一种囊体材料及其制备方法、囊体、浮空器与流程

1.本发明涉及浮空器技术领域，尤其是一种囊体材料及其制备方法、囊体、浮空器。

背景技术：

2.临近空间浮空器在飞机和卫星之间的空域具有广阔的应用，包括对地观测、导弹预警、通信中继等方面。囊体材料作为浮空器的主要结构材料，近年来成为国内外研究的热点。由于临近空间强烈的紫外线、臭氧环境和高低温交变等恶劣环境，要求囊体材料具有较好的耐候性；囊体内部充满大量气体，要求囊体材料具有较高的强度和阻隔性。
3.目前的囊体材料由耐候层、阻隔层、承力层、粘接层和热合层涂覆层压复合而成，可以满足多个性能指标的要求。但是此种方法将多种材料粘接层压在一起，始终存在界面相容的问题。多种材料粘接在一起，就存在多个界面，这些界面在加工和使用过程容易脱层，存在巨大的隐患；并且囊体材料的重量大大的增加，成本较高。

技术实现要素：

4.本发明提供一种囊体材料及其制备方法、囊体、浮空器，用于克服现有技术中由于多层粘接导致易脱层、重量大、成本高等缺陷。
5.为实现上述目的，本发明提出一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
6.s1：称取无机添加剂和短纤维，加入到耐候阻隔树脂溶液中，分散均匀，得到混合液；
7.s2：将所述混合液涂覆在基底上，预固化，得到固化膜；
8.s3：对所述固化膜进行热压成型，得到一体成型的囊体材料。
9.为实现上述目的，本发明还提出一种囊体材料，由上述所述制备方法制备得到；所述囊体材料一体成型，面密度≤120g/m2，断裂拉伸强度≥800n/cm，透氦率≤1l/(m2.24h.atm)。
10.为实现上述目的，本发明还提出一种囊体，所述囊体由上述所述制备方法制备得到的囊体材料或者上述所述囊体材料制成。
11.为实现上述目的，本发明还提出一种浮空器，包括上述所述的囊体。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果有：
13.本发明提供的囊体材料的制备方法摒弃了传统囊体材料层压粘接成型的方法，而是将耐候阻隔树脂、无机添加剂和短纤维等多种功能材料混合在一起，分散均匀，预固化、热压成型，得到了一体化的囊体材料，选取具有耐候和阻隔双功能的树脂，同时使用短纤维增强，减少纤维用量，制备工艺简单，减少了层压粘接界面，从而使得到的囊体材料性能更加优良，且具有轻量化和经济性优势。
具体实施方式
14.下面将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
例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
15.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
16.无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
17.本发明提出一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
18.s1：称取无机添加剂和短纤维，加入到耐候阻隔树脂溶液中，分散均匀，得到混合液。
19.s2：将所述混合液涂覆在基底上，预固化，得到固化膜。
20.s3：对所述固化膜进行热压成型，得到一体成型的囊体材料。
21.优选地，在步骤s1中，所述无机添加剂的用量为耐候阻隔树脂溶液质量的2～5％；所述短纤维的用量为耐候阻隔树脂溶液质量的15～30％。无机添加剂为了更好的提高耐候性，过量会影响强度。短纤维用量少强度不够，用量多面密度过大。
22.优选地，在步骤s1中，所述无机添加剂为二氧化钛、氧化锌、二氧化硅和石墨烯中的至少一种；所述短纤维为芳纶纤维、聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、pbo纤维中的至少一种。无机添加剂可以反射太阳光或吸收紫外线，提升耐候性。而这几种纤维为质轻强度大。
23.优选地，在步骤s1中，所述短纤维的直径为18～50μm；所述短纤维的长度为19mm和9mm中的至少一种。短纤维方便加工，分散均匀，太长无法分散，短了起不到增强的作用。
24.优选地，在步骤s1中，所述耐候阻隔树脂溶液中耐候阻隔树脂的浓度为20～50％；所述耐候阻隔树脂为聚酰胺酸、聚氨酯预聚物中的至少一种。
25.优选地，在步骤s2中，所述预固化的温度为80～100℃，时间为1-3h；所述固化膜的厚度为80～100μm。预固化以让树脂溶液成一片湿膜，初步除掉溶剂，方便后续压制成型。
26.优选地，在步骤s3中，所述热压成型的压力为10～15mpa、时间为1～2h、温度为100～200℃。温度根据树脂的成型温度和溶剂的沸点确定，压力和时间根据囊体材料的性能确定。
27.本发明还提出一种囊体材料，由上述所述制备方法制备得到；所述囊体材料一体成型，面密度≤120g/m2，断裂拉伸强度≥800n/cm，透氦率≤1l/(m2.24h.atm)。
28.本发明还提出一种囊体，所述囊体由上述所述制备方法制备得到的囊体材料或者上述所述囊体材料制成。
29.本发明还提出一种浮空器，包括上述所述的囊体。
30.实施例1
31.本实施例提供一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
32.常温下将5g的二氧化钛、20g的直径为18μm、规格为9mm的聚芳酯纤维加入到100g聚酰胺酸溶液中，在分散速度2000r/min下混合5min，用涂布器在玻璃片上涂覆90μm后的膜，然后放入鼓风烘箱中在90℃下固化2h，预固化完毕将膜分离，然后将膜在热压机上进行固化成型，固化压力为10mpa、时间为1h、温度为150℃，降温得到一体化囊体材料。
33.实施例2
34.本实施例提供一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
35.常温下将5g的二氧化硅、20g的直径为18μm、规格为9mm的聚酰亚胺纤维加入到100g聚酰胺酸溶液中，在分散速度2000r/min下混合5min，用涂布器在玻璃片上涂覆90μm后的膜，然后放入鼓风烘箱中在90℃下固化2h，预固化完毕将膜分离，然后将膜在热压机上进行固化成型，固化压力为10mpa、时间为1h、温度为150℃，降温得到一体化囊体材料。
36.实施例3
37.本实施例提供一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
38.常温下将5g的石墨烯、20g的直径为18μm、规格为9mm的pbo纤维加入到100g聚氨酯预聚物中，在分散速度2000r/min下混合5min，用涂布器在玻璃片上涂覆90μm后的膜，然后放入鼓风烘箱中在90℃下固化2h，预固化完毕将膜分离，然后将膜在热压机上进行固化成型，固化压力为10mpa、时间为1h、温度为200℃，降温得到一体化囊体材料。
39.实施例4
40.本实施例提供一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
41.常温下将5g的氧化锌、20g的直径为18μm、规格为9mm的超高分子量聚乙烯纤维加入到100g聚氨酯预聚物中，在分散速度2000r/min下混合5min，用涂布器在玻璃片上涂覆90μm后的膜，然后放入鼓风烘箱中在100℃下固化2h，预固化完毕将膜分离，然后将膜在热压机上进行固化成型，固化压力为10mpa、时间为1h、温度为180℃，降温得到一体化囊体材料。
42.对比例1
43.本对比例提供一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
44.选用添加有氧化锌的聚氨酯膜为耐候膜(厚度10μm)，选用聚酰亚胺膜为阻隔膜(厚度25μm)，选用tpu热熔胶为胶黏剂，选用超高分子量聚乙烯纤维编织布为承力层(面密度110g/m2)，然后从上往下按照耐候膜、胶黏剂、阻隔膜、胶黏剂和承力层的顺序，进行涂覆复合，最后层压成型得到囊体复合材料。
45.对比例2
46.本对比例提供一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
47.选用添加有二氧化硅的聚氨酯膜为耐候膜(厚度15μm)，选用聚酰亚胺膜为阻隔膜(厚度25μm)，选用tpu热熔胶为胶黏剂，选用聚芳酯纤维编织布为承力层(面密度100g/m2)，然后从上往下按照耐候膜、胶黏剂、阻隔膜、胶黏剂和承力层的顺序，进行涂覆复合，最后层压成型得到囊体复合材料。
48.对比例3
49.本对比例提供一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
50.选用添加有石墨烯的聚酰亚胺膜为耐候膜(厚度10μm)，选用聚氨酯膜为阻隔膜(厚度25μm)，选用tpu热熔胶为胶黏剂，选用pbo纤维编织布为承力层(面密度120g/m2)，然后从上往下按照耐候膜、胶黏剂、阻隔膜、胶黏剂和承力层的顺序，进行涂覆复合，最后层压成型得到囊体复合材料。
51.对比例4
52.本对比例提供一种囊体材料的制备方法，包括以下步骤：
53.选用添加有二氧化钛的聚酰亚胺为耐候膜(厚度10μm)，选用聚氨酯膜为阻隔膜
(厚度25μm)，选用tpu热熔胶为胶黏剂，选用芳纶纤维编织布为承力层(面密度110g/m2)，然后从上往下按照耐候膜、胶黏剂、阻隔膜、胶黏剂和承力层的顺序，进行涂覆复合，最后层压成型得到囊体复合材料。
54.将上述实施例和对比例得到的囊体材料进行面密度、断裂拉伸强度和透氦率测试。面密度用gb/t 4669-2008进行测试、断裂拉伸强度按照gb/t 8949-2008进行测试、透氦率按照gb/t 1038-2000进行测试。性能对比见下表：
[0055][0056]
由上表可知，采用本发明提供的制备方法制备得到的囊体材料拉伸强度由明显提升，并且面密度和透氦率得到了很好的控制，在临近空间浮空器中具有广阔的应用前景。
[0057]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种囊体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：称取无机添加剂和短纤维，加入到耐候阻隔树脂溶液中，分散均匀，得到混合液；s2：将所述混合液涂覆在基底上，预固化，得到固化膜；s3：对所述固化膜进行热压成型，得到一体成型的囊体材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述无机添加剂的用量为耐候阻隔树脂溶液质量的2～5％；所述短纤维的用量为耐候阻隔树脂溶液质量的15～30％。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述无机添加剂为二氧化钛、氧化锌、二氧化硅和石墨烯中的至少一种；所述短纤维为芳纶纤维、聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、pbo纤维中的至少一种。4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述短纤维的直径为18～50μm；所述短纤维的长度为19mm和9mm中的至少一种。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述耐候阻隔树脂溶液中耐候阻隔树脂的浓度为20～50％；所述耐候阻隔树脂为聚酰胺酸、聚氨酯预聚物中的至少一种。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述预固化的温度为80～100℃，时间为1-3h；所述固化膜的厚度为80～100μm。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述热压成型的压力为10～15mpa、时间为1～2h、温度为100～200℃。8.一种囊体材料，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到；所述囊体材料一体成型，面密度≤120g/m2，断裂拉伸强度≥800n/cm，透氦率≤1l/(m2.24h.atm)。9.一种囊体，其特征在于，所述囊体由权利要求1～7中任一项所述制备方法制备得到的囊体材料或者权利要求8所述囊体材料制成。10.一种浮空器，其特征在于，包括权利要求9所述的囊体。