本發(fā)明屬于航空航天材料領(lǐng)域，具體涉及一種納米改性的高空浮空器的囊體材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

高空浮空器是一種含推進(jìn)裝置、可控制飛行、依靠靜升力駐空工作的新型近空間多功能飛行平臺(tái)，工作高度海拔約20Km。浮空器的飛行特點(diǎn)決定了其在軍事偵察、空間預(yù)警、通信中繼和空間探測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因而廣受各國(guó)科學(xué)工作者青睞。然而浮空器的高空工作環(huán)境十分嚴(yán)酷：溫度低、晝夜溫差大；大氣密度低；紫外線輻射、臭氧作用強(qiáng)烈。在此種環(huán)境下工作，首先要求蒙皮材料具有極低的面密度，過(guò)高的材料面密度使浮空器的靜升力極大的喪失，難以升到平流層高度；為了抵抗強(qiáng)紫外線輻射和臭氧氧化，要求蒙皮材料具有良好的耐候性；浮空器內(nèi)部溫度不斷變化，造成蒙皮內(nèi)外壓差增大，對(duì)長(zhǎng)航時(shí)浮空器而言，克服溫度變化引起的壓差尤為重要；浮空器多采用氦氣作為浮升氣體，長(zhǎng)期駐空的工作特性要求蒙皮材料必須具有極佳的阻氦氣滲漏性；由于浮空器在其服役過(guò)程中蒙皮內(nèi)外存在壓差因此蒙皮材料必須具有足夠的力學(xué)性能；同時(shí)為保持浮空器外形還需要蒙皮材料具備優(yōu)良的抗蠕變性能、縫合工藝性及易于修補(bǔ)的特性。高空浮空器的蒙皮材料為了滿足上述綜合性能要求，通常采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，已經(jīng)披露的主要為由耐候?qū)?、承力層、阻隔層和焊接層依次膠接復(fù)合的多層結(jié)構(gòu)。

發(fā)明專利申請(qǐng)公布號(hào)CN103692737公開(kāi)了一種高空浮空器的蒙皮材料及其制備方法。蒙皮材料是一種由耐侯層、雙層單面鍍鋁高阻隔膜、承力層、焊接層膠結(jié)復(fù)合而成的高阻隔、高強(qiáng)度、低面密度材料。所述高空浮空器蒙皮材料的耐侯層具有高耐候性；雙層單面鍍鋁高阻隔膜實(shí)現(xiàn)材料的高阻隔性和對(duì)太陽(yáng)光譜低的吸收發(fā)射比，有效地阻擋可見(jiàn)光對(duì)蒙皮材料的破壞作用；芳族聚酯纖維織物層作為承力層，復(fù)合后實(shí)現(xiàn)蒙皮材料好的力學(xué)性能；通過(guò)焊接層的高頻焊接功能實(shí)現(xiàn)浮空器的加工成型。該發(fā)明的缺點(diǎn)是綜合性能需進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種納米改性的高空浮空器的囊體材料，包括阻隔耐候膜層、納米改性膠液層、力學(xué)結(jié)構(gòu)層和納米改性焊接膠液層，力學(xué)結(jié)構(gòu)層的一面通過(guò)納米改性膠液層與阻隔耐候膜層相連接，力學(xué)結(jié)構(gòu)層的另一面與納米改性焊接膠液層相連接，力學(xué)結(jié)構(gòu)層為PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布，納米改性焊接膠液層為加入納米材料的聚氨酯熱熔膠。

所述阻隔耐候膜層為經(jīng)過(guò)PVDF涂層處理的單層雙面鍍鋁TPU膜，厚度為10～20μm。

所述納米改性膠液層為加入納米材料的聚氨酯膠液，納米材料的添加量為0.5％-1％。

所述PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布的橫根數(shù)與縱根數(shù)相等，各為10-15根/cm。

阻隔耐候?qū)油ㄟ^(guò)干法覆膜工藝敷合到PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布，納米改性膠液層通過(guò)輥涂的方式轉(zhuǎn)移到PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布上。

所述納米改性焊接膠液層厚度為10-20μm。

本發(fā)明所述囊體材料的制備方法包括以下步驟：

步驟一：通過(guò)覆膜機(jī)對(duì)單層雙面鍍鋁TPU膜進(jìn)行膠接復(fù)合，經(jīng)電暈后，均勻涂布納米改性的聚氨酯膠液后，與經(jīng)電暈后的PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布貼合，復(fù)合完畢后，收卷，在80℃～100℃溫度下熟化24小時(shí)，得到熟化完全的復(fù)合布；

步驟二：將步驟一得到的復(fù)合布表面刮涂加入納米材料的聚氨酯熱熔膠，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)烘道烘干之后貼合離型膜，并收卷熟化，得到所述囊體材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：實(shí)現(xiàn)了所述囊體材料強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、氦氣滲透率低和耐候性好、囊體白天飛行時(shí)對(duì)太陽(yáng)光能的吸收小等綜合性能，制備方法易于操作和控制。具體而言，本發(fā)明的主要優(yōu)越效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、本發(fā)明所述阻隔耐候?qū)硬捎媒?jīng)過(guò)PVDF涂層處理單層雙面鍍鋁TPU膜，與常用的雙層鍍鋁聚酯膜相比，阻隔性好，且鍍鋁層不易轉(zhuǎn)移，具有優(yōu)良的反射太陽(yáng)光的性能及優(yōu)良的耐候性，較雙層膜降低了工藝的難度，提高了加工的效率，利于批量化生產(chǎn)。

2、本發(fā)明所述納米材料進(jìn)行改性的聚氨酯膠液來(lái)粘接阻隔耐候?qū)雍土W(xué)結(jié)構(gòu)層，具有優(yōu)質(zhì)的粘接性能和耐揉搓性上膠量小，約5-10g/m²。

3、本發(fā)明所述力學(xué)結(jié)構(gòu)層選用PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布，較以往的vectran纖維具有密度低，強(qiáng)度高，所得織物面密度僅為45～55g/m²，強(qiáng)度并沒(méi)有任何削弱，達(dá)到了質(zhì)輕高強(qiáng)的要求。

4、本發(fā)明所述焊接膠液層采用了經(jīng)過(guò)納米材料改性的聚氨酯熱熔膠，具有優(yōu)良的阻隔太陽(yáng)光的功效，且熱熔焊接效果好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述囊體材料的結(jié)構(gòu)形式示意圖；

圖2為本發(fā)明所述囊體材料的制備工藝流程圖。

圖中所示：1-阻隔耐候?qū)樱?-納米改性膠液層，3-力學(xué)結(jié)構(gòu)層，4-納米改性焊接膠液層。

具體實(shí)施方式

為了更直觀的了解所述囊體材料的結(jié)構(gòu)，下面結(jié)合附圖進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明所述囊體材料包括阻隔耐候膜層1、納米改性膠液層2、力學(xué)結(jié)構(gòu)層3和納米改性焊接膠液層4，力學(xué)結(jié)構(gòu)層3為PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布，力學(xué)結(jié)構(gòu)層3的一面通過(guò)納米改性膠液層2與阻隔耐候膜層1相連接，力學(xué)結(jié)構(gòu)層3的另一面與納米改性焊接膠液層4相連接，納米改性焊接膠液層4為加入納米材料的聚氨酯熱熔膠。

所述阻隔耐候膜層1為經(jīng)過(guò)表面處理的單層雙面鍍鋁TPU膜，厚度為10～20μm。

所述納米改性膠液層2為加入納米材料的聚氨酯膠液，納米材料的添加量為0.5％-1％。

所述PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布的橫根數(shù)與縱根數(shù)相等，各為10-15根/cm。

阻隔耐候?qū)?通過(guò)干法覆膜工藝敷合到PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布，納米改性膠液層2通過(guò)輥涂的方式轉(zhuǎn)移到PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布上。

所述納米改性焊接膠液4層厚度為10-20μm。

實(shí)施例2

如圖2所示，本發(fā)明所述囊體材料的制備方法包括以下步驟：

步驟一：通過(guò)覆膜機(jī)對(duì)單層雙面鍍鋁TPU膜進(jìn)行膠接復(fù)合，經(jīng)電暈后，均勻涂布納米改性的聚氨酯膠液后，與經(jīng)電暈后的PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布貼合，復(fù)合完畢后，收卷，在80℃～100℃溫度下熟化一天，得到熟化完全的復(fù)合布；

步驟二：將步驟一得到的復(fù)合布表面刮涂加入納米材料的聚氨酯熱熔膠，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)烘道烘干之后貼合離型膜，并收卷熟化，得到所述囊體材料。

本實(shí)施方式中采用TPU雙面鍍鋁膜與PBO高強(qiáng)纖維平紋編織布進(jìn)行復(fù)合，并使用經(jīng)過(guò)納米改性的聚氨酯雙組份的膠黏劑，提高所述囊體材料的耐揉搓性能，TPU表面鍍鋁反射太陽(yáng)光能力強(qiáng)，且TPU本身的耐候性就非常優(yōu)藝，以實(shí)現(xiàn)浮空器在高空高紫外線輻射和臭氧腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)期駐空，降低了工藝的復(fù)雜性，力學(xué)性能與阻氦氣滲漏性能不下降。添加的納米材料能夠阻止太陽(yáng)光的吸收和能量的攝入，減小了由于溫差引起的壓差，提高了材料的安全系數(shù)。

本實(shí)施方式中使用PBO高強(qiáng)纖維平紋織物作為所述囊體材料的力學(xué)結(jié)構(gòu)層，能達(dá)到材料的輕質(zhì)高強(qiáng)的目的。

應(yīng)用例

所述囊體材料具體的性能評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)如下：

1、具體實(shí)施后所述囊體材料，依據(jù)ASTM D1434標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試阻氦氣滲漏性實(shí)驗(yàn)得出結(jié)果分別是：60.34ml/(m²·24h·0.1MPa)、69.41ml/(m²·24h·0.1MPa)、89.11ml/(m²·24h·0.1MPa)。

2、具體實(shí)施后所述囊體材料，面密度測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：

囊體材料總計(jì)克重為80～100g/㎡。

3、具體實(shí)施后所述囊體材料，與自制熱合帶采用熱焊接技術(shù)焊接，測(cè)得剝離強(qiáng)度達(dá)到80-110N/80mm。

4、具體實(shí)施后所述囊體材料的抗拉強(qiáng)度測(cè)試依據(jù)GB/T 3820-1997，經(jīng)拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，囊體材料的經(jīng)向抗拉強(qiáng)度為650N/cm，緯向抗拉強(qiáng)度為679N/cm。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。