一种平流层飞艇用空气囊材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种航空航天材料，特别涉及一种平流层飞艇用空气囊材料。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的进步，平流层飞艇是一种不断发展起来的新型临近空间多功能飞 行平台，具有高空侦察、对地观测、通信中继、空间探测等诸多领域的应用优势，成为世界各 国广泛研宄的热点。飞艇空气囊起到调节飞行高度艇体平衡的作用，应具有极高的阻隔浮 升气体渗透、柔韧抗弯、耐磨性好、轻质、强度适中。单一材料无法高质量的完成空气囊材料 的多项性能指标，尤其是空气囊材料的防静电性能，直接影响飞艇的使用安全性及使用寿 命。这就要求现代的气囊材料采用多层复合结构。
[0003] 现有的空气囊材料一般包括支撑层、粘结层、阻氦层，用超薄型聚酯或尼龙纤维薄 纱（Mylar)，双面涂层聚乙烯。在组装过程和使用过程中，由于空气囊存在于蒙皮材料内部， 上升、下降过程中存在空气囊与主气囊之间的摩擦。这种摩擦会产生静电，若浮升气体为氢 气、氨气等易燃易爆气体，静电的存在会引起严重的静电伤害，甚至发生爆炸。因此，这种空 气囊材料不具备防静电性能，会为平流层飞艇的使用留下安全隐患。
[0004] 解决目前空气囊材料的防静电性问题，是保证平流层飞艇安全使用的关键。目前， 飞艇的防静电性主要由支撑层和阻隔层共同决定的。外环境的频繁摩擦引起表面静电，导 致气囊材料的使用留下安全隐患。但是，增加防静电层势必会增加空气囊材料的面密度，影 响飞艇的荷载。
[0005] -般的，在飞艇囊体材料中增加涂层是非常慎重的，这是由于囊体材料的面密度 和荷载能力是考量囊体材料的关键技术指标之一。任何层的增加势必要增加囊体材料的面 密度降低荷载能力，降低性价比。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术中存在的问题、提供一种具有防静电功能的平流层 飞艇用空气囊材料，这种材料具有防静电性能优异、加工性能好、使用寿命长和使用安全性 的特点。
[0007] 本发明所述问题是以下述技术方案解决的。
[0008] 一种平流层飞艇用空气囊材料，依次包括防静电层、阻气层、粘结层、支撑层和防 静电层，所述防静电层的厚度为0. 4-2. 3 μL?，另一防静电层的厚度为0. 05-0. 8 μL? ;所述阻 气层为高阻隔薄膜，空气囊材料的氦气透过率0. 05-0. lL/m2. 24h. atm ;空气囊材料的表面 电阻为：IO5-IO12 Ω / 口。
[0009] 上述空气囊材料，所述防静电层，防静电层由防静电涂布液，经热固化得到，所述 涂布液的组成及质量份数为： 聚噻吩导电聚合物溶液：5-25份； 单元或多元醇溶剂：70-95份； 成膜树脂：〇. 1_1. 4份； 偶联剂：〇. 1-0. 6份； 高沸点溶剂：〇. 5-2份； 表面活性剂：〇. 1-2份。
[0010] 上述空气囊材料，所述阻气层基材厚度为9-12微米的PET薄膜、PI薄膜或PEN薄 膜的高阻隔膜。
[0011] 上述空气囊材料，所述支撑层为15_35g/m2的Kevlar纤维、Vectran纤维、高强聚 乙烯PE纤维。
[0012] 一种制备如上所述平流层飞艇用空气囊材料的方法，包括如下步骤： 步骤一、在支撑层的一面涂布防静电层，在100-140°C固化2-4分钟； 步骤二、阻气层的一面涂布粘结层，在50-70°C干燥3-5分钟； 步骤三、通过粘结层与支撑层的另一面进行复合，之后在40-80°C下熟化36-72小时； 步骤四、在阻气层的另一面涂布防静电层，在100-140°C下干燥2-4分钟，得到平流层 飞艇用空气囊材料。
[0013] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果： 1、与现有技术相比，综合考量了面密度、荷载能力和安全性问题，提出一种新型结构的 空气囊材料：增设了两个防静电层，大大提高了空气囊材料的防静电性，有效避免空气囊材 料组装过程中造成的静电损伤，降低组装工作难度，且有效避免飞艇起降过程中产生的静 电问题，满足飞艇使用空气囊材料的安全性能；将双层阻隔层改为单层高阻隔薄膜，使空气 囊材料的氦气透过率由〇. 22~1. 14L/m2. 24h. atm降低至0. 05-0. lL/m2. 24h. atm，同时省去 了一层阻气层及复合的粘结层，使得空气囊材料的整体面密度未增加，保证了飞艇的荷载 能力，延长了飞艇的驻空时间。
[0014] 2、本发明综合考量了空气囊材料的使用环境，通过使用聚噻吩基导电聚合物涂 料，在阻隔层表面涂布干燥成膜，使得到的防静电层薄膜致密性好、柔性好、耐揉搓性优异， 在平流层昼夜温差大，低气压环境中使用过程中不龟裂，不发脆，不脱落，静电耗散性能良 好，显著提高空气囊材料防静电性能，有效避免组装过程中造成的静电损伤，降低组装工作 危险性，并保证飞艇使用过程中的安全性及使用寿命； 3、本发明具有防静电功能的平流层飞艇用空气囊材料的制备工艺简单、易于实现，具 有较强的实用性。
【附图说明】
[0015] 图1 :本发明提出的具有防静电功能的平流层飞艇用空气囊材料结构形式示意 图。
[0016] 图中各标号表示为：1_防静电层；2-支撑层；3-粘结层；4-阻气层；5-防静电层。
【具体实施方式】
[0017] 下面将结合附图和实施例对本发明进行详细说明： 本发明的空气囊材料结构如图1所示，该蒙皮材料由五层结构组成，依次为：防静电层 1、支撑层2、粘结层3、阻气层4、防静电层5。其中，防静电层1为在支撑层2表面涂布、固 化的防静电涂层，防静电层5为在阻气层4表面涂布、固化的防静电涂层。
[0018] 本发明中的囊体材料的面密度为< 70g/m2,氦气透过率为0. 05-0. lL/m2_24h_atm， 防静电性为IO5-IO12 Ω / 口。
[0019] 其中防静电层1为在支撑层表面涂布的聚噻吩导电聚合物的膜层，厚度优选为 0. 4-2. 3微米；防静电层5为在阻气层表面涂布的，聚噻吩导电聚合物的膜层，厚度优选为 0. 05-0. 8微米，若防静电层厚度过薄，防静电效果差；若过厚，增加面密度，同时造成不经 济。
[0020] 防静电层1、防静电层5 本发明中的防静电层1、防静电层5由涂布液经涂布固化后得到，防静电层1和5可以 一样，也可以略有差异； 所述涂布液的组成及质量份数为： 聚噻吩导电聚合物溶液：5-25份 单元或多元醇溶剂：70-95份 成膜树脂：〇. 1_〇. 4份 偶联剂：〇. 1-0. 6份 高沸点溶剂：〇. 5-2份 表面活性剂：〇. 1-2份 所述的聚噻吩导电聚合物为固含量为1. 2-1. 4%的聚3, 4-乙撑二氧噻吩导电聚合物的 溶液，溶液中掺杂有聚苯乙烯磺酸盐，该聚噻吩导电聚合物在水中很易分散并表现出优异 的热稳定性和大气稳定性，如，拜耳公司的商品"Baytron P"。
[0021] 所述的单元或多元醇溶剂为含有1-4个碳原子的醇溶剂，如乙醇、异丙醇、正丁 醇、乙二醇、丙三醇等，优选乙醇、异丙醇。
[0022] 所述的成膜树脂为聚乙烯醇树脂、聚氨酯树脂、密胺酯树脂或聚酯树脂中的一种 或几种混合使用。优选聚乙烯醇树脂和聚氨酯树脂，通过在涂布液中增加0. 1-1. 4份的成 膜树脂能够提高防静电层的附着力、耐候性能及耐揉搓性能，若含量小于〇. 1份，则防静电 层附着力下降，若含量高于1. 4份，则防静电层脆性增加，使空气囊材料耐揉搓性能下降。
[0023] 本发明所述的偶联剂为硅烷类偶联剂，优选聚乙氧硅烷偶联剂，如，曲阜市华荣化 工新材料有限公司生产的A-151、A-174，A-171，A-189等。偶联剂以0. 1 -0. 6份的量使用， 如果该量小〇. 1份，则导电膜对基底的附着性会很差，如果该量大于〇. 6份，会严重影响膜 的导电性。
[0024] 所述高沸点溶剂为二甲基甲酰胺、乙二醇、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮中的一种 或几种混合使用。高沸点极性溶剂以0.5-2份的量使用。如果该量小于0.5份，则不能实 现高电导率。而另一方面，如果该量大于2份，那么虽然实现高电导率，但由于其沸点较高， 大量加入将迫使涂层在很高的温度下干燥，破坏导电聚合物的导电性。
[0025] 所述的表面活性剂为非离子型表面活性剂，优选非离子氟表面活性剂，如 C4F9SO2NH (CH2) 50H、C8F17CONH(CH2) 20H。加入非离子表面活性剂可以显著提高导电聚合物液 体在涂布成膜过程中的流平性和润湿性，从而提高膜的均匀性。
[0026] 非尚子表面活性剂以0. 1-2份的量，优选的是0. 5-1. 5份的量使用。如果该量小 于0. 1份，则聚噻吩导电聚合物水溶液在涂布成膜过程中的流平性和润湿性不够。而另一 方面，如果该量大于2份，会产生一定量的气泡，影响了导电膜的表观。
[0027] 上述涂布液涂布在支撑层2表面，经加热固化，得到防静电层1 ;在阻气层4表面 涂布