用于平流层飞艇的蒙皮材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了用于平流层飞艇的蒙皮材料及其制备方法。该蒙皮材料包括依次层叠设置的耐候层、阻隔层、粘合层、锚接层和承力层，其中，锚接层由等离子处理过的纳米氧化物杂化改性的水性粘合剂组成。本发明专利技术所提出的蒙皮材料，通过锚接层将粘接层与承力层复合到一起，且锚接层的表面经过等离子体改性，如此，锚接层可以更有效地提高承力层与粘合层之间的面结合能，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。

【技术实现步骤摘要】
用于平流层飞艇的蒙皮材料及其制备方法
本专利技术涉及涂覆材料
，具体的，本专利技术涉及用于平流层飞艇的蒙皮材料及其制备方法。
技术介绍
目前，平流层飞艇依靠高性能的蒙皮材料和程序自动化的控制及动力系统，已进入广泛的军事、民用等领域。由于飞艇长期在平流层这种特殊的环境中工作，昼夜温差大且空气稀薄，所以需要其蒙皮材料必须具有较低的面密度、极佳的氦气阻隔性能以及优异的力学强度。单一的材料结构无法高质量地完成飞艇的多项性能指标，现有的蒙皮材料结构一般包括支撑层、粘合层、阻氦层、粘合层和耐候层。其中，高强纤维具有高比强度、高比弹性模量、良好的抗冲击性等优良的力学性能，而被用作蒙皮材料的承力层。但是，纤维的表面化学惰性大，与粘合层树脂的相互作用仅仅局限于较弱的次级原子力作用，而导致界面粘接性较差，从而无法保证在纤维破坏前均匀、有效地传递载荷，因此，改善承力层与粘合层界面结合状况是提高蒙皮材料整体力学性能的关键。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人的下列发现而完成的：本专利技术人在研究过程中，提出一种新的蒙皮材料结构，通过锚接层将承力层与粘接层复合到一起，且经过等离子体处理表面改性后的锚接层，可以更有效地提高承力层与粘合层之间的面结合能，从而使蒙皮材料的力学强度高、氦气渗透率低的同时，抗撕裂能力更优且质量更轻。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种用于平流层飞艇的蒙皮材料。根据本专利技术的实施例，所述蒙皮材料包括依次层叠设置的耐候层、阻隔层、粘合层、锚接层和承力层，其中，所述锚接层由等离子处理过的纳米氧化物杂化改性的水性粘合剂组成。本专利技术实施例的蒙皮材料，通过锚接层将粘接层与承力层复合到一起，且锚接层的表面经过等离子体改性，如此，锚接层可以更有效地提高承力层与粘合层之间的面结合能，从而使蒙皮材料满足高阻氦性和高强度的同时，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。另外，根据本专利技术上述实施例的蒙皮材料，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，所述水性粘合剂中纳米氧化硅的添加量为0.1～1wt.％。根据本专利技术的实施例，形成所述耐候层的材料包括聚偏氟乙烯膜、乙烯-四氟乙烯共聚物膜和聚酰亚胺膜中的一种，且所述耐候层的厚度为10～30微米。根据本专利技术的实施例，形成所述阻隔层的材料包括热固化后的0.5～15重量份的含羟基的水溶性聚合物、0.1～15重量份的纳米氧化物、0.01～2重量份的石墨烯和0.01～5重量份的有机硅氧烷类偶联剂，且所述阻隔层的厚度为0.1～3微米。根据本专利技术的实施例，形成所述粘合层的材料包括聚氨酯粘合剂，且所述粘合层的厚度为10～30微米。根据本专利技术的实施例，形成所述承力层的材料包括Vectran纤维、聚酰亚胺纤维、Kevlar纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种，且所述承力层的面密度为80～120g/m2。在本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种用于平流层飞艇的蒙皮材料的制备方法。根据本专利技术的实施例，所述制备方法包括：(1)在电晕处理后的耐候层的表面，涂布形成阻隔层；(2)在所述阻隔层远离所述耐候层的表面，涂布形成粘合层；(3)在承力层的表面，涂布形成锚接层；(4)将所述锚接层远离所述承力层的表面与所述粘合层远离所述阻隔层的表面进行复合，以获得所述蒙皮材料。采用本专利技术实施例的制备方法，通过锚接层将粘合层与承力层复合到一起，如此，可以获得高强度、高阻氦性、轻质且高抗撕裂的蒙皮材料，并且，制备工艺更简单且易于实现。另外，根据本专利技术上述实施例的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的实施例，步骤(1)包括：(1-1)配制阻隔层涂布液，其中，所述阻隔层涂布液包括含羟基的水溶性聚合物、纳米氧化物、石墨烯、有机硅氧烷类偶联剂和溶剂；(1-2)将所述阻隔层涂布液涂布在所述耐候层的表面，并进行热固化形成阻隔层。根据本专利技术的实施例，步骤(3)包括：(3-1)配制锚接层涂布液，其中，所述锚接层涂布液包括纳米氧化物、水性粘合剂、水性粘合剂固化剂和去离子水；(3-2)将所述锚接层涂布液涂布在承力层的表面，并进行干燥形成锚接层；(3-3)对所述锚接层远离所述承力层的表面进行等离子处理。根据本专利技术的实施例，所述等离子处理的功率为0.1～2kW、时间为10～30s。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：图1是本专利技术一个实施例的蒙皮材料的截面结构示意图；图2是本专利技术一个实施例的蒙皮材料的制备方法的流程示意图。附图标记1耐候层2阻隔层3粘合层4锚接层5承力层具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，本
人员会理解，下面实施例旨在用于解释本专利技术，而不应视为对本专利技术的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种用于平流层飞艇的蒙皮材料。根据本专利技术的实施例，参考图1，蒙皮材料包括依次层叠设置的耐候层1、阻隔层2、粘合层3、锚接层4和承力层5，其中，锚接层4是由等离子处理过的纳米氧化物杂化改性的水性粘合剂组成的。本专利技术的专利技术人在研究过程中发现，可以提高承力层5纤维与粘合层3树脂之间的界面粘结性能的方法主要有两种：第一种通过对纤维表面进行化学反应或紫外线等改性处理，但是反应条件过高或不可避免地对纤维本体强度造成伤害，所以工业化、连续化的实现难度较大；第二种在两者之间引入界面层，可以将纤维与树脂结合为整体而共同承受外加载荷，但是对界面结合性能的改善仍不理想。所以，专利技术人在粘合层3和承力层5之间增设锚接层4，其中，锚接层4由纳米氧化物杂化改性的水性粘合剂组成，且锚接层4靠近粘合层3的表面还被等离子处理过，如此，在承力层上设置锚接层并辅助等离子体处理的方式，一方面能够对承力层的纤维起到一定的固定作用，避免纤维出现滑移对力学性能造成影响；另一方面通过对纤维表面的包覆，避免了纤维表面直接受到离子作用力的轰击而造成本体强度下降，同时还能促进纤维表面与锚接层中纳米氧化物在等离子体作用下自由基的化学键合，从而明显增加纤维织物与锚接层树脂的结合力。在本专利技术的一些实施例中，形成锚接层4的水性粘合剂中的纳米氧化硅的添加量可以为0.1～1wt.％，具体例如0.5～1wt.％，如此，选择纳米氧化硅作为掺杂材料并采用上述的添加量，可使锚接层4的粘结牢度更好，从而使蒙皮材料的撕裂强度可以达到1100N以上。其中，水性粘合剂可以选择单组份和双组分的水性聚氨酯胶黏剂中的至少一种；而对于纳米氧化物的添加量，若加入量少于0.1wt.％则锚接层与承力层无法形成足够多的化学键合，若加入量多于1wt.％则反而会影响纳米氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于平流层飞艇的蒙皮材料，其特征在于，包括依次层叠设置的耐候层、阻隔层、粘合层、锚接层和承力层，其中，所述锚接层由等离子处理过的纳米氧化物杂化改性的水性粘合剂组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于平流层飞艇的蒙皮材料，其特征在于，包括依次层叠设置的耐候层、阻隔层、粘合层、锚接层和承力层，其中，所述锚接层由等离子处理过的纳米氧化物杂化改性的水性粘合剂组成。


2.根据权利要求1所述的蒙皮材料，其特征在于，所述水性粘合剂中纳米氧化硅的添加量为0.1～1wt.％。


3.根据权利要求1所述的蒙皮材料，其特征在于，形成所述耐候层的材料包括聚偏氟乙烯膜、乙烯-四氟乙烯共聚物膜和聚酰亚胺膜中的一种，且所述耐候层的厚度为10～30微米。


4.根据权利要求1所述的蒙皮材料，其特征在于，形成所述阻隔层的材料包括热固化后的0.5～15重量份的含羟基的水溶性聚合物、0.1～15重量份的纳米氧化物、0.01～2重量份的石墨烯和0.01～5重量份的有机硅氧烷类偶联剂，且所述阻隔层的厚度为0.1～3微米。


5.根据权利要求1所述的蒙皮材料，其特征在于，形成所述粘合层的材料包括聚氨酯粘合剂，且所述粘合层的厚度为10～30微米。


6.根据权利要求1所述的蒙皮材料，其特征在于，形成所述承力层的材料包括Vectran纤维、聚酰亚胺纤维、Kevlar纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种，且所述承力层的面密度为80～120...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑燕，纪雪梅，刘军虎，宋鑫，陈帅，李雅男，刘贤豪，臧立恒，程媛，
申请(专利权)人：中国乐凯集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13