一种平流层飞艇用柔性蒙皮材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及临近空间飞艇领域，更具体地说，涉及一种平流层飞艇用柔性蒙皮材料及其制备方法。


背景技术：

2.由于飞艇在严酷环境条件下工作，对蒙皮材料的性能提出了很高的要求，一般要求有高强度、高比强度(强度与面密度之比)、高模量、高比刚度(模量与密度之比)，抗老化力强，抗撕裂、抗氦渗透和低蠕变特性。其中蒙皮材料的高强度决定了飞艇可以达到的最大直径；高比强度可以减少因材料重力造成的浮力损失，从而可以达到平流层高度；高比刚度可以使飞艇变形小，蠕变小，从而延长在低气压环境中的使用寿命，同时蒙皮材料的耐候性和阻氦性对蒙皮材料性能也很重要。
3.现有的柔性蒙皮材料主要包含：防护层、阻隔层、粘结层、承力层、焊接层等，需多层复合或涂布多层复合，复合次数多，工艺复杂，工艺稳定性与可控性降差，且多层复合的蒙皮材料面密度大，降低蒙皮材料面密度艰难，耐环境性能差，经紫外、高低温等后，材料力学、热封、气体阻隔性能均下降或失效，另外蒙皮材料大多采用进口原材料，原料受控。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种平流层飞艇用柔性蒙皮材料及其制备方法。
5.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
6.一种平流层飞艇用柔性蒙皮材料，包括多层结构，所述多层结构从上至下依次包括第一多层复合膜、第一粘结层、承力层、第二粘结层和第二多层复合膜，所述第一多层复合膜与承力层之间通过第一粘结层粘接，所述承力层与第二多层复合膜之间通过第二粘结层粘接，所述第一多层复合膜和第二多层复合膜包括防护层和阻隔层，所述第一多层复合膜由防护层与阻隔层一体化复合构成。
7.作为本发明进一步的方案：所述防护层材料为氟树脂或改性氟树脂，包括聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氟乙烯(pvf)、乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)中的一种或几种的混合物或改性聚合物，其中应用的改性剂包括，紫外线屏蔽剂、抗氧剂、抗静电剂和交联剂其中一种或几种；
8.所述阻隔层为未改性或改性材料，包括包括乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)、聚乙烯醇树脂(pva)、尼龙(pa)、聚偏二氯乙烯(pvdc)塑料中的一种或几种的混合物或经改性后的聚合物。
9.作为本发明进一步的方案：所述承力层的材料为碳纤维、芳纶ⅱ(kevlar) 纤维、芳纶ⅲ(对位芳杂环共聚酰胺纤维)、液晶纤维(vectran)、聚酰亚胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种，面密度为50～240g/m2。
10.作为本发明进一步的方案：所述第一粘结层和第二粘结层的材料均为环保型粘结
剂，包括聚氨酯类粘结剂等，粘结力大于5n/cm。
11.本发明要解决的另一技术问题是提供一种平流层飞艇用柔性蒙皮材料的制备方法，包括以下步骤：
12.s1、第一多层复合膜、第二多层复合膜的制备：采用高性能氟树脂多层共挤技术(流延或吹膜)，将防护材料的氟树脂与阻隔材料的树脂经挤出机多层共挤，制备出外层为防护、内层为阻隔+高阻隔的多层薄膜结构，达到防护层与阻隔层一体化的效果，经表面电晕处理、双镜面镀铝，获得合格的薄膜；
13.s2、将步骤s1所得的第一多层复合膜、第二多层复合膜处理好后，利用环保型聚氨酯粘结剂与承力层的材料双面粘结到一起，常温自然固化或高温固化，即可得到蒙皮材料，蒙皮材料面密度在50-240g/m2；强度大于500n/cm；氦气渗漏性低于0.2l/m2d
·
a。
14.作为本发明进一步的方案：所述氟树脂可为改性树脂，通过添加紫外线屏蔽剂、有机或无机类化合物进行改性，起到反射或吸收紫外线的功能。
15.作为本发明进一步的方案：所述步骤s1的预热温度为240℃～320℃，工艺温度为240℃～320℃。
16.作为本发明进一步的方案：所述第一多层复合膜、第二多层复合膜厚度为5μm～300μm。
17.作为本发明进一步的方案：所述电晕处理形成的电晕层表面用于进行印刷或复合操作的步骤。
18.作为本发明进一步的方案：所述高温固化温度不低于80℃，所述蒙皮材料的平面度误差不大于
±
0.5％。
19.相比于现有技术，本发明的优点在于：
20.(1)本方案采用多层共挤技术(流延或吹膜)，制备高性能含氟树脂的多层复合膜，实现了防护层与阻隔层一体化的目标，降低了蒙皮材料的面密度，提高蒙皮材料的综合性能，以更有效地提高与承力层、粘结层之间的面结合能，从而使蒙皮材料满足高阻氦和高强度的同时，兼具低面密度和高抗撕裂性能，进而使平流层飞艇的高空服役寿命更长。
21.(2)本方案减少了加工步骤，降低了工艺控制难度，降低生产成本，且本发明的复合膜、承力层、粘结层的材料均为国内生产制造，原材料现有可控。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意图；
23.图2为本发明第一多层复合膜的内部结构示意图；
24.图3为本发明第二多层复合膜的内部结构示意图。
25.图中标号说明：
26.1、第一多层复合膜；2、第一粘结层；3、承力层；4、第二粘结层；5、第二多层复合膜。
具体实施方式
27.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，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1-3，一种平流层飞艇用柔性蒙皮材料，包括多层结构，多层结构从上至下依次包括第一多层复合膜1、第一粘结层2、承力层3、第二粘结层4和第二多层复合膜5，第一多层复合膜1与承力层3之间通过第一粘结层 2粘接，承力层3与第二多层复合膜5之间通过第二粘结层4粘接，第一多层复合膜1和第二多层复合膜5包括防护层和阻隔层一体化复合构成。
29.其中，防护层材料为氟树脂或改性氟树脂，包括聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氟乙烯(pvf)、乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)中的一种或几种的混合物或改性聚合物，其中应用的改性剂包括，紫外线屏蔽剂、抗氧剂、抗静电剂和交联剂其中一种或几种；
30.阻隔层为未改性或改性材料，包括包括乙烯-乙烯醇共聚物(evoh)、聚乙烯醇树脂(pva)、尼龙(pa)、聚偏二氯乙烯(pvdc)塑料中的一种或几种的混合物或经改性后的聚合物。
31.承力层3的材料为碳纤维、芳纶ⅱ(kevlar)纤维、芳纶ⅲ(对位芳杂环共聚酰胺纤维)、液晶纤维(vectran)、聚酰亚胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种，面密度为50～ 240g/m2。
32.第一粘结层2和第二粘结层4的材料均为环保型粘结剂，包括聚氨酯类粘结剂等，粘结力大于5n/cm。
33.本发明要解决的另一技术问题是提供一种平流层飞艇用柔性蒙皮材料的制备方法，包括以下步骤：
34.s1、第一多层复合膜1、第二多层复合膜5的制备：采用高性能氟树脂多层共挤技术(流延或吹膜)，将防护材料的氟树脂与阻隔材料的树脂经挤出机多层共挤，制备出外层为防护、内层为阻隔+高阻隔的多层薄膜结构，达到防护层与阻隔层一体化的效果，经表面电晕处理、双镜面镀铝，获得合格的薄膜；
35.s2、将步骤s1所得的第一多层复合膜1、第二多层复合膜5处理好后，利用环保型聚氨酯粘结剂与承力层3的材料双面粘结到一起，常温自然固化或高温固化，即可得到蒙皮材料，蒙皮材料面密度在50-240g/m2；强度大于 500n/cm；氦气渗漏性低于0.2l/m2d
·
a。
36.其中，氟树脂可为改性树脂，通过添加紫外线屏蔽剂、有机或无机类化合物进行改性，起到反射或吸收紫外线的功能；电晕处理形成的电晕层表面用于进行印刷或复合操作的步骤。
37.另外，步骤s1的预热温度为240℃～320℃，工艺温度为240℃～320℃。
38.需要说明的是，第一多层复合膜1、第二多层复合膜5厚度为5μm～300 μm，高温固化温度不低于80℃，蒙皮材料的平面度误差不大于
±
0.5％。
39.本发明制得的蒙皮材料中的防护层与阻隔层一体化设计制备，得到第一多层复合膜1、第二多层复合膜5，以更有效地提高承力层3、第一粘结层2、第二粘结层4与第一多层复合膜1、第二多层复合膜5之间的面结合能，从而使蒙皮材料满足高阻氦和高强度的同时，兼具低面密度和高抗撕裂性能，进而使平流层飞艇的高空服役寿命更长，还减少了加工步骤，降低生产成本，承力层、粘结层的材料均为国内生产制造，原材料现有可控；本方案制得的蒙皮材料能满足以下的优点：
40.1.强度高；驻空阶段，飞艇囊体内外压差昼夜相差一千多帕，所以要求蒙皮材料强
度能够耐受住这样的拉力，平流层飞艇蒙皮材料的强度大于 500n/cm，(按200m级，数十万立方米容积的飞艇，内外压差约为3％，安全系数约为113～117)；
41.2.质量轻，≤240g/m2，如果过高的材料面密度使飞艇的净浮力极大地丧失，难以升到平流层高度；
42.3.耐环境(耐候性)性能好，环境因素包括高低温、湿度、超强紫外线辐射、耐臭氧、太阳辐射等；
43.4.阻氦气渗漏性能强，不论平流层飞艇采用氢气或氦气为浮升气体，都需长期工作，阻氦气渗漏性能显得十分非常重要、由于氢气分子比氦气分子更小，采用氢气为浮升气体时对材料阻渗漏性能要求会更高，平流层飞艇蒙皮材料阻氦气渗漏性能应低于0.2l/m2d
·
a；气体泄露率的要求与驻空时间是有关的，驻空越长，泄露率要越低，才能保证足够的浮力；
44.5.其它性能，如抗皱折、为保持飞艇外型所需的抗蠕变性能、连接工艺性及易于修补性能优良；
45.6.成本低。
46.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。