在高真空下暴露的液态光聚合树脂筛选

用液体胶水构建太空硬件

许多未来的太空任务设想直接在轨道上建造大型天线、撑杆和太阳帆，而不是将它们完整组装后从地球发射。一个有前景的方法是通过喷嘴挤出称为光聚合物的特殊液体胶，并用光将其固化以形成坚固结构。但在近乎完美的太空真空中，液体可能会沸腾或以意想不到的方式改变行为。本研究提出了一个务实的问题：哪些现成的光聚合树脂能在类似太空的恶劣真空条件下存活并仍然作为可靠的构建材料？

为什么太空真空对黏性液体特别苛刻

在轨道上的航天器工厂中，这些树脂会在极低压力下以液态加工——远低于地球上任何工业真空。在这种条件下，树脂中小而易挥发的分子会逃逸。成分的流失会使液体变稠，减慢或削弱光驱动的固化过程，并降低固化后材料的最终刚度。逸散的蒸气还可能在相机或太阳能电池板等敏感表面凝结，形成污染问题。因此，航天机构要求使用“低逸散”材料，这类材料在真空中几乎不失重或不释放可凝结蒸气。

将四种候选树脂置于类太空试验中

研究人员挑选了四种商用的紫外可固化树脂，这些树脂已用于工业粘接剂或涂层。其中包括来自Delo的两种高性能环氧树脂、一种来自Polymer‑G的纤维增强环氧，以及来自Loctite的一种丙烯酸化聚氨酯。首先，团队测量了每种树脂“原样”在液态和固化态下的行为。然后将液态树脂在室温下暴露于高真空24小时，模拟它们在轨道加工时可能面临的极端但可控条件。处理后，研究团队重新测试了粘度（液体的稀稠程度）、在紫外或热作用下的固化效率、固体随温度的刚度变化以及材料的挥发损失量。

除去空气后发生了什么变化

正如预期的那样，四种树脂在高真空下都变得更稠，因为最小的分子从混合物中蒸发出去。三种树脂的粘度适度增加——约4%到34%不等——而一种Loctite树脂则从稀液转变为无法用相同仪器测量的胶状物。光固化行为也发生了变化：一种Delo树脂在真空暴露后需要数倍的紫外能量才能达到相同的固化深度，表明关键的光敏成分部分逸散。相比之下，Polymer‑G树脂和一种Delo配方在真空前后几乎保持相同的固化行为，这暗示其配方更为稳健。

最终固体的强度与洁净度如何

固化后，研究者像测试微型梁一样对树脂进行弯曲并在加热时轻微加载。所有材料在加热过程中都显示出一定程度的“后固化”，意味着其内部网络继续交联并变得更硬。经真空暴露后，若干树脂在某些温度下的刚度下降了约三分之一，可能是因为蒸气逸散形成了微小空洞或气泡。然而，三种树脂的基本相变温度——即显著软化的温度——变化不大，表明其基础化学性质大体保持完好。逸散测试则给出更混合的结果：所有液体在热真空下损失了超过1%的质量，但两种固化后的Delo树脂仍低于空间污染的标准限值，而另外两种固化体系则未能满足这些限值。

为太空建造挑选最有前途的胶

从制造者的角度看，结论是谨慎乐观。研究发现两种材料——Delo Katiobond GE680 和 Polymer‑G EPV9511——作为在轨制造的实用候选者尤为突出，前提是工程师在打印或粘接前通过仔细预除气和限制真空暴露时间来去除困 trapped 空气与易挥发成分。两种树脂在经过激进的24小时真空处理后仍可固化，且固化态的刚度虽略有下降，但仍足以用于结构用途。其余两种树脂则因质量损失过大、严重增稠或在高温下刚度不可靠，而不适合在轨构建硬件。总体而言，这项工作为筛选用于太空工厂的液态光聚合物提供了首个系统性路线图，使在真空太空中“3D打印”大型结构的构想更进一步接近现实。

引用: Kringer, M., Pimpi, J., Sinn, T. et al. Screening of liquid photopolymer resins exposed to high-vacuum. npj Adv. Manuf. 3, 5 (2026). https://doi.org/10.1038/s44334-025-00066-5

关键词: 在轨制造, 光聚合树脂, 高真空, 逸散气体, 空间结构