囊皮与浮空器的制作方法

本申请涉及航天航空领域，具体而言，涉及一种囊皮与浮空器。

背景技术：

浮空器在执行任务时需要长时间停留高空，不断克服高空风阻保持在定点的位置，所需能源巨大。浮空器的能源来源主要有三种：1)自备储存能源；2)环境能源；3)环境与自备储存组合能源。

其中，环境能源的优点是清洁且取之不竭，环境能源是浮空器最理想的供能方式。太阳能是一种优质的环境能源，非常适合浮空器长时间工作的需求。目前，主要通过将太阳能电池“悬挂”于囊体上，来为浮空器供能。

申请号为CN201210403368.3的专利文件公开了一种柔性薄膜太阳能电池与飞艇蒙皮的连接方法，该方法采用穿过不锈钢扣眼的锦丝绳将太阳能电池互串，以解决阵列的装配问题；采用穿过不锈钢扣眼的锦丝绳将太阳能电池与焊接于飞艇蒙皮的侧向连接帘布进行连接，解决太阳能电池阵列与蒙皮的可靠连接问题；采用尼龙搭扣将多层隔热组件与飞艇蒙皮紧密连接，实现太阳能电池废热的隔绝，解决太阳能电池与飞艇蒙皮的热耦合问题。

申请号为CN201410129192.6的专利文件公开一种飞艇太阳能光伏电池热控制方法，在太阳能光伏电池与飞艇蒙皮之间留有间距，太阳能光伏电池沿飞艇轴向连续铺设，或断续铺设周向形成太阳能光伏电池阵列，太阳能光伏电池与飞艇蒙皮之间通过若干均匀分布的连接组件连接。其连接组件中包含软质套管，白天向软质套管中泵入空气，套管膨胀使太阳能电池与飞艇蒙皮间保持一定的间隙，实现绝热降温的效果，夜间放出套管内空气使柔性太阳能薄膜电池与艇面贴合。

申请号为CN201310226141.0的专利文件中公开了一种装设有柔性薄膜太阳能电池的平流层飞艇以及柔性薄膜太阳能电池在平流层飞艇上的铺装方式。

上述的这几种方法中，存在的缺陷如下：

(1)将太阳能电池“悬挂”于囊体上所需工艺复杂，辅助件较多，会增加浮空器的重量。

(2)由于太阳能电池与浮空器囊体不是一体化复合，因而太阳能电池稳定性不佳，易受风力等因素的影响而与囊体分离。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种囊皮与浮空器，以解决现有技术中的太阳能电池的设置方式导致的浮空器的重量大的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种囊皮，该囊皮包括依次叠置设置的承力层、阻隔层、耐候层、第四粘结层以及柔性太阳能薄膜电池。

进一步地，上述囊皮还包括：第一粘结层，设在上述承力层与上述阻隔层之间；第二粘结层，设在上述阻隔层与上述耐候层之间。

进一步地，上述囊皮还包括：隔热层，设置在上述第四粘结层与上述耐候层之间；第三粘结层，设置在上述隔热层与上述耐候层之间。

进一步地，上述第一粘结层、上述第二粘结层、上述第三粘结层和/或上述第四粘结层为双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂层。

进一步地，上述隔热层的厚度在1.0～10.0mm之间。

进一步地，上述隔热层的热导率小于0.022W/mK。

进一步地，上述隔热层为聚氨酯泡沫隔热层。

进一步地，上述囊皮还包括：第一封装膜，设置在上述柔性太阳能薄膜电池与上述第四粘结层之间；第二封装膜，设置在上述柔性太阳能薄膜电池的远离上述第四粘结层的表面上。

进一步地，上述第一封装膜包括依次叠置设置的TPU层与第一EVA层，上述第一EVA层靠近上述柔性太阳能薄膜电池设置，上述第二封装膜包括依次叠置设置的第二EVA层与ETFE层，且上述第二EVA层靠近上述柔性太阳能薄膜电池设置。

进一步地，上述阻隔层为阻隔性TPU层，上述耐候层为耐候性TPU层。

据本申请的另一方面，提供了一种浮空器，包括囊体，该囊体由任一种上述的囊皮制作而成。

应用本申请的技术方案，在囊皮的多层结构中整合了柔性太阳能薄膜电池薄膜层，即柔性太阳能薄膜电池与囊皮共形，由此囊皮制作而成的囊体则可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，由于囊体表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的柔性太阳能薄膜电池的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给；且由于柔性太阳能薄膜电池与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，保证了太阳能电池的性能的稳定性，且避免了太阳能电池易受空气、风力等的影响而从浮空器脱离或脱落等问题；且由于柔性太阳能薄膜电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷；该囊皮中将柔性太阳能薄膜电池设置在耐候层的远离承力层的一侧，使得承力层的性能受到柔性太阳能薄膜电池的影响较小，进一步保证了该囊皮的力学性能以及机械性能。本申请的囊皮的制作工艺简单，成本较低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种实施例提供的囊皮的结构示意图；以及

图2示出了本申请的另一种实施例提供的囊皮的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、承力层；2、第一粘结层；3、阻隔层；4、第二粘结层；5、耐候层；6、第三粘结层；7、隔热层；8、第四粘结层；9、TPU层；10、第一EVA层；11、柔性太阳能薄膜电池；12、第二EVA层；13、ETFE层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的太阳能电池的设置方式会导致的浮空器的重量较大，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种囊皮与浮空器。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种囊皮，如图1与图2所示，该囊皮包括依次叠置设置的承力层1、阻隔层3、耐候层5、第四粘结层8以及柔性太阳能薄膜电池11。

应用本申请的技术方案，在囊皮的多层结构中整合了柔性太阳能薄膜电池薄膜层，即柔性太阳能薄膜电池与囊皮共形，由此囊皮制作而成的囊体则可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，由于囊体表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的柔性太阳能薄膜电池的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给；且由于柔性太阳能薄膜电池与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，保证了太阳能电池的性能的稳定性，且避免了太阳能电池易受空气、风力等的影响而从浮空器脱离或脱落等问题；且由于柔性太阳能薄膜电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷；该囊皮中将柔性太阳能薄膜电池设置在耐候层的远离承力层的一侧，使得承力层的性能受到柔性太阳能薄膜电池的影响较小，进一步保证了该囊皮的力学性能以及机械性能。本申请的囊皮的制作工艺简单，成本较低。

本实用新型通过将囊皮材料与柔性太阳能薄膜电池复合，使囊皮材料具备光电转换功能，通过该方式可以利用太阳能为浮空器提供能源。目前，其它利用太阳能的方法主要是通过将柔性太阳能薄膜电池“悬挂”于囊体上，来为浮空器供能。这些方法具有一定的缺陷：将柔性太阳能薄膜电池“悬挂”于囊体上，所需的工艺较为复杂，由于辅助件较多，将会增加浮空器的重量；另外，由于柔性太阳能薄膜电池与浮空器囊体不是一体化复合，因而柔性太阳能薄膜电池稳定性不佳，易受空气、风力等的影响而与囊体分离。相比而言，本实用新型工艺简单，具有一定的优势。

本申请的一种实施例中，如图2所示，上述囊皮还包括第一粘结层2与第二粘结层4，第一粘结层2设在上述承力层1与上述阻隔层3之间；第二粘结层4设在上述阻隔层3与上述耐候层5之间。通过第一粘结层与第二粘结层的设置可以使得囊皮中的耐候层、阻气层以及承力层更好地结合在一起，进一步地保证了囊皮具有较好的机械性能以及力学性能，保证了囊皮具有较好的可靠性。

本申请中的承力层的材料可以是现有技术中的应用在囊皮中的任何一种承力层材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成承力层。例如可以选择平纹编织芳纶织物(Kevlar)、可乐丽聚芳酯纤维织物(Vectran)、聚对苯撑苯并双恶唑纤维织物(PBO)或聚乙烯纤维织物形成承力层，并且优选承力层的面密度为60～80g/m²。

本申请中可以采用任何可行的方法将承力层与阻气层复合在一起，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的方法，例如可以使用干法复合机将承力层与阻气层复合。将复合好的材料置于45-60℃熟化间熟化一天。

同样地，对于已经复合的承力层与阻气层再与耐热层的复合也可以采用现有技术中的任何可行的方法，例如可以选择干法复合机进行该复合过程。将复合好的材料置于45-60℃熟化间熟化一天。

将囊皮材料与柔性太阳能薄膜电池直接复合时，由于柔性太阳能薄膜电池工作时发热，热量经过热传导传递到囊皮材料，会导致囊体较热。为了缓解该问题，本申请的一种实施例中，如图1与图2所示，上述囊皮还包括隔热层7与第三粘结层6，隔热层7设置在上述第四粘结层8与上述耐候层5之间；第三粘结层6设置在上述隔热层7与上述耐候层5之间，以更好地将隔热层与耐候层粘结复合在一起，进一步保证了囊皮具有较好的性能。

本申请的另一种实施例中，上述第一粘结层2、上述第二粘结层4、上述第三粘结层6和/或上述第四粘结层8为双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂层。本领域技术人员可以根据实际情况选择现有技术中的合适的胶黏剂形成双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂层，例如选择Henkel公司的型号为LOCTITE LIOFOL LA 2525/LA 7396的胶黏剂，也可以选择北京高盟新材料股份有限公司的YH2692/YH2692B胶黏剂。

为了进一步保证双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂层具有牢固地粘结效果，本申请的一种实施例中，上述双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂层对应的胶黏剂的固含量在25～40％之间。

并且，本申请的再一种实施例中，第一粘结层对应的双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂涂布于承力层上，且其在承力层上的干胶上胶量为8～20g/m²；将第二粘结层对应的双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂涂布于阻气层上，且其在阻气层上的干胶上胶量为3～12g/m²；第三粘结层与第四粘结层对应的粘结剂的用量是8～25g/m²。

当然，本申请的第一粘结层2、上述第二粘结层4、上述第三粘结层6和/或上述第四粘结层8并不限于是双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂层，本领域技术人员还可以根据实际情况选择其他的合适的胶黏剂形成这些粘结层。并且，第一粘结层2、上述第二粘结层4、上述第三粘结层6和上述第四粘结层8可以是相同的材料层，也可以是不同的材料层，本领域技术人员可以根据实际情况将这四个粘结层设置为相同或者不同的材料层。

为了进一步保证该隔热层具有较好的隔热效果，且保证该隔热层的设置不影响囊皮的其他性能，本申请的一种实施例中，上述隔热层7的厚度在1.0～10.0mm之间。

本申请的再一种实施例中，上述隔热层7的热导率小于0.022W/mK，这样可以进一步缓解柔性太阳能薄膜电池发热对其他囊皮材料的影响，进而保证该囊体具有较好的机械性能以及力学性能等等。

为了进一步保证隔热层能够更好地与柔性太阳能薄膜电池以及其他的囊皮材料复合在一起，本申请的一种实施例中，上述隔热层7为聚氨酯泡沫隔热层7。

本申请的又一种实施例中，如图1与图2所示，上述囊皮还包括第一封装膜与第二封装膜，第一封装膜设置在上述柔性太阳能薄膜电池11与上述第四粘结层8之间；第二封装膜设置在上述柔性太阳能薄膜电池11的远离上述第四粘结层8的表面上。通过这两个封装膜可以进一步保证柔性太阳能薄膜电池具有较好的性能。

为了更好地保护柔性太阳能薄膜电池，本申请的一种实施例中，如图1与图2所示，上述第一封装膜包括依次叠置设置的TPU层9(即热塑性聚氨酯弹性体橡胶层)与第一EVA层10(即乙烯/乙酸乙烯共聚物层)，上述第一EVA层10靠近上述柔性太阳能薄膜电池11设置，上述第二封装膜包括依次叠置设置的第二EVA层12(乙烯/乙酸乙烯共聚物层)与ETFE层13(乙烯/四氟乙烯共聚物层)，且上述第二EVA层12靠近上述柔性太阳能薄膜电池11设置。TPU与通用的背板的封装材料(氟材料)相比，更易于粘接，因此，选用TPU层作为柔性太阳能薄膜电池背板的封装材料，更有利于柔性太阳能薄膜电池与囊体的其他材料一体化复合。

为了进一步保证囊皮材料与柔性太阳能薄膜电池更好地粘结，进一步保证该囊皮具有较好的可靠性以及力学性能等，本申请的一种实施例中，上述阻隔层3为阻隔性TPU层，上述耐候层5为耐候性TPU层。

上述阻隔性TPU层的材料可以为现有技术中的任何一种阻隔性TPU材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的阻隔性TPU材料。

本申请的一种实施例中，阻隔性TPU材料为芳香族聚酯TPU，优选为聚ε-己内酯多元醇和/或聚碳酸酯多元醇与甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1，5萘二异氰酸酯和对苯二异氰酸酯中的任一种或多种反应得到的聚氨酯，阻隔性TPU层的厚度为30～80μm。

本申请的另一种实施例中，上述耐候性TPU为脂肪族TPU，优选为聚ε-己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚氧化丙烯多元醇、聚四氢呋喃多元醇与六亚甲基二异氰酸酯和/或异氟尔酮二异氰酸酯反应得到的聚氨酯，耐候性TPU层的厚度为50～120μm。

本申请中的柔性太阳能薄膜电池可以是现有技术中的任何一种柔性太阳能薄膜电池，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的柔性太阳能薄膜电池，例如可以选择铜铟镓硒(CIGS)柔性太阳能薄膜电池。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种浮空器，该浮空器包括囊体，该囊体由任一种上述的囊皮制作而成。

该浮空器中的囊体由上述的结合有柔性太阳能薄膜电池的囊皮形成，相对于现有技术的浮空器，该浮空器所携带的柔性太阳能薄膜电池的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给；且由于柔性太阳能薄膜电池与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧；且由于柔性太阳能薄膜电池为薄膜结构，重量轻，使得浮空器的载荷较小。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。

实施例1

该囊体材料的制作过程包括：

使用干法复合机将作为承力层的纤维布与阻隔性TPU层复合，阻隔性TPU层的原料为聚ε-己内酯多元醇与甲苯二异氰酸酯反应得到的聚氨酯，其中，纤维布的厚度为100μm，面密度为80g/m²。阻隔性TPU层的厚度为40μm。所用的胶黏剂为双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂，且该胶黏剂为Henkel公司的LOCTITE LIOFOL LA 2525/LA 7396，胶黏剂固含量为30％。胶黏剂涂布于纤维布表面，干胶上胶量为15g/m²。将复合好的材料置于45～60℃熟化间熟化一天，形成厚度为150μm左右的材料。

使用干法复合机将承力层/阻隔性TPU层与耐候性TPU层复合。所用的胶黏剂为双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂，且为Henkel公司的LOCTITE LIOFOL LA 2525/LA 7396胶黏剂，胶黏剂固含量为40％，胶黏剂涂布于阻隔性TPU层表面，干胶上胶量为8g/m²。耐老化TPU层为脂肪族TPU，具体为聚ε-己内酯多元醇与六亚甲基二异氰酸酯以及异氟尔酮二异氰酸酯反应得到的聚氨酯，将复合后的材料置于45-60℃熟化间熟化一天，形成厚度为200μm左右的材料。

柔性太阳能薄膜电池为CIGS(铜铟镓硒)柔性太阳能薄膜电池，在专用封装设备上进行封装，第一封装膜包括第一EVA层与TPU层，二者的厚度分别是20μm和80μm，上述第二封装膜包括依次叠置设置的第二EVA层12与ETFE层13，二者的厚度分别是20和40μm。在该实施例中选用TPU作为柔性太阳能薄膜电池背板封装材料，该材料与通用的封装材料(氟材料)相比，易于粘接，因而有利于柔性太阳能薄膜电池与囊皮材料一体化复合。

选用高效隔热材料聚氨酯泡沫作为隔热层，该层的厚度为3.0mm，热导率为0.020W/mK。最终形成的复合结构如图2所示，该结构包括耐老化TPU层/第三粘结层/隔热层/第四粘结层/TPU层，其中，第三粘结层与第四粘结层所用胶黏剂为双组份溶剂型聚氨酯胶黏剂，具体为北京高盟新材料股份有限公司的YH2692/YH2692B胶黏剂，胶黏剂固含量为35％，各层间胶黏剂用量为15g/m²。

实施例2

与实施例1的区别在于，隔热层的厚度为1.0mm。

实施例3

与实施例1的区别在于，隔热层的厚度为10.0mm。

实施例4

与实施例1的区别在于，隔热层的厚度为0.5mm。

实施例5

与实施例1的区别在于，隔热层的材料为玻璃棉(东莞市鹏鑫节能材料有限公司的且型号为a003)，隔热层7的热导率为0.040W/mK。

实施例6

与实施例1的区别在于，囊皮中不包括隔热层以及第三粘结层。

实施例7

与实施例1的区别在于，耐候层为聚氟乙烯(DuPont公司的TWH10BS3)。

实施例8

与实施例1的区别在于，第一封装膜包括依次叠置设置的氟材料层(材料为DuPont公司型号为TTR5JAM8的聚氟乙烯)与第一EVA层10。

实施例9

与实施例1的区别在于，隔热层的材料为气凝胶(深圳中凝科技有限公司的AG-T26)，其热导率与实施例1的聚氨酯泡沫的相同。

对比例

与实施例1的区别在于：承力层与耐候层的位置互换。

依据标准FED-STD-191A 5970对各个实施例的耐候层与隔热层之间的剥离强度以及隔热层与柔性太阳能薄膜电池之间的剥离强度进行测试，依据标准GB/T 8949-2008对各个实施例的囊体材料拉伸强度进行测试，通过测试太阳能电池光伏曲线计算各个实施例的柔性太阳能薄膜电池的光电转换效率，测试结果见表1。

表1

由表1中的测试数据可知，实施例1至实施例3的囊皮的性能较好；与实施例1相比，实施例4的隔热层的厚度较小，使得隔热层的隔热效果较差，进而导致囊体较热，使得囊体材料的拉伸强度相比下降；与实施例1相比，实施例5的耐候层与隔热层之间的剥离强度较小，且隔热层与柔性太阳能薄膜电池的剥离强度较小，这是由于隔热层并不是聚氨酯泡沫隔热层，不能起到较好的粘结作用，且该实施例的囊体材料的拉伸强度较小，这是由于隔热层的热导率较大，使得囊体材料的温度较高导致的；与实施例1相比，实施例6的囊体材料的拉伸强度较小，这是由于该结构中不包括隔热层；与实施例1相比，实施例7的耐候层不是耐候性TPU层，使得耐候层与隔热层之间的剥离强度较小，且囊体材料的拉伸强度较小；与实施例1相比，实施例8的隔热层与柔性太阳能薄膜电池的剥离强度较小，且囊体材料的拉伸强度也稍微下降，这是由于第一封装膜中与第四粘结层直接接触的不是TPU层；与实施例1相比，实施例9的隔热层不是聚氨酯泡沫，所以耐候层与隔热层之间的剥离强度以及隔热层与柔性太阳能薄膜电池的剥离强度均较小，且囊体材料的拉伸强度也有所下降。对比例与实施例1相比，由于承力层与耐候层的位置互换，即承力层靠近柔性太阳能薄膜电池设置，使得囊体材料的拉伸强度较小，即囊体材料的力学性能以及机械性能较差。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、应用本申请的技术方案，在囊皮的多层结构中整合了柔性太阳能薄膜电池薄膜层，即柔性太阳能薄膜电池与囊皮共形，由此囊皮制作而成的囊体则可以直接接受太阳光的照射并将光能转化为电能，由于囊体表面积相对比较大，特别是进入到临近空间时，相对于现有技术的浮空器所携带的柔性太阳能薄膜电池的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给；且由于柔性太阳能薄膜电池与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，保证了太阳能电池的性能的稳定性，且避免了太阳能电池易受空气、风力等的影响而从浮空器脱离或脱落等问题；且由于柔性太阳能薄膜电池为薄膜结构，重量轻，大大减少浮空器的载荷；该囊皮中将柔性太阳能薄膜电池设置在耐候层的远离承力层的一侧，使得承力层的性能受到柔性太阳能薄膜电池的影响较小，进一步保证了该囊皮的力学性能以及机械性能。本申请的囊皮的制作工艺简单，成本较低。

2)、该浮空器中的囊体由上述的结合有柔性太阳能薄膜电池的囊皮形成，相对于现有技术的浮空器，该浮空器所携带的柔性太阳能薄膜电池的面积要大得多，因此可以大大提高浮空器的电能供给；且由于柔性太阳能薄膜电池与囊皮共形，太阳能电池的固定更加牢固，省去了太阳能电池从浮空器脱离或脱落等的后顾之忧；且由于柔性太阳能薄膜电池为薄膜结构，重量轻，使得浮空器的载荷较小。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。