技术领域
[0001] 本
发明涉及浮空器制造技术领域，具体而言，涉及一种平流层浮空器蒙皮及其制备方法。
背景技术
[0002] 平流层浮空器是随着科学技术不断发展起来的一种新型近空间多功能飞行平台。它不同于飞行在航空层中的飞机、低空浮空器,也不同于工作在低轨道上的卫星,它有非常广泛的军事及民用价值，例如在导弹防御、反恐、通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。
[0003] 蒙皮作为浮空器的主要结构，其性能的高低直接影响了浮空器的应用性能。平流层浮空器飞行高度一般在18～24km附近，该区域空气稀薄，
密度大约是地表空气密度的1/14，太阳光的辐照强度要比低空环境强很多。而蒙皮接收太阳光照射的部分的升温速率较快，如果没有良好的导热性，便极易导致蒙皮中的气体因为受热不均匀而发生局部涨破。
发明内容
[0004] 本发明的主要目的在于提供一种平流层浮空器蒙皮及其制备方法，以解决
现有技术中平流层浮空器蒙皮导热性差而容易在太阳光的照射下局部涨破的问题。
[0005] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种平流层浮空器蒙皮，其依序包括耐候层、第一阻气层及承
力层；其中，第一阻气层包括：
镀铝PET层具有第一表面和远离第一表面的第二表面，第一表面为镀铝PET层中镀铝层的外表面，第二表面为镀铝PET层中PET层的外表面；以及位于镀铝PET层的第一表面上的第一
石墨烯-
树脂层，和/或位于镀铝PET层的第二表面上的第二
石墨烯-树脂层。
[0006] 进一步地，镀铝PET层的厚度范围为15～35μm，第一石墨烯-树脂层的厚度范围为25～35μm，第二石墨烯-树脂层的厚度范围为25～35μm。
[0007] 进一步地，第一石墨烯-树脂层和/或第二石墨烯-树脂层为石墨烯-光敏树脂胶层。
[0008] 进一步地，平流层浮空器蒙皮还包括设置于承力层远离第一阻气层一侧的第二阻气层，第二阻气层为石墨烯-热塑性聚
氨酯胶层。
[0009] 进一步地，第二阻气层的厚度范围为8～35μm。
[0010] 进一步地，耐候层为ETFE层，和/或承力层为PBO织物层或芳纶
纤维织物层。
[0011] 进一步地，耐候层的厚度范围为10～30μm，承力层的厚度范围为80～200μm。
[0012] 进一步地，耐候层与第一阻气层之间还设置有第一胶层；和/或第一阻气层与承力层之间还设置有第二胶层。
[0013] 进一步地，第一胶层为热塑性聚氨酯层；和/或第二胶层为热塑性聚氨酯层。
[0014] 另外，本发明还提供了一种平流层浮空器蒙皮的制备方法，其包括以下步骤：在镀铝PET层的第一表面上形成第一石墨烯-树脂层，和/或在镀铝PET层的第二表面上形成第二石墨烯-树脂层，进而形成第一阻气层；以及将耐候层、第一阻气层及承力层依次叠放，然后经
热压形成平流层浮空器蒙皮。
[0015] 进一步地，将耐候层、第一阻气层及承力层依次叠放的步骤之前，在承力层远离第一阻气层的一侧表面上形成第二阻气层；形成第二阻气层的步骤包括：在承力层的一侧表面上形成石墨烯-热塑性聚氨酯胶层，进而形成一侧表面形成有第二阻气层的承力层。
[0016] 进一步地，将耐候层、第一阻气层及一侧表面形成有第二阻气层的承力层依次叠放的过程中，还包括以下步骤：在耐候层与第一阻气层之间放置第一胶层固态预备层，和/或在第一阻气层与承力层之间放置第二胶层固态预备层，然后热压形成平流层浮空器蒙皮。
[0017] 进一步地，将耐候层、第一阻气层及一侧表面形成有第二阻气层的承力层依次叠放的过程中，还包括以下步骤：在耐候层靠近第一阻气层的表面涂覆第一胶层液态预备层，和/或在第一阻气层靠近承力层的表面涂覆第二胶层液态预备层，然后热压形成平流层浮空器蒙皮。
[0018] 本发明提供了一种平流层浮空器蒙皮及其制备方法，该平流层浮空器蒙皮中，以镀铝PET层作为第一阻气层的主体结构层，并在镀铝PET层的第一表面和/或第二表面上引入石墨烯-树脂层。石墨烯具有较高的导热率，
单层石墨烯材料的导热系数可以高达5300W/(m·K)，且当其厚度为0.335nm时，
杨氏模量可高达1TPa，断裂强度高达130GPa。在镀铝PET层的第一表面和/或第二表面上引入石墨烯-树脂层，能够明显提高平流层浮空器蒙皮的整体导热性能。在实际应用过程中，镀铝PET层能够将大部分的太阳光反射掉，而未被反射的太阳光能够借助高导热率的第一石墨烯-树脂层和/或第二石墨烯-树脂层被传导至整个蒙皮，从而达到整体快速
散热的目的。这就有利于防止蒙皮中的气体被局部加热，降低蒙皮因内部气体受热不均而发生局部涨破的几率。同时，石墨烯的加入还能够提高蒙皮的整体力学性能。另外，石墨烯具有二维片状结构，增加第一石墨烯-树脂层和/或第二石墨烯-树脂层还有利于提高蒙皮的
阻气性能。总之，以上各方面的因素均有利于提高平流层浮空器蒙皮的
稳定性。
附图说明
[0019] 构成本
申请的一部分的
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：
[0020] 图1示出了根据本发明的一种实施方式中平流层浮空器蒙皮的结构示意图；
[0021] 图2示出了根据本发明的另一种实施方式中平流层浮空器蒙皮的结构示意图；
[0022] 图3示出了根据本发明的又一种实施方式中平流层浮空器蒙皮的结构示意图；以及
[0023] 图4示出了根据本发明的又一种实施方式中平流层浮空器蒙皮的结构示意图。
具体实施方式
[0024] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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。
[0025] 正如背景技术部分所介绍的，现有的平流层浮空器采用的蒙皮的导热性较差，易在太阳光的照射下发生局部涨破。为了解决这一问题，本发明提供了一种平流层浮空器蒙皮，其依序包括耐候层110、第一阻气层120及承力层130；其中，如图1所示，第一阻气层120包括：具有第一表面和远离第一表面的第二表面的镀铝PET层121，其中第一表面为镀铝PET层121中镀铝层的外表面，第二表面为镀铝PET层121中PET层的外表面；以及位于镀铝PET层121的第一表面上的第一石墨烯-树脂层122；或者，如图2所示，第一阻气层120包括镀铝PET层121，以及位于镀铝PET层121的第二表面上的第二石墨烯-树脂层123；或者，如图3所示，第一阻气层120包括镀铝PET层121，以及位于镀铝PET层121的第一表面上的第一石墨烯-树脂层122和位于镀铝PET层121的第二表面上的第二石墨烯-树脂层123。
[0026] 本文中的术语“石墨烯-树脂层”是指石墨烯以填料的形式分散在树脂相形成的复合层；同样地，“石墨烯-热塑性聚氨酯胶层”均是指石墨烯以填料的形式分散在热塑性聚氨酯胶层形成的复合层。镀铝PET层121包括
叠加设置的一层PET层和一层镀铝层，其中镀铝层靠近耐候层110。
[0027] 本发明所提供的上述平流层浮空器蒙皮中，以镀铝PET层121作为第一阻气层120的主体结构层，并在镀铝PET层121的第一表面和/或第二表面上引入石墨烯-树脂层。石墨烯具有较高的导热率，单层石墨烯材料的导热系数可以高达5300W/(m·K)，且当其厚度为0.335nm时，杨氏模量可高达1TPa，断裂强度高达130GPa。在镀铝PET层121的第一表面和/或第二表面上引入石墨烯-树脂层，能够明显提高平流层浮空器蒙皮的整体导热性能。在实际应用过程中，镀铝PET层121能够将大部分的太阳光反射掉，而未被反射的太阳光的
辐射热量能够借助高导热率的第一石墨烯-树脂层122和/或第二石墨烯-树脂层123被传导至整个蒙皮，从而达到整体快速散热的目的。这就有利于防止蒙皮中的气体被局部加热，降低蒙皮因内部气体受热不均而发生局部涨破的几率。同时，石墨烯的加入还能够提高蒙皮的整体力学性能。另外，石墨烯具有二维片状结构，增加第一石墨烯-树脂层122和/或第二石墨烯-树脂层123还有利于提高蒙皮的阻气性能。总之，以上各方面的因素均有利于提高平流层浮空器蒙皮的稳定性。
[0028] 本发明提供的这种平流层浮空器蒙皮，只要具有第一石墨烯-树脂层122和/或第二石墨烯-树脂层123，就能够提高蒙皮的整体导热性能。在一种优选的实施方式中，镀铝PET层121的厚度范围为15～35μm，第一石墨烯-树脂层122的厚度范围为25～35μm，第二石墨烯-树脂层123的厚度范围为25～35μm。将第一阻气层120中各层的厚度控制在上述范围内，能够使蒙皮具有较高导热性能、较高阻气性能的
基础上兼具较轻的
质量。此外，两层石墨烯-树脂层中石墨烯的含量优选为10～35wt％。
[0029] 在一种优选的实施方式中，第一石墨烯-树脂层122和/或第二石墨烯-树脂层123为石墨烯-光敏树脂胶层。光敏树脂胶层的制备工艺简单，有利于降低蒙皮的生产成本。此处光敏树脂胶层采用的光敏树脂可以是任意的光敏树脂，优选地，光敏树脂包括但不限于为环
氧丙烯酸光敏树脂、酚
醛环氧丙烯酸光敏树脂或丙烯酸聚氨酯光敏树脂。
[0030] 在一种优选的实施方式中，如图4所示，平流层浮空器蒙皮还包括设置于承力层130远离第一阻气层120一侧的第二阻气层140，第二阻气层140为石墨烯-热塑性聚氨酯胶层。在利用蒙皮形成浮空器的囊体后，第二阻气层140位于囊体内侧，作为气体阻隔的第一层屏障，其能够有效防止气体
泄漏。即使有少部分气体从第二阻气层140泄漏，在到达第一阻气层120时也会被进一步阻挡。因此，第二阻气层140与第一阻气层120的共同作用，由内而外形成了强大的气体阻隔屏障，极大地增加了囊体的气密性。而以石墨烯-热塑性聚氨酯胶层作为第二阻气层140，由于石墨烯独特的二维片状结构，能够进一步增强第二阻气层
140的气体阻隔性能，使蒙皮形成的囊体具有更加优异的阻气性。优选地，第二阻气层140的厚度为8～35μm。此外，石墨烯-热塑性聚氨酯胶层中的石墨烯的含量优选为15～35wt％。
[0031] 在一种优选的实施方式中，耐候层110为ETFE层，和/或承力层130为PBO织物层或芳纶纤维织物层。乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的使用
温度范围广，在零下65℃～150℃之间，其脆化温度更是低至零下100℃，并具有很好的耐辐射性能和较高的抗剪切强度。以ETFE层作为平流层浮空器蒙皮的耐候层，能够大幅提高平流层浮空器蒙皮的耐候性能。而聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维作为“21世纪的超级纤维”具有超高的比强度和比模量，芳纶纤维同样具有较高的比强度和比模量。以PBO织物层或芳纶纤维织物层作为平流层浮空器蒙皮的承力层130，能够提高蒙皮的综合力学性能。
[0032] 本领域技术人员可以选择耐候层110和承力层130的具体厚度。在一种优选的实施方式中，耐候层110的厚度范围为10～30μm，承力层130的厚度范围为80～200μm。将耐候层110和承力层130的厚度控制在上述范围，能够在较低密度的前提下，使平流层浮空器蒙皮具有较高的综合性能。
[0033] 在一种优选的实施方式中，如图4所示，耐候层110与第一阻气层120之间还设置有第一胶层101；和/或第一阻气层120与承力层130之间还设置有第二胶层102。在层与层之间设置胶层，能够进一步提高蒙皮的各层之间的粘结性能。更优选地，第一胶层101为热塑性聚氨酯层；和/或第二胶层102为热塑性聚氨酯层。以热塑性聚氨酯层作为胶层，能够进一步提高平流层浮空器蒙皮的力学性能、耐候性能、气密性能等综合性能。第一胶层101和第二胶层102的厚度优选为10μm。
[0034] 另外，根据本发明的另一方面，还提供了一种平流层浮空器蒙皮的制备方法，其包括以下步骤：在镀铝PET层121的第一表面上形成第一石墨烯-树脂层122，和/或在镀铝PET层121的第二表面上形成第二石墨烯-树脂层123，进而形成第一阻气层120；以及将耐候层110、第一阻气层120及承力层130依次叠放，然后经热压形成平流层浮空器蒙皮。
[0035] 本发明所提供的上述制备方法，在平流层浮空器蒙皮的镀铝PET层121第一表面和/或下表面增设了石墨烯-树脂层。这能够明显提高平流层浮空器蒙皮的整体导热性能。在实际应用过程中，镀铝PET层121能够将大部分的太阳光反射掉，而未被反射的太阳光能够借助高导热率的第一石墨烯-树脂层122和/或第二石墨烯-树脂层123被传导至整个蒙皮，从而达到整体快速散热的目的。这就有利于防止蒙皮中的气体被局部加热，降低蒙皮因内部气体受热不均而发生局部涨破的几率。同时，石墨烯的加入还能够提高蒙皮的整体力学性能。另外，石墨烯具有二维片状结构，增加第一石墨烯-树脂层122和/或第二石墨烯-树脂层123还有利于提高蒙皮的阻气性能。总之，以上各方面的因素均有利于提高平流层浮空器蒙皮的稳定性。
[0036] 上述在镀铝PET层121的第一表面上形成第一石墨烯-树脂层122，和/或在镀铝PET层121的第二表面上形成第二石墨烯-树脂层123的过程中，可以将石墨烯-树脂层的固态层覆于镀铝PET层121的表面，经热压形成第一阻气层120，也可以将石墨烯-树脂的液态胶液经涂布、
固化后，形成第一阻气层120。
[0037] 在一种优选的实施方式中，将耐候层110、第一阻气层120及承力层130依次叠放的步骤之前，在承力层130远离第一阻气层120的一侧表面上形成第二阻气层140；形成第二阻气层140的步骤包括：在承力层130的一侧表面上形成石墨烯-热塑性聚氨酯胶层，进而形成一侧表面形成有第二阻气层140的承力层130。以石墨烯-热塑性聚氨酯胶层作为第二阻气层140，由于石墨烯独特的二维片状结构，能够进一步增强第二阻气层140的气体阻隔性能，使蒙皮形成的囊体具有更加优异的阻气性。
[0038] 在实际的制备过程中，在承力层130的一侧表面上形成第二阻气层140时，可以将石墨烯-热塑性聚氨酯固态胶层覆于承力层130的表面，经热压形成第二阻气层140，也可以将石墨烯-热塑性聚氨酯液态胶层直接涂布在承力层130的表面，再经后期热压形成第二阻气层140。
[0039] 在一种优选的实施方式中，将耐候层110、第一阻气层120及一侧表面形成有第二阻气层140的承力层130依次叠放的过程中，还包括以下步骤：在耐候层110与第一阻气层120之间放置第一胶层固态预备层，和/或在第一阻气层120与承力层130之间放置第二胶层固态预备层，然后热压形成平流层浮空器蒙皮。
[0040] 在一种优选的实施方式中，将耐候层110、第一阻气层120及一侧表面形成有第二阻气层140的承力层130依次叠放的过程中，还包括以下步骤：在耐候层110靠近第一阻气层120的表面涂覆第一胶层液态预备层，和/或在第一阻气层120靠近承力层130的表面涂覆第二胶层液态预备层，然后热压形成平流层浮空器蒙皮。
[0041] 以上为两种引入胶层的方法。其中第一种方法是先将固态的胶层铺在相应的
位置，热压后实现各层粘结。第二种方法是预先在相应层上涂覆液态的胶层，然后经热
压实现各层粘结。
[0042] 根据本发明上述的教导，本领域技术人员可以选择具体的热压工艺。在一种优选的实施方式中，上述热压过程中，热压温度为80～180℃，热压压力为0.1～1mpa。将热压的温度和压力控制在上述范围，有利于进一步提高平流层浮空器蒙皮中各层之间的粘结强度。
[0043] 以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
[0044] 实施例1
[0045] 在镀铝PET层的第一表面上涂布石墨烯-丙烯酸聚氨酯光敏树脂混合胶，并在紫外光照射下固化，形成第一表面具有石墨烯-光敏树脂胶层的镀铝PET层，作为第一阻气层备用；其中，石墨烯-光敏树脂胶层中石墨烯的含量为10wt％；
[0046] 在PBO织物层的一侧表面涂布石墨烯-热塑性聚氨酯混合胶，固化后形成一侧表面上具有第二阻气层的承力层备用；其中，石墨烯-热塑性聚氨酯胶层中石墨烯的含量为20wt％；将ETFE层、第一热塑性聚氨酯胶膜、第一阻气层、第二热塑性聚氨酯胶膜、以及一侧表面上具有第二阻气层的承力层
自下而上铺叠好，并使第一阻气层中的石墨烯-光敏树脂胶层靠近第一热塑性聚氨酯胶膜，使第二阻气层远离第一阻气层；热压形成平流层浮空器蒙皮。其中，热压温度为120℃，压力为0.1mpa。
[0047] 所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为10μm，镀铝PET层的厚度为35μm，石墨烯-光敏树脂胶层为35μm，PBO织物层为200μm，石墨烯-热塑性聚氨酯胶层为8μm，各热塑性聚氨酯层的厚度为10μm。
[0048] 采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.93W/(m·K)。
[0049] 实施例2
[0050] 在镀铝PET层的第一表面和第二表面上分别涂布石墨烯-丙烯酸聚氨酯光敏树脂混合胶，并在紫外光照射下固化，形成第一表面和第二表面具有石墨烯-光敏树脂胶层的镀铝PET层，作为第一阻气层备用；其中，石墨烯-光敏树脂胶层中石墨烯的含量为10wt％；
[0051] 在PBO织物层的一侧表面涂布石墨烯-热塑性聚氨酯混合胶，固化后形成一侧表面上具有第二阻气层的承力层备用；其中，石墨烯-热塑性聚氨酯胶层中石墨烯的含量为20wt％；将ETFE层、第一热塑性聚氨酯胶膜、第一阻气层、第二热塑性聚氨酯胶膜、以及一侧表面上具有第二阻气层的承力层自下而上铺叠好，并使第二阻气层远离第一阻气层，热压形成平流层浮空器蒙皮。其中，热压温度为120℃，压力为0.1mpa。
[0052] 所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为30μm，镀铝PET层的厚度为35μm，石墨烯-光敏树脂胶层为35μm，PBO织物层为80μm，石墨烯-热塑性聚氨酯胶层为8μm，各热塑性聚氨酯层的厚度为8μm。
[0053] 采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为1.29W/(m·K)。
[0054] 实施例3
[0055] 在镀铝PET层的第一表面上涂布石墨烯-丙烯酸聚氨酯光敏树脂混合胶，并在紫外光照射下固化，形成第一表面具有石墨烯-光敏树脂胶层的镀铝PET层，作为第一阻气层备用；其中，石墨烯-光敏树脂胶层中石墨烯的含量为10wt％；
[0056] 在PBO织物层的一侧表面涂布石墨烯-热塑性聚氨酯混合胶，固化后形成一侧表面上具有第二阻气层的承力层备用；其中，石墨烯-热塑性聚氨酯胶层中石墨烯的含量为20wt％；
[0057] 将ETFE层、第一热塑性聚氨酯胶膜、第一阻气层、第二热塑性聚氨酯胶膜、以及一侧表面上具有第二阻气层的承力层自下而上铺叠好，并使第一阻气层上的石墨烯-光敏树脂胶层靠近第一热塑性聚氨酯胶膜，使第二阻气层远离第一阻气层，热压形成平流层浮空器蒙皮。其中，热压温度为100℃，压力为0.8mpa。
[0058] 所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为30μm，镀铝PET层的厚度为35μm，石墨烯-光敏树脂胶层为35μm，PBO织物层为80μm，石墨烯-热塑性聚氨酯胶层为8μm，各热塑性聚氨酯层的厚度为10μm。
[0059] 采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为1.13W/(m·K)
[0060] 实施例4
[0061] 制备方法同实施例3，不同之处在于：各层依序为ETFE层(30μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯-光敏树脂胶层(25μm，石墨烯质量含量为10％)、镀铝PET层(20μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、PBO织物层(80μm)和热塑性聚氨酯胶层(10μm)。
[0062] 采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.51W/(m·K)。
[0063] 实施例5
[0064] 制备方法同实施例3，不同之处在于：各层依序为ETFE层(30μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯-光敏树脂胶层(25μm，石墨烯质量含量为35％)、镀铝PET层(20μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、PBO织物层(80μm)和石墨烯-热塑性聚氨酯胶层(10μm，石墨烯质量含量为15％)。
[0065] 采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为1.62W/(m·K)。
[0066] 实施例6
[0067] 制备方法同实施例3，不同之处在于：各层依序为ETFE层(30μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯-光敏树脂胶层(35μm，石墨烯质量含量为35％)、镀铝PET层(20μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、PBO织物层(80μm)和石墨烯-热塑性聚氨酯胶层(10μm，石墨烯质量含量为35％)。
[0068] 采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为2.7W/(m·K)。
[0069] 对比例1
[0070] 在ETFE层一侧表面、镀铝PET层的第一表面及PBO织物层的一侧表面分别涂覆液态的热塑性聚氨酯胶液，然后将涂覆好的三层自下而上铺叠好，并使ETFE层上的热塑性聚氨酯胶液远离镀铝PET层，使镀铝PET层上的热塑性聚氨酯胶液远离PBO织物层，PBO织物层上的热塑性聚氨酯胶液靠近镀铝PET层；热压形成平流层浮空器蒙皮。其中，热压温度为100℃，压力为0.8mpa。
[0071] 所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为30μm，镀铝PET层的厚度为20μm，PBO织物层为80μm，各热塑性聚氨酯层的厚度为10μm。
[0072] 采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.24W/(m·K)。
[0073] 从以上的数据中，可以看出，本发明所提供的平流层浮空器蒙皮中，通过在第一阻气层中引入石墨烯-树脂层，能够明显提高蒙皮的导热系数。更为特别地，同时在第一阻气层中引入石墨烯-树脂层，并以石墨烯改性的热塑性聚氨酯层作为第二阻气层，两方面的作用使得蒙皮具有更加优异的导热性能。
[0074] 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。
