囊体材料、其制备方法及浮空器与流程

本发明涉及航空技术领域，具体而言，涉及一种囊体材料、其制备方法及浮空器。

背景技术：

浮空器是指比重轻于空气，依靠大气浮力升空的飞行器，囊体材料是制备浮空器的主体材料。随着临近空间浮空器的发展，对囊体材料提出了更高的要求，需要其具有高强度、高气密性、低重量等特点。

现有技术中通常是在囊体材料的承力纤维层与阻隔层之间利用胶黏剂进行粘接，然而形成承力纤维层的纤维布材料为多孔粗糙物质，胶液在其表面流平填充效果较差，从而易导致承力纤维层与阻隔层的粘接效果差，且层间剥离力低下，进而在飞艇制造过程中，这种方式生产的囊体材料容易分层，丧失功能。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种囊体材料、其制备方法及浮空器，以解决现有技术中囊体材料易分层而导致可靠性较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种囊体材料，包括顺序层叠设置的阻隔层、第二胶粘层、偶联层和承力纤维层，偶联层中分散有tpu。

进一步地，形成偶联层的底涂液包括tpu、偶联剂和溶剂，优选溶剂为乙酸乙酯或丙酮。

进一步地，上述底涂液中tpu的重量百分比含量为1～15％，偶联剂的重量百分比含量为1～5％，溶剂的重量百分比含量为80～95％。

进一步地，上述偶联剂选自氨基类硅烷偶联剂、环氧基类硅烷偶联剂、甲基丙烯酰氧基类硅烷偶联剂、乙烯基类硅烷偶联剂和异氰酸酯基类硅烷偶联剂中的任一种或多种，优选为氨基类硅烷偶联剂。

进一步地，上述底涂液还包括弱酸，优选弱酸选自乙酸、甲酸、磷酸和碳酸中的任一种或多种。

进一步地，上述底涂液中弱酸的重量百分比含量为0.05～2％。

进一步地，上述囊体材料还包括：耐候层，设置于阻隔层的远离第二胶粘层的一侧；第一胶粘层，设置于耐候层与阻隔层之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的囊体材料的制备方法，包括以下步骤：s1，在承力纤维层的第一表面涂布底涂液并干燥，得到偶联层，底涂液包括tpu、偶联剂和溶剂；s2，在偶联层的表面涂布胶粘剂并干燥，得到第二胶粘层；s3，在第二胶粘层的表面设置阻隔层。

进一步地，在步骤s1之前，制备方法还包括制备底涂液的步骤：s01，将tpu颗粒与溶剂混合并搅拌，得到混合溶液，优选搅拌温度为50～80℃，搅拌速度为200～500rpm，搅拌时间为0.5～1.5h；s02，将偶联剂与混合溶液混合并搅拌，优选搅拌时间为0.5～1.0h。

进一步地，上述底涂液还包括弱酸，步骤s02包括将偶联剂、混合溶液和弱酸混合并搅拌。

进一步地，在步骤s1中，将底涂液以5～10m/min的速率涂布于第一表面，优选干燥的温度为40～70℃。

进一步地，在步骤s2中，将胶粘剂以5～15m/min的速率涂布于偶联层的表面，优选干燥的温度为40～60℃。

进一步地，在步骤s3之后，制备方法还包括在阻隔层的表面顺序层叠第一胶粘层和耐候层的步骤。

根据本发明的另一方面，还提供了一种浮空器，包括囊体，囊体由上述的囊体材料制备而成。

应用本发明的技术方案，提供了一种包括顺序层叠的耐候层、第一胶粘层、阻隔层、第二胶粘层和承力纤维层的囊体材料，由于该囊体材料还包括设置于承力纤维层与第二胶粘层之间的偶联层，且该偶联层中分散有tpu，从而通过上述偶联层不仅能够起到第二胶粘层与承力纤维层之间的架桥作用；偶联层还能够起到tpu与承力纤维层之间的架桥作用，同时，tpu和用于第二胶粘层的材料极性形似，因此二者的相容性较好，那么体现在结构上就是加强了第二胶粘层和偶联层之间的界面紧密性，进而进一步提高了第二胶粘层与承力纤维层之间的结合力，从而提高了囊体材料的可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

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

图1示出了本发明实施方式所提供的一种囊体材料的剖面示意图；以及

图2示出了本发明实施方式所提供的囊体材料的制备方法的流程示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、耐候层；20、第一胶粘层；30、阻隔层；40、第二胶粘层；50、偶联层；60、承力纤维层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

由背景技术可知，现有技术中通常是在囊体材料的承力纤维层与阻隔层之间利用胶黏剂进行粘接，然而形成承力纤维层的纤维布材料为多孔粗糙物质，在飞艇制造过程中，这种方式生产的囊体材料容易分层，丧失功能。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种囊体材料，如图1所示，包括顺序层叠设置的阻隔层30、第二胶粘层40、偶联层50和承力纤维层60，偶联层50中分散有tpu。

上述囊体材料中由于还包括设置于承力纤维层与第二胶粘层之间的偶联层，且该偶联层中分散有tpu，从而通过上述偶联层不仅能够起到第二胶粘层与承力纤维层之间的架桥作用；偶联层还能够起到tpu与承力纤维层之间的架桥作用，同时，tpu和用于第二胶粘层的材料极性形似，因此二者的相容性较好，那么体现在结构上就是加强了第二胶粘层和偶联层之间的界面紧密性，进而进一步提高了第二胶粘层与承力纤维层之间的结合力，从而提高了囊体材料的可靠性。

在本发明的上述囊体材料中，为了提高第二胶粘层与承力纤维层之间的结合力，在一种优选的实施方式中，形成偶联层50的底涂液包括tpu、偶联剂和溶剂。通过将tpu颗粒、偶联剂与溶剂混合，能够使底涂液更为均匀地覆盖在承力纤维层60表面，从而使偶联剂和tpu更为均匀地分散于承力纤维层60表面，进而在干燥等工艺条件后，增强了偶联剂对tpu与承力纤维层之间以及第二胶粘层与承力纤维层之间的架桥作用。为了提高tpu与偶联剂在溶剂中的分散效果，优选地，上述溶剂为乙酸乙酯或丙酮。

在上述优选的实施方式中，为了在保证tpu与偶联剂分散效果的同时提高偶联剂的架桥作用，从而进一步提高第二胶粘层与承力纤维层之间的结合力，更为优选地，上述底涂液中tpu的重量百分比含量为1～15％，偶联剂的重量百分比含量为1～5％，溶剂的重量百分比含量为80～95％。

在上述优选的实施方式中，本领域技术人员可以根据现有技术对上述底涂液中偶联剂的种类进行合理选取，为了提高偶联剂对tpu与承力纤维层之间以及第二胶粘层与承力纤维层之间的架桥作用，更为优选地，上述偶联剂选自氨基类硅烷偶联剂、环氧基类硅烷偶联剂、甲基丙烯酰氧基类硅烷偶联剂、乙烯基类硅烷偶联剂和异氰酸酯基类硅烷偶联剂中的任一种或多种，优选为氨基类硅烷偶联剂。

在上述优选的实施方式中，更为优选地，上述底涂液还包括弱酸。上述弱酸能够提升底涂液的ph值，使其呈酸性，从而在将上述底涂液涂布于承力纤维层60表面后能够轻微腐蚀纤维布表面，增加了纤维表面的粗糙度，进而实现了承力纤维层60与阻隔层30之间更好的粘接界面。

本领域技术人员可以根据现有技术对上述弱酸的种类进行合理选取，为了保证底涂液的轻微腐蚀效果，优选地，上述弱酸选自乙酸、甲酸、磷酸和碳酸中的任一种或多种；并且，为了在保证底涂液的轻微腐蚀效果的同时降低弱酸对承力纤维层60性能的影响，优选地，上述底涂液中弱酸的重量百分比含量为0.05～2％。

在本发明的上述囊体材料中，承力纤维层60可以为现有技术中常用的承力层材料，如芳纶织物层，阻隔层30能够使囊体材料具有阻气性能，减少了将上述囊体材料应用于浮空器时浮空器内部气体的泄露，上述阻隔层30可以为pet薄膜。囊体材料还可以包括：耐候层10，设置于阻隔层30的远离第二胶粘层40的一侧；第一胶粘层20，设置于耐候层10与阻隔层30之间。上述耐候层10能够使囊体材料具有耐候性，为了提高耐候层10的耐候性，上述耐候层10可以为pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)层或etfe(乙烯-四氟乙烯共聚物)层。

根据本申请的另一个方面，提供了一种上述囊体材料的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：s1，在承力纤维层的第一表面涂布底涂液并干燥，得到偶联层，底涂液包括tpu、偶联剂和溶剂；s2，在偶联层的表面涂布胶粘剂并干燥，得到第二胶粘层；s3，在第二胶粘层的表面设置阻隔层。

上述制备方法中由于先在承力纤维层的第一表面涂布包括tpu、偶联剂和溶剂的底涂液并干燥，得到偶联层，然后再在偶联层的表面涂布胶粘剂并干燥，得到第二胶粘层，最后在第二胶粘层的表面设置阻隔层，从而通过上述偶联层不仅能够起到第二胶粘层与承力纤维层之间的架桥作用；偶联层还能够起到tpu与承力纤维层之间的架桥作用，同时，tpu和用于第二胶粘层的材料极性形似，因此二者的相容性较好，那么体现在结构上就是加强了第二胶粘层和偶联层之间的界面紧密性，进而进一步提高了第二胶粘层与承力纤维层之间的结合力，从而提高了囊体材料的可靠性。

下面将结合图1更详细地描述根据本发明提供的囊体材料的制备方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

首先，执行步骤s1：在承力纤维层60的第一表面涂布底涂液并加热干燥，得到偶联层50，底涂液包括tpu、偶联剂和溶剂。通过将上述底涂液涂布于承力纤维层60的表面并加热干燥，能够使底涂液中的偶联剂起到对tpu与承力纤维层之间的架桥作用，并去除上述底涂液中的溶剂，形成覆盖于承力纤维层60表面的偶联层50。

在上述步骤s1中，为了提高偶联剂对tpu与承力纤维层之间的架桥作用，优选地，将上述底涂液以5～10m/min的速率涂布于第一表面；更为优选地，将底涂液干燥的温度为40～70℃。

在上述步骤s1之前，在一种优选的实施方式中，上述制备方法还包括制备底涂液的步骤：s01，将tpu颗粒与溶剂混合并搅拌，得到混合溶液；s02，将偶联剂与混合溶液混合并搅拌。为了提高tpu与偶联剂在溶剂中的分散效果，优选地，在上述步骤s01中，搅拌温度为50～80℃，搅拌速度为200～500rpm，搅拌时间为0.5～1.5h；并且，优选地，在上述步骤s02中，搅拌时间为0.5～1.0h。

在上述优选的实施方式中，制备得到的底涂液还可以包括弱酸，此时上述步骤s02包括将偶联剂、混合溶液和弱酸混合并搅拌。上述弱酸能够提升底涂液的ph值，使其呈酸性，从而在将上述底涂液涂布于承力纤维层60表面后能够轻微腐蚀纤维布表面，增加了纤维表面的粗糙度，进而实现了承力纤维层60与阻隔层30之间更好的粘接界面。

在执行完步骤s1之后，执行步骤s2：在偶联层50的表面涂布胶粘剂并加热干燥，得到第二胶粘层40。通过将上述胶粘剂涂布于偶联层50的表面并加热干燥，能够使底涂液中的偶联剂起到对胶粘剂与承力纤维层之间的架桥作用，同时，tpu和胶粘剂极性形似，因此二者的相容性较好，从而加强了第二胶粘层和偶联层之间的界面紧密性，进而进一步提高了第二胶粘层与承力纤维层之间的结合力。

在上述步骤s2中，本领域技术人员可以根据现有技术对上述制备第二胶粘层40的工艺条件进行合理选取，为了提高偶联层对第二胶粘层与承力纤维层之间的架桥作用，优选地，将上述胶粘剂以5～15m/min的速率涂布于偶联层50的表面；更为优选地，将胶粘剂干燥的温度为40～60℃。

在执行完步骤s2之后，执行步骤s3：在第二胶粘层40的表面设置阻隔层30。上述阻隔层30能够使囊体材料具有阻气性能，减少了将上述囊体材料应用于浮空器时浮空器内部气体的泄露。

在上述步骤s3之后，制备方法还可以包括在阻隔层的表面顺序层叠第一胶粘层20和耐候层10的步骤。上述耐候层10能够使囊体材料具有耐候性，为了提高耐候层10的耐候性，上述耐候层10可以为pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)层或etfe(乙烯-四氟乙烯共聚物)层。

在一种优选的实施方式中，囊体材料的制备方法可以包括以下步骤：开启复合设备，调整速度和烘箱温度，添加底涂液进胶槽，将承力纤维层60过胶槽，经烘箱烘干，在承力纤维层60表面得到偶联层50；添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将承力纤维层60过胶槽，经烘箱烘干，与阻隔层30复合，并收束成卷；然后，调整速度和烘箱温度，添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将承力纤维层/阻隔层过胶槽，经烘箱烘干，与耐候层10复合，并收束成卷。采用上述制备方法形成的基材层10包括顺序层叠的耐候层10、第一胶粘层20、阻隔层30、第二胶粘层40、偶联层50和承力纤维层60。

根据本发明的再一方面，提供了一种浮空器，包括囊体，囊体由上述囊体材料制备而成。由于形成上述浮空器的囊体材料还包括设置于承力纤维层与第二胶粘层之间的偶联层，且该偶联层中分散有tpu颗粒，从而通过上述偶联层不仅能够起到第二胶粘层与承力纤维层之间的架桥作用；偶联层还能够起到tpu颗粒与承力纤维层之间的架桥作用，同时，tpu颗粒和用于第二胶粘层的材料极性形似，因此二者的相容性较好，那么体现在结构上就是加强了第二胶粘层和偶联层之间的界面紧密性，进而进一步提高了第二胶粘层与承力纤维层之间的结合力，从而提高了囊体材料的可靠性。

下面将结合实施例进一步说明本申请提供的囊体材料及其制备方法。

实施例1

本实施例提供的囊体材料的制备方法的步骤包括：

在100l加热容器中，加入氨基类硅烷偶联剂(kh550)、tpu颗粒和乙酸乙酯，升温至45℃并搅拌，搅拌温度为55℃，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为0.5h，制备得到底涂液，底涂液中tpu的重量百分比含量为2％，偶联剂的重量百分比含量为20％，溶剂的重量百分比含量为78％。

开启复合设备，调整复合机速度4m/min，烘箱温度设置为35℃，添加底涂液进胶槽，将芳纶织物层过胶槽，经烘箱烘干；调整复合机速度4m/min，烘箱温度设置为35℃，添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将承力纤维层过胶槽，经烘箱烘干，与15μm的pet薄膜复合，复合温度为100℃，压力设置为0.4mpa，收束成卷；调整复合机速度10m/min，烘箱温度设置为40℃，添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将承力层/阻隔层过胶槽，经烘箱烘干，与15μm的etfe薄膜复合，复合温度为80℃，压力设置为0.2mpa，收束成卷。

实施例2

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例1的区别在于：

底涂液中tpu的重量百分比含量为1％，偶联剂的重量百分比含量为4％，溶剂的重量百分比含量为95％。

实施例3

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例1的区别在于：

底涂液中tpu的重量百分比含量为10％，偶联剂的重量百分比含量为10％，溶剂的重量百分比含量为80％。

实施例4

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例1的区别在于：

底涂液中tpu的重量百分比含量为7％，偶联剂的重量百分比含量为1％，溶剂的重量百分比含量为92％。

实施例5

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例1的区别在于：

上述底涂液还包括乙酸，底涂液中tpu的重量百分比含量为5％，偶联剂的重量百分比含量为2％，溶剂的重量百分比含量为90％，乙酸的重量百分比含量为3％。

实施例6

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例5的区别在于：

底涂液中tpu的重量百分比含量为3.95％，偶联剂的重量百分比含量为6％，溶剂的重量百分比含量为90％，乙酸的重量百分比含量为0.05％。

实施例7

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例5的区别在于：

底涂液中tpu的重量百分比含量为8％，偶联剂的重量百分比含量为5％，溶剂的重量百分比含量为85％，乙酸的重量百分比含量为2％。

实施例8

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例7的区别在于：

将tpu颗粒与乙酸乙酯混合并搅拌，得到混合溶液，搅拌温度为50℃，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为0.5h，将偶联剂、乙酸与混合溶液混合并搅拌，搅拌时间为0.5h，得到底涂液。

实施例9

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例7的区别在于：

将tpu颗粒与乙酸乙酯混合并搅拌，得到混合溶液，搅拌温度为80℃，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为1.5h，将偶联剂、乙酸与混合溶液混合并搅拌，搅拌时间为1.0h，得到底涂液。

实施例10

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例7的区别在于：

将tpu颗粒与乙酸乙酯混合并搅拌，得到混合溶液，搅拌温度为60℃，搅拌速度为350rpm，搅拌时间为1.0h，将偶联剂、乙酸与混合溶液混合并搅拌，搅拌时间为0.8h，得到底涂液。

实施例11

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例10的区别在于：

开启复合设备，调整复合机速度5m/min，烘箱温度设置为40℃，添加底涂液进胶槽，将芳纶织物层过胶槽，经烘箱烘干。

实施例12

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例10的区别在于：

开启复合设备，调整复合机速度10m/min，烘箱温度设置为70℃，添加底涂液进胶槽，将芳纶织物层过胶槽，经烘箱烘干。

实施例13

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例12的区别在于：

调整复合机速度5m/min，烘箱温度设置为40℃，添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将芳纶织物层过胶槽，经烘箱烘干，与阻隔层复合。

实施例14

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例12的区别在于：

调整复合机速度5m/min，烘箱温度设置为60℃，添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将芳纶织物层过胶槽，经烘箱烘干，与阻隔层复合。

实施例15

本实施例提供的囊体材料的制备方法与实施例12的区别在于：

开启复合设备，调整复合机速度7m/min，烘箱温度设置为55℃，添加底涂液进胶槽，将芳纶织物层过胶槽，经烘箱烘干；调整复合机速度10m/min，烘箱温度设置为50℃，添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将芳纶织物层过胶槽，经烘箱烘干，与pet薄膜复合。

对比例1

本对比例提供的囊体材料的制备方法的步骤包括：

开启复合设备，调整复合机速度4m/min，烘箱温度设置为35℃，添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将芳纶织物层过胶槽，经烘箱烘干，与15μm的pet薄膜复合，复合温度为100℃，压力设置为0.4mpa，收束成卷；调整复合机速度10m/min，烘箱温度设置为40℃，添加聚氨酯胶黏剂进胶槽，将承力层/阻隔层过胶槽，经烘箱烘干，与15μm的etfe薄膜复合，复合温度为80℃，压力设置为0.2mpa，收束成卷。

对上述实施例1至15及对比例1提供的囊体材料中承力层与阻隔层之间的附着力进行测试，测试结果如下表所示。

从上表可以看出，相比于对比例1，本申请实施例1至15提供的囊体材料中承力层与阻隔层之间具有更高的附着力，从而提高了囊体材料的可靠性。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：囊体材料包括设置于承力纤维层与第二胶粘层之间的偶联层，该偶联层中分散有tpu颗粒，从而通过上述偶联层不仅能够起到第二胶粘层与承力纤维层之间的架桥作用；偶联层还能够起到tpu颗粒与承力纤维层之间的架桥作用，同时，tpu和用于第二胶粘层的材料极性形似，因此二者的相容性较好，那么体现在结构上就是加强了第二胶粘层和偶联层之间的界面紧密性，进而进一步提高了第二胶粘层与承力纤维层之间的结合力，从而提高了囊体材料的可靠性。

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