浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置及方法与流程

本发明涉及材料自然老化技术领域，尤其涉及一种浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置及方法。

背景技术：

浮空器囊体材料是一种高分子多层复合材料，在使用过程中不可避免的暴露于或间接的暴露于自然环境中，在受到光、热、氧、水等因素的综合作用下，材料本身以及其接缝的性能会不断恶化，使用寿命逐渐缩短。若要保证产品耐自然界的风吹、日晒、雨淋，就必须通过自然老化或实验室加速老化的方法对产品进行相关的测试，以检验与研究环境对材料及产品的影响程度、了解影响机理，进而对环境影响提出防护措施，以便在研发新材料、新产品时对其生产、储存及使用过程进行质量控制。目前，国内外标准组织均制订了近千条材料自然老化和人工加速老化测试方法的相关标准,以考察材料的老化。

自然老化通过直接利用自然环境中的光、水、温度等因素对试样的作用而研究和记录各种材料性质变化结果，由于其试验条件真实的反映了试件实际使用环境中的部分条件，所以自然老化试验结果与实际使用中产生的结果之间一致性好、相关性好。这种试验己被公认是考核各类高分子材料环境适应性和可靠性的最重要、最早采用的、最真实、现在还广泛使用的方法。试件的自然老化首先必须考虑产品最终的使用环境在哪里，是沙漠还是水面，以及对产品的外观、使用性能等的要求；其次试件必须按照相应建议的曝晒标准选择合适的露天放置地点以及当地的气候、环境、污染等会影响测试结果的老化因素；再次，需要考虑试件的大小、摆放位置、朝向与水平面的角度等因素。

当前，对于浮空器囊体材料这类高分子材料的自然老化一般采用无背板曝晒或背板曝晒方法，样件的形状一般为平面矩形。在真实使用中，浮空器为保持形状，其气囊内气体的压力会高于外界大气压力，因此浮空器囊体材料在真实使用中会承受一定气压载荷，气压载荷作用产生的应力会影响囊体材料的自然老化性能，而目前的自然老化方法最大缺点是无法反应这种气压载荷的作用。其次，一般浮空器均为旋成体，在真实使用中，一些部位如腹部、左右尾翼下表面，一直处于阳光无法直接辐照而又受到地表辐照的工况，目前的老化方法尚未考虑此种工况。再次，目前尚缺乏对浮空器囊体材料加工成相应结构的接缝的自然老化方法。

鉴于此，如何提供一种既能够模拟囊体材料受到的气压载荷，又能够模拟不同辐照工况的自然老化的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置及方法，成为当前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置及方法，既能够模拟囊体材料受到的气压载荷，又能够模拟不同辐照工况，更准确地模拟了浮空器囊体材料及其接缝在真实使用环境下的自然老化情况。

第一方面，本发明提供一种浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置，包括：试验架、至少一个浮空器囊体材料试件和气象站；

所述浮空器囊体材料试件悬置于所述试验架内，所述气象站安装在所述试验架背离太阳的一侧，每一浮空器囊体材料试件的表面均安装有充/排气阀和压差传感器，每一浮空器囊体材料试件的内部均安装有温湿度传感器，所述充/排气阀、所述压差传感器和所述温湿度传感器均与所述气象站连接。

可选地，所述气象站，包括：工控机、雨量传感器、风速及温湿度传感器和辐照计；

所述工控机，与所述雨量传感器、所述风速及温湿度传感器、所述辐照计、所述充/排气阀、所述压差传感器和所述温湿度传感器分别连接，用于通过所述充/排气阀控制所述浮空器囊体材料试件内部的压力使其保持在预设范围内，以及记录自然老化试验各时间点对应试验环境的降雨量、风速、温湿度、太阳辐射照度和地面辐射照度、以及各时间点对应的所述浮空器囊体材料试件内部的温湿度和所述浮空器囊体材料试件内部与外部试验环境的压力差。

可选地，所述气象站，还包括：与所述工控机连接的太阳能电池及蓄电池，所述太阳能电池将采集的能量通过所述蓄电池存储，以为所述工控机供电。

可选地，所述浮空器囊体材料试件为具有预设容积的旋成体试件。

可选地，所述浮空器囊体材料试件，包括下述的一种或多种：

圆柱形试件、椭球形试件和圆球形试件。

可选地，所述浮空器囊体材料试件由单一材料加工而成、或由多种材料通过不同工艺的接缝连接加工而成。

可选地，所述不同工艺的接缝，包括：平直缝、T型缝和/或弧形缝。

可选地，所述试验架，包括：支架和安装在所述支架上试件安装结构；

所述浮空器囊体材料试件通过所述试件安装结构悬置于所述试验架内。

可选地，所述试验架放置于不同的曝晒环境和不同的地表辐照环境中。

第二方面，本发明提供一种基于上述浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验方法，包括：

将单一浮空器囊体材料加工成浮空器囊体材料试件或将不同浮空器囊体材料通过不同工艺的接缝连接加工成浮空器囊体材料试件；

在试验架放置于不同的曝晒环境和不同的地表辐照环境时，工控机通过充/排气阀控制浮空器囊体材料试件内部的压力使其保持在预设范围内，以及记录自然老化试验各时间点对应试验环境的降雨量、风速、温湿度、太阳辐射照度和地面辐射照度、以及各时间点对应的浮空器囊体材料试件内部的温湿度和浮空器囊体材料试件内部与外部试验环境的压力差。

由上述技术方案可知，本发明的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置及方法，通过同时模拟真实使用环境中囊体材料受到的气压载荷和不同地表环境(曝晒环境和地表辐照环境)，更准确地模拟了浮空器囊体材料及其接缝在真实使用环境下的自然老化情况。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种基于图1所示浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验方法的流程示意图；

附图标记：

1、试验架；11、支架；12、试件安装结构；2、浮空器囊体材料试件；21、圆柱形试件；22、椭球形试件；23、圆球形试件；211、平直接缝；212、T型接缝；213、弧形接缝；3、充/排气阀；4、气象站；41、太阳能电池及蓄电池；42、雨量传感器；43、工控机；44、风速及温湿度传感器；45、辐照计；5、压差传感器；6、温湿度传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的一种浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置，包括：试验架1、至少一个浮空器囊体材料试件2和气象站4；

所述浮空器囊体材料试件2悬置于所述试验架1内，所述气象站4安装在所述试验架1背离太阳的一侧，每一浮空器囊体材料试件2的表面均安装有充/排气阀3和压差传感器5，每一浮空器囊体材料试件2的内部均安装有温湿度传感器6，所述充/排气阀3、所述压差传感器5和所述温湿度传感器6均与所述气象站4连接。

在具体应用中，本实施例所述气象站4，可包括：工控机43、雨量传感器42、风速及温湿度传感器44和辐照计45；

所述工控机43，与所述雨量传感器42、所述风速及温湿度传感器44、所述辐照计45、所述充/排气阀3、所述压差传感器5和所述温湿度传感器6分别连接，用于通过所述充/排气阀3控制所述浮空器囊体材料试件2内部的压力使其保持在预设范围内，以及记录自然老化试验各时间点对应试验环境的降雨量、风速、温湿度、太阳辐射照度和地面辐射照度、以及各时间点对应的所述浮空器囊体材料试件2内部的温湿度和所述浮空器囊体材料试件2内部与外部试验环境的压力差。

在具体应用中，本实施例所述气象站，还可包括：与所述工控机43连接的太阳能电池及蓄电池41，其中，所述太阳能电池将采集的能量通过所述蓄电池存储，以为所述工控机43供电。

在具体应用中，本实施例所述浮空器囊体材料试件2为具有预设容积的旋成体试件，所述浮空器囊体材料试件2，可以包括下述的一种或多种：

圆柱形试件21、椭球形试件22和圆球形试件23等。

应说明的是，本实施例并不对所述浮空器囊体材料试件2的形状进行限制，可根据实际需求设计为圆柱形、椭球形、圆球形或者其他旋成体形状。

在具体应用中，本实施例所述浮空器囊体材料试件2可以由单一材料加工(如焊接/粘接等)而成、或者也可以由多种材料通过不同工艺的接缝连接加工(如焊接/粘接等)而成，所述不同工艺的接缝，可以包括：平直接缝211、T型接缝212和/或弧形接缝213等，既可以得到浮空器囊体材料本体的试件又可以得到不同工艺的接缝的试件，提高了试件的测试范围。

进一步地，本实施例所述浮空器囊体材料试件2可以根据实际需求改变接缝在所述试验架1上的安装方位，以获得不同的环境条件，如辐照度，从而得到不同环境条件下的浮空器囊体材料试件2。

在具体应用中，本实施例所述试验架1，包括：支架11和安装在所述支架11上试件安装结构12；

所述浮空器囊体材料试件2通过所述试件安装结构12悬置于所述试验架1内。

可理解的是，本实施例所述试验架1可以根据需要改变尺寸以同时放置多个浮空器囊体材料试件2，从而提高浮空器囊体材料试件2的数量。

在使用本实施例所述装置进行试验时，所述试验架可放置于不同的曝晒环境(如室内、室外等)和不同的地表辐照环境(如沙地、水面、草地和水泥地面等)中，以模拟浮空器囊体材料的真实使用工况。

可理解的是，试验架放置于不同的曝晒环境和不同的地表辐照环境中，可以模拟浮空器在室内存放时的自然老化，也可以模拟浮空器在室外锚泊时的不同地面反射环境，提高了试验架的通用性，扩展了试件的自然老化环境范围。

本实施例的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置，通过自动保持试件内部的预设压力范围，模拟了浮空器囊体材料真实使用时内部气体压力载荷作用情况下的自然老化情况；不仅可以进行囊体材料本身的自然老化，还可以进行不同连接工艺接缝的试件的自然老化；通过设置气象站，全程自动记录了试件经历的环境历程，便于得到后续性能测试结果所对应环境条件；通过将所述试验架通过置于不同环境，可以模拟浮空器不同的使用环境，提高了试验架的通用性，扩展了试件的老化环境范围。

本实施例的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置，通过同时模拟真实使用环境中囊体材料受到的气压载荷和不同地表环境(曝晒环境和地表辐照环境)，更准确地模拟了浮空器囊体材料及其接缝在真实使用环境下的自然老化情况。

图2示出了本发明一实施例提供的一种基于图1所示浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验方法如下所述。

101、将单一浮空器囊体材料加工(如焊接/粘接等)成浮空器囊体材料试件或将不同浮空器囊体材料通过不同工艺的接缝连接加工成浮空器囊体材料试件。

可理解的是，浮空器囊体材料试件悬置于所述试验架内，所述浮空器囊体材料试件为具有预设容积的旋成体试件，可以包括下述的一种或多种：圆柱形试件、椭球形试件和圆球形试件等。

其中，所述不同工艺的接缝，可以包括：平直接缝、T型接缝和/或弧形接缝等，既可以得到浮空器囊体材料本体的试件又可以得到不同工艺的接缝的试件，提高了试件的测试范围。

进一步地，本实施例所述浮空器囊体材料试件2可以根据实际需求改变接缝在所述试验架1上的安装方位，以获得不同的环境条件，如辐照度，从而得到不同环境条件下的浮空器囊体材料试件。

应说明的是，在将所述浮空器囊体材料试件加工成旋成体时，一次可以得到不同辐照工况下的多种试件。

102、在试验架放置于不同的曝晒环境(如室内、室外等)和不同的地表辐照环境(如沙地、水面、草地和水泥地面等)时，工控机通过充/排气阀控制浮空器囊体材料试件内部的压力使其保持在预设范围内，以及记录自然老化试验各时间点对应试验环境的降雨量、风速、温湿度、太阳辐射照度和地面辐射照度、以及各时间点对应的浮空器囊体材料试件内部的温湿度和浮空器囊体材料试件内部与外部试验环境的压力差。

可理解的是，试验架放置于不同的曝晒环境和不同的地表辐照环境中，可以模拟浮空器在室内存放时的自然老化，也可以模拟浮空器在室外锚泊时的不同地面反射环境，提高了试验架的通用性，扩展了试件的自然老化环境范围。

可理解的是，通过步骤102记录的太阳辐射照度和地面辐射照度，可便于得到所述浮空器囊体材料试件后续性能测试结果所对应的累积辐照强度。

本实施例的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验方法，利用图1所示实施例所述的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验装置，通过自动保持试件内部的预设压力范围，模拟了浮空器囊体材料真实使用时内部气体压力载荷作用情况下的自然老化情况；不仅可以进行囊体材料本身的自然老化，还可以进行不同连接工艺接缝的试件的自然老化；通过设置气象站，全程自动记录了试件经历的环境历程，便于得到后续性能测试结果所对应环境条件；通过将所述试验架通过置于不同环境，可以模拟浮空器不同的使用环境，提高了试验架的通用性，扩展了试件的老化环境范围。

本实施例的浮空器囊体材料及其接缝自然老化试验方法，通过同时模拟真实使用环境中囊体材料受到的气压载荷和不同地表环境(曝晒环境和地表辐照环境)，更准确地模拟了浮空器囊体材料及其接缝在真实使用环境下的自然老化情况。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。