发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种飞艇蒙皮材料及其制备方法,该飞艇蒙皮材料的透氦率达到5~20mL/(m2·atm·24h),该飞艇蒙皮材料耐候性、加工性能优良,为飞艇技术的进一步发展提供材料技术支持。
本发明提供一种飞艇蒙皮材料,该蒙皮材料由六层结构组成,从上至下顺次为防老化层、胶层、织物层、基底层、高阻隔层和焊接层;防老化层的材料为含耐质量分数为1~3%ZnO和质量分数为2.5~4%TiO2的热塑性聚氨酯,厚度为25~35微米;胶层的材料为热熔的聚氨酯胶黏剂或者涂层的聚氨酯胶黏剂,厚度为20~25微米;织物层的材料为涤纶纤维、芳纶纤维或者其他高强纤维,厚度为100~150微米;基底层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为25~30微米;高阻隔层的材料为含有质量分数为1.5~2.5%粒径尺寸为20~70nm的SiO2纳米颗粒的聚乙烯醇,厚度为1~3微米。焊接层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为20~30微米,各层之间通过涂覆、干式贴合工艺结合成一整体。
本发明提供一种飞艇蒙皮材料的制备方法,具体包括以下几个步骤:
步骤一:在厚度为100~150微米的织物层的正面顺次涂覆20~25微米厚的胶层和25~35微米厚的防老化层;
所述的织物层的材料为涤纶、芳纶或者其他高强纤维;所述的胶层的材料采用热熔的聚氨酯胶黏剂或者涂层的聚氨酯胶黏剂;所述的防老化层为含耐质量分数为1~3%ZnO和质量分数为2.5~4%TiO2的热塑性聚氨酯;
步骤二:将织物层的背面涂覆厚度25~30微米的基底层,经80℃以上烘干处理,在表面形成光滑膜面,基底层材料为热塑性聚氨酯层;
步骤三:向净化后的蒸馏水中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热完全溶解,保持固含量在20%~25%,得到聚乙烯醇水溶液;向聚乙烯醇水溶液中添加质量分数为1.2~2.5%直径为20~40nm的SiO2和质量分数0.8~1.2%直径为60~70nm的SiO2纳米颗粒,搅拌均匀,然后再向其中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热溶解,使聚乙烯醇全部的固体含量在35%~40%之间,得到浆液,然后将浆液倒入浆槽中,保持浆槽温度为80~85℃,将浆液通过网线辊直接涂覆在步骤二得到基底层的表面,涂层厚度为1~3微米;
步骤四:将步骤三得到的涂覆材料放置于烘箱中进行加热,自然冷却后得到高阻隔层,该层厚度为1~3微米,高阻隔层含有质量分数为1.5~2.5%粒径尺寸为20~70nm的SiO2纳米颗粒的聚乙烯醇;加热包括预热、加热两个过程;其中预热温度为40~55℃,预热时间为5~10min,加热温度为105~125℃,加热时间为5~10min。
步骤五:在步骤四中得到的具有高阻隔层的表面采用热熔涂布工艺涂覆焊接层,厚度为20~30微米,焊接层材料为热塑性聚氨酯涂层;
步骤六:经步骤五处理后具有焊接层的材料于50~80℃,放置24小时以上,最终得到具有六层结构的飞艇蒙皮材料。
本发明具有的优点在于:
1、本发明提出的一种飞艇蒙皮材料及其制备方法,该飞艇蒙皮材料的高阻隔层通过添加纳米颗粒,其阻隔效果可得到显著提升;
2、本发明提出的一种飞艇蒙皮材料及其制备方法,该飞艇蒙皮材料与普通蒙皮材料相比更加柔软,耐折压、耐揉搓性能显著提高,经受折压和剪切疲劳载荷后阻隔性能始终保持在较高水平,耐损伤性能较好。
3、本发明提出的一种飞艇蒙皮材料及其制备方法,制备工艺简单,采用涂覆工艺,不必在多种工艺设备上进行材料加工,不必采用共挤出工艺,简单的干式贴合工艺即可达到高阻隔效果;
4、本发明提出的一种飞艇蒙皮材料及其制备方法,其高阻隔层厚度很薄,不必采用聚乙烯等保护层,减少了额外重量。且高阻隔层对表层材料耐候性能无任何影响,由于与焊接层结合力较高,对背面焊接层的加工性能也无任何影响,蒙皮材料整体加工性能好。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
本发明提出的一种飞艇蒙皮材料的结构如图1所示,该蒙皮材料由六层结构组成,从上至下顺次为防老化层、胶层、织物层、基底层、高阻隔层和焊接层。其中防老化层的材料为含耐质量分数为1~3%ZnO和质量分数为2.5~4%TiO2的热塑性聚氨酯,厚度为25~35微米;胶层的材料为热熔的聚氨酯胶黏剂或者涂层的聚氨酯胶黏剂,厚度为20~25微米;织物层的材料为涤纶纤维、芳纶纤维或者其他高强纤维,厚度为100~150微米;基底层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为25~30微米;高阻隔层的材料为含有质量分数为1.5~2.5%粒径尺寸为20~70nm的SiO2纳米颗粒的聚乙烯醇,厚度为1~3微米。焊接层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为20~30微米,各层之间通过涂覆、干式贴合工艺结合成一整体。
本发明提出的一种飞艇蒙皮材料的制备方法,如图2所示,具体包括以下几个步骤:
步骤一:首先在厚度为100~150微米的织物层的正面(阳光直射面)顺次涂覆20~25微米厚的胶层和25~35微米厚的防老化层。
织物层的材料为涤纶、芳纶或者其他高强纤维。所述的胶层的材料采用热熔的聚氨酯胶黏剂或者涂层的聚氨酯胶黏剂。所述的防老化层为含耐质量分数为1~3%ZnO和质量分数为2.5~4%TiO2的热塑性聚氨酯。
步骤二:将织物层的背面涂覆厚度25~30微米的基底层,经80℃以上烘干处理,在表面形成光滑膜面,基底层材料为热塑性聚氨酯层。
步骤三:向净化后的蒸馏水中加入聚乙烯醇(纯度为100%),加热完全溶解,保持固含量在20%~25%,得到聚乙烯醇水溶液。向聚乙烯醇水溶液中添加1.2~2.5%(质量分数)直径为20~40nm的SiO2和0.8~1.2%(质量分数)直径为60~70nm的SiO2纳米颗粒,搅拌均匀,然后再向其中加入聚乙烯醇(纯度100%),加热溶解,使聚乙烯醇全部的固体含量在35%~40%之间,得到浆液,然后将浆液倒入浆槽中,保持浆槽温度为80~85℃,将浆液通过网线辊直接涂覆在步骤二得到基底层的表面,涂层厚度为1~3微米;
步骤四:将步骤三得到的涂覆材料放置于烘箱中进行加热,自然冷却后得到高阻隔层,该层厚度为1~3微米。加热过程一般包括预热、加热两个过程;其中预热温度为40~55℃,预热时间为5~10min,加热温度为105~125℃,加热时间为5~10min。
步骤五:在步骤四中得到的具有高阻隔层的表面采用热熔涂布工艺涂覆焊接层,厚度为20~30微米,焊接层材料为热塑性聚氨酯涂层;
步骤六:经步骤五处理后具有焊接层的材料于50~80℃,放置24小时以上(熟化),最终得到要制备的飞艇蒙皮材料。
将本发明制备得到的飞艇蒙皮材料与单纯采用聚氨酯作为阻隔层的普通的高阻隔薄膜层压蒙皮材料进行测试对比,本发明的飞艇蒙皮材料中的高阻隔层可以明显提高蒙皮材料的阻隔性能,在相同的厚度时,本发明的飞艇蒙皮材料的阻隔性提高40~60倍。
本发明制备得到的飞艇蒙皮材料的样品形貌如图3所示,与普通蒙皮材料相比更加柔软,耐折压、耐揉搓性能显著提高,经受折压和剪切疲劳载荷后阻隔性能始终保持在较高水平。一般采用阻隔性薄膜的蒙皮材料在折压后会有明显的折痕,微观成像后有一定的损伤,尤其是织物层折压损伤更为明显,在受到疲劳载荷后阻隔性会显著下降,与高阻隔薄膜层压蒙皮材料相比,本发明制备的飞艇蒙皮材料的耐损伤性能具有显著优势。
实施例1:
本实施例提供一种飞艇蒙皮材料,该蒙皮材料由六层结构组成,从上至下顺次为防老化层、胶层、织物层、基底层、高阻隔层和焊接层;各层的厚度如表1所示,防老化层的材料为含耐质量分数为1%ZnO和质量分数为2.5%TiO2的热塑性聚氨酯,厚度为30微米;胶层的材料为热熔的聚氨酯胶黏剂,厚度为25微米;织物层的材料为芳纶纤维布,厚度为105微米;基底层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为30微米;高阻隔层的材料为含有质量分数为1.5%粒径尺寸为20~60nm的SiO2纳米颗粒的聚乙烯醇,厚度为1微米。焊接层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为20微米。
表1 实施例1中飞艇蒙皮材料各层的厚度与重量
上述的一种飞艇蒙皮材料的制备方法,具体包括以下几个步骤:
步骤一:在厚度为105微米的织物层的正面顺次涂覆20微米厚的胶层和30微米厚的防老化层;
所述的织物层的材料为芳纶纤维;所述的胶层的材料采用热熔的聚氨酯胶黏剂;所述的防老化层为含耐质量分数为1%ZnO和质量分数为2.5%TiO2的热塑性聚氨酯;
步骤二:将织物层的背面涂覆厚度30微米的基底层,经80℃烘干处理,在表面形成光滑膜面,基底层材料为聚氨酯层;
步骤三:向净化后的蒸馏水中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热完全溶解,保持固含量在20%%,得到聚乙烯醇水溶液;向聚乙烯醇水溶液中添加质量分数为1.2%直径为20nm的SiO2和质量分数0.8%直径为60nm的SiO2纳米颗粒,搅拌均匀,然后再向其中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热溶解,使聚乙烯醇全部的固体含量在35%之间,得到浆液,然后将浆液倒入浆槽中,保持浆槽温度为80℃,将浆液通过网线辊直接涂覆在步骤二得到基底层的表面,涂层厚度为1微米;
步骤四:将步骤三得到的涂覆材料放置于烘箱中进行加热,自然冷却后得到高阻隔层,该层厚度为1微米;加热包括预热、加热两个过程;其中预热温度为40℃,预热时间为5min,加热温度为105℃,加热时间为5min。
步骤五:在步骤四中得到的具有高阻隔层的表面采用热熔涂布工艺涂覆焊接层,厚度为20微米,焊接层材料为热塑性聚氨酯涂层;
步骤六:对经步骤五处理后具有焊接层的材料于50℃,放置24小时,最终具有六层结构的飞艇蒙皮材料。
实施例2:
本实施例提供一种飞艇蒙皮材料,该蒙皮材料由六层结构组成,从上至下顺次为防老化层、胶层、织物层、基底层、高阻隔层和焊接层;防老化层的材料为含耐质量分数为3%ZnO和质量分数为4%TiO2的热塑性聚氨酯,厚度为25微米;胶层的材料为热熔的聚氨酯胶黏剂或者涂层的聚氨酯胶黏剂,厚度为25微米;织物层的材料为涤纶纤维厚度为100微米;基底层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为25微米;高阻隔层的材料为含有质量分数为2.5%粒径尺寸为40~70nm的SiO2纳米颗粒的聚乙烯醇,厚度为3微米。焊接层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为30微米。
本发明提供一种飞艇蒙皮材料的制备方法,具体包括以下几个步骤:
步骤一:在厚度为100微米的织物层的正面顺次涂覆25微米厚的胶层和25微米厚的防老化层;
所述的织物层的材料为涤纶纤维;所述的胶层的材料采用热熔的聚氨酯胶黏剂或者涂层的聚氨酯胶黏剂;所述的防老化层为含耐质量分数为3%ZnO和质量分数为2.5~4%TiO2的热塑性聚氨酯;
步骤二:将织物层的背面涂覆厚度25微米的基底层,经85℃烘干处理,在表面形成光滑膜面,基底层材料为聚氨酯层;
步骤三:向净化后的蒸馏水中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热完全溶解,保持固含量在25%,得到聚乙烯醇水溶液;向聚乙烯醇水溶液中添加质量分数为2.5%直径为40nm的SiO2和质量分数1.2%直径为70nm的SiO2纳米颗粒,搅拌均匀,然后再向其中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热溶解,使聚乙烯醇全部的固体含量在40%之间,得到浆液,然后将浆液倒入浆槽中,保持浆槽温度为85℃,将浆液通过网线辊直接涂覆在步骤二得到基底层的表面,涂层厚度为3微米;
步骤四:将步骤三得到的涂覆材料放置于烘箱中进行加热,自然冷却后得到高阻隔层,该层厚度为3微米;加热包括预热、加热两个过程;其中预热温度为55℃,预热时间为10min,加热温度为125℃,加热时间为10min。
步骤五:在步骤四中得到的具有高阻隔层的表面采用热熔涂布工艺涂覆焊接层,厚度为30微米,焊接层材料为热塑性聚氨酯涂层;
步骤六:经步骤五处理后具有焊接层的材料于80℃,放置24小时,最终具有六层结构的飞艇蒙皮材料。
实施例3
本实施例提供一种飞艇蒙皮材料,该蒙皮材料由六层结构组成,从上至下顺次为防老化层、胶层、织物层、基底层、高阻隔层和焊接层;防老化层的材料为含耐质量分数为1.5%ZnO和质量分数为3%TiO2的热塑性聚氨酯,厚度为35微米;胶层的材料为涂层的聚氨酯胶黏剂,厚度为22微米;织物层的材料为涤纶纤维,厚度为150微米;基底层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为27微米;高阻隔层的材料为含有质量分数为1.8%粒径尺寸为25~62nm的SiO2纳米颗粒的聚乙烯醇,厚度为1.5微米。焊接层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为22微米。
本实施例提供一种飞艇蒙皮材料的制备方法,具体包括以下几个步骤:
步骤一:在厚度为150微米的织物层的正面顺次涂覆22微米厚的胶层和35微米厚的防老化层;
所述的织物层的材料为涤纶纤维;所述的胶层的材料采用涂层的聚氨酯胶黏剂;所述的防老化层为含耐质量分数为1.5%ZnO和质量分数为3%TiO2的热塑性聚氨酯;
步骤二:将织物层的背面涂覆厚度27微米的基底层,经80℃烘干处理,在表面形成光滑膜面,基底层材料为聚氨酯层;
步骤三:向净化后的蒸馏水中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热完全溶解,保持固含量在22%,得到聚乙烯醇水溶液;向聚乙烯醇水溶液中添加质量分数为1.5%直径为25nm的SiO2和质量分数1.0%直径为62nm的SiO2纳米颗粒,搅拌均匀,然后再向其中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热溶解,使聚乙烯醇全部的固体含量在36%之间,得到浆液,然后将浆液倒入浆槽中,保持浆槽温度为82℃,将浆液通过网线辊直接涂覆在步骤二得到基底层的表面,涂层厚度为1.5微米;
步骤四:将步骤三得到的涂覆材料放置于烘箱中进行加热,自然冷却后得到高阻隔层,该层厚度为1.5微米;加热包括预热、加热两个过程;其中预热温度为45℃,预热时间为6min,加热温度为110℃,加热时间为6min。
步骤五:在步骤四中得到的具有高阻隔层的表面采用热熔涂布工艺涂覆焊接层,厚度为22微米,焊接层材料为热塑性聚氨酯涂层;
步骤六:经步骤五处理后具有焊接层的材料于60℃,放置30小时,最终具有六层结构的飞艇蒙皮材料。
实施例4
本实施例提供一种飞艇蒙皮材料,该蒙皮材料由六层结构组成,从上至下顺次为防老化层、胶层、织物层、基底层、高阻隔层和焊接层;防老化层的材料为含耐质量分数为2%ZnO和质量分数为3.5%TiO2的热塑性聚氨酯,厚度为28微米;胶层的材料为涂层的聚氨酯胶黏剂,厚度为24微米;织物层的材料为芳纶纤维,厚度为120微米;基底层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为28微米;高阻隔层的材料为含有质量分数为2.0%粒径尺寸为30~65nm的SiO2纳米颗粒的聚乙烯醇,厚度为2微米。焊接层的材料为热塑性聚氨酯,厚度为25微米。
本发明提供一种飞艇蒙皮材料的制备方法,具体包括以下几个步骤:
步骤一:在厚度为120微米的织物层的正面顺次涂覆24微米厚的胶层和28微米厚的防老化层;
所述的织物层的材料为芳纶纤维;所述的胶层的材料采用涂层的聚氨酯胶黏剂;所述的防老化层为含耐质量分数为2%ZnO和质量分数为3.5%TiO2的热塑性聚氨酯;
步骤二:将织物层的背面涂覆厚度28微米的基底层,经80℃烘干处理,在表面形成光滑膜面,基底层材料为聚氨酯层;
步骤三:向净化后的蒸馏水中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热完全溶解,保持固含量在24%,得到聚乙烯醇水溶液;向聚乙烯醇水溶液中添加质量分数为2%直径为30nm的SiO2和质量分数11%直径为65nm的SiO2纳米颗粒,搅拌均匀,然后再向其中加入纯度为100%聚乙烯醇,加热溶解,使聚乙烯醇全部的固体含量在38%之间,得到浆液,然后将浆液倒入浆槽中,保持浆槽温度为84℃,将浆液通过网线辊直接涂覆在步骤二得到基底层的表面,涂层厚度为2微米;
步骤四:将步骤三得到的涂覆材料放置于烘箱中进行加热,自然冷却后得到高阻隔层,该层厚度为2微米;加热包括预热、加热两个过程;其中预热温度为50℃,预热时间为8min,加热温度为120℃,加热时间为8min。
步骤五:在步骤四中得到的具有高阻隔层的表面采用热熔涂布工艺涂覆焊接层,厚度为25微米,焊接层材料为热塑性聚氨酯涂层;
步骤六:经步骤五处理后具有焊接层的材料于70℃,放置28小时,最终具有六层结构的飞艇蒙皮材料。