد. نتايج اندازه‌گيري جذب خورشيدي و نشر گرمايي پوشش‌هاي تهيه شده نشان داد كه نوع رنگ‌دانه بالاترين تاثير را بر خواص اين رنگ‌ها دارد. به گونه‌اي كه با انتخاب رنگ‌دانه مناسب، مي‌توان خواص مورد نياز يك رنگ كنترل گرمايي را به دست آورد. نوع آماده‌سازي زيرآيند نيز داراي تاثير قابل ملاحظه‌اي است. رنگ‌دانه اكسيد روي از بازتاب بالاتري نسبت به دو رنگ‌دانه ديگر برخوردار بوده و زيرآيند آندايزشده نيز داراي جذب خورشيدي پايين‌تر است. تركيب رزين، هيچ تاثيري بر خواص نداشته و تاثير نسبت رنگ‌دانه به رزين نيز بسيار اندك است. بررسي ريخت‌شناسي نمونه‌ها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني نشان داد كه هر سه نوع رنگ‌دانه داراي ريخت‌شناسي مشابه بوده و به خوبي در رزين پراكنده شده‌اند. نمونه حاوي رنگ‌‌دانه اكسيد روي و رزين با درصد جامد 44.25 درصد و نسبتSiO2/K2O برابر با 1.925 و نسبت رنگ‌دانه به رزين 4:1، كه بر روي زيرآيند آندايزشده اعمال شده بود، به عنوان نمونه بهينه معرفي شد.

Thermal control paints are coatings with special thermo-optical properties that carried out on the outer surface of spacecraft to control the input and output heat. In the present study, to evaluate the effects of different factors on these coatings, ZnO, TiO2 and synthesized pigments and two different compositions of potassium silicate binder with three pigment to binder ratios were used to produce different coatings. The fabricated coatings were applied on the grounded and anodized Al substrates. The design of experiment was performed by Taguchi method including nine experiments. The results of solar absorption and thermal emission indicated that the pigment type was the most important processing parameter and the type of substrate preparation had also a significant effect. In fact, the ZnO pigment had the higher thermal emission and the anodized substrate had the lower solar absorption. The binder composition and pigment to binder ratio had no significant effects on thermo-optical properties. The morphological analyses were carried out by FE-SEM, indicated that all pigments had the similar morphologies and suitable distribution in applied coatings. It can be concluded from the obtained results that the sample consisted of ZnO pigment, the resin with 44.25 solid percentage and SiO2/K2O equal to 1.925, pigment to resin ratio of 4:1 and anodized substrate, can be considered as a optimum specimen