CN102673772B - 飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的pu或tpu薄膜 - Google Patents

Abstract

飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，它涉及飞艇蒙皮材料。本发明要解决现有平流层飞艇蒙皮耐候性差、阻力大、隔热性差的问题。飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜包含有设置在表面的“V”型沟槽，所述“V”型沟槽在PU或TPU薄膜表面形成交替通透的沟纹。所述PU或TPU薄膜的表面上还设置有Al层或TiO₂防护层。本发明的薄膜表面具有高分辨率、高深宽比结构的微沟槽，沟纹很明显、规整性好、减阻效果突出，薄膜表面的防护层，能反射太阳辐射、吸收紫外光、屏蔽原子氧，增加耐候性。本发明用于飞艇蒙皮材料。

Description

飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜

技术领域

本发明涉及飞艇蒙皮材料。

背景技术

近太空也可以称为临近空间、近空间，同时，这一高度也是平流层所在的区域，处在风雨雷电等自然现象作用层之上，属于高安全地带。进入21世纪后，近太空这个特殊领域的价值越来越受到世界各国的重视，各军事大国纷纷将它视为了二十一世纪军事斗争的新领域。近年来，以临近空间飞艇作为通讯导航平台的应用研究引起了世界范围的普遍关注。在研制临近空间飞艇的过程中，所涉及的关键技术问题目前是各国致力研究的重点。由于临近空间飞艇不是低空飞艇，在研制的许多概念上，如工作环境、蒙皮材料、能源、动力推进等关键技术上都截然不同于低空飞艇，许多方面面临着极大的挑战。已有的四次进入临近空间的飞艇验证试验，证明了临近空间飞艇平台的可行性和应用价值，其应用过程中提出了许多关键的科学问题亟待解决，其中，如何通过设计蒙皮表面微沟槽有效减小风阻是实现大型临近空间飞艇长航时目标的核心问题之一。

受大自然界的启发，研究发现，通过在运动物体表面合理的铺设一定的沟槽可有效减小运动物体表面摩擦阻力。近年来，世界范围内对刚性面沟槽减阻效果和减阻机理进行了一定量的研究，并部分进行了工程应用数值仿真和实验验证，并认为沟槽减阻技术是目前最理想的表面减阻方法。

目前，沟槽减阻技术虽然已应用于飞机和舰艇上，但是针对于蒙皮这种柔性基体的沟槽减阻的研究尚未见报道。不同于一般刚性面高雷诺数飞行器表面沟槽减阻，临近空间飞艇表面的流场主要是稀薄低速气体，具有低雷诺数运行特性；同时，临近空间飞艇是一类典型的柔性结构，囊体在风载作用下局部极易发生大变形，囊体表面的沟槽亦是柔性微褶皱，外流场作用下具有可变形的特质，易与外流场发生耦合。大型临近空间飞艇由柔性蒙皮材料包围而成，其阻力主要有压差阻力和艇体表面摩擦阻力组成。由于飞艇具有较大的表面积，减小表面摩擦阻力能够较大幅度的减小艇体的总阻力。

PU或TPU薄膜是现有的平流层飞艇蒙皮耐候层材料，虽然其本身具有一定的耐老化性能，但是在恶劣的环境下使用时仍然达不到人们所希望的理想效果。

发明内容

本发明要解决现有平流层飞艇蒙皮耐候性差、阻力大、隔热性差的问题，而提供飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜。

本发明飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜包含有设置在表面的“V”型沟槽，所述“V”型沟槽在PU或TPU薄膜表面形成交替通透的沟纹，每个沟纹的宽度s为20～200μm，深度h为20～200μm。

上述飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜的带有微沟槽的表面上还设置有一层防护层，所述防护层为Al层或TiO₂层。

本发明提供了飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其微沟槽是通过热压印方法制备的，本发明薄膜材料的热压印机理分析如下：

薄膜材料的热压印是基于聚合物的热流动成型来实现图形复制的。当模板图形尺寸较小，周期性强时，聚合物容易完全转移，模板图形能够很好地复制到聚合物基底上；当模板图形尺寸很大，聚合物转移不完全和内在的松弛行为会在图形化区域及其邻近区域出现各种特殊的图案。其机理可描述为：将模板压入聚合物中，模板凸区下的聚合物受压挤入相邻两个凸区之间的空腔中，并沿着空腔侧壁上升，而空腔内原有的聚合物由于受到两侧流体的挤压，会向上凸起变形，在两股流体的交界处形成两个接点，随着压印时间的延长，两侧的聚合物不断向空腔内挤压，原有的聚合物不断压缩上升，最后整个空腔被填满，经过一段时间的热平衡，分离模板和基底，就得到了图形化的聚合物。图5是热压印过程中聚合物填充机理示意图，向下的箭头代表模板施加给薄膜的挤压力，向上的箭头代表基底施加给薄膜的挤压力，中间的箭头代表薄膜在压力下的流动方向。如果在压印过程施加的压力较大，则模板凸起下的聚合物流入空腔后，由于表面张力的作用，首先形成一个个的山包，若聚合物足够厚，压印时间足够长，则山包会逐渐融合成为一体，实现空腔的完全填充。

至今还没有柔性薄膜表面微沟槽的制备方法，本发明以临近空间飞艇蒙皮耐候层材料热塑性聚氨酯薄膜(TPU)为柔性面，采用硬质模版热压印的方法为柔性面表面复形微沟槽，实现了微纳米尺度下在柔性薄膜上对结构图案的微纳复制，得到高分辨率、高深宽比结构的微沟槽，压印薄膜的保形能力比较好，弹性回复变化比较小，沟槽减阻数值模拟结果表明，本发明所制备的表明带有微沟槽结构的TPU薄膜具有减阻效果。

本发明还提供了表面具有Al层防护层的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，在薄膜表面蒸镀铝层得到镀Al型薄膜，涂层柔软并具有几乎薄膜原有的弹性，涂层结合力好，表面均匀光滑，具有优良的耐磨性和柔韧性，良好的耐高温和耐低温性能、耐臭氧老化、氧老化、光老化和气候老化性，镀Al型TPU薄膜辐照20天的拉伸强度值损失为39.29％，较原TPU薄膜有较大提高，并且回弹性相对原膜降低，压印薄膜的保形能力很好，弹性回复变化非常小，压缩永久变形性相对提高，能很好的反射太阳辐射的能量，可以起到隔热降温、反射紫外线保护蒙皮材料的效果，提高了蒙皮材料的耐候性能；在薄膜表面溅射Al层得到Al层涂覆型薄膜，Al层能很好的反射太阳辐射的能量，可以起到隔热降温、反射紫外线保护蒙皮材料的效果，而且，Al层厚度为30～300nm，使飞艇在质轻的前提下，提高了蒙皮材料的耐候性能。

本发明还提供了表面具有TiO₂防护层的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜。本发明中使用的溶胶凝胶法制备TiO₂，具有设备简单，容易大面积涂膜，工艺温度低，涂层均匀、致密等优点，同时考虑到本发明应用方面上不需要高的结晶度以达到光催化或金属防腐性能(只需满足致密、均匀，厚度较薄，最终可以对原子氧及紫外屏蔽即可)及柔性薄膜PU或TPU高温分解的情况，此处制备的TiO₂涂层未经高温煅烧处理，相比煅烧处理溶胶凝胶法制备TiO₂涂层，涂层回缩性更低、裂纹更小。而溶胶凝胶覆2～3层TiO₂涂层，有效填补了因第一层涂层与基体材料热膨胀系数相差较大而导致的裂纹缺陷，综合考虑涂层制备过程温度更低，制得的涂层致密、均匀、无裂纹，对薄膜防护效果更好。

PU或TPU薄膜本身具有较好的耐老化性能，对PU或TPU薄膜涂覆TiO₂，使PU或TPU薄膜与平流层空间大量原子氧相隔离，大大缓解PU或TPU薄膜紫外辐射条件下的氧化，同时TiO₂涂层本身对紫外有较强吸收，降低了紫外对PU或TPU薄膜的伤害。本发明所制得的具有TiO₂涂层的PU或TPU薄膜的TiO₂涂层致密、均匀、无裂纹，对原子氧、紫外线均有较好的屏蔽效果；制备的具有TiO₂涂层的PU或TPU薄膜减阻微沟槽沟纹很明显、规整性好、减阻效果突出。

本发明所提供的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，为进一步降低飞艇体积、提高载荷、延长驻空时间有重要作用，具有较大的应用前景。

本发明用于飞艇蒙皮材料。

附图说明

图1是飞艇蒙皮材料结构示意图；其中1代表耐候层，2代表承力层，3代表阻隔层，4代表热封层；

图2是本发明热压印工艺样品组装图，其中5代表Al制模板，6代表TPU或PU薄膜，7代表石英玻璃基底；

图3是本发明热压过程中的Al制模板、TPU或PU薄膜和石英玻璃基底示意图；

图4是本发明热压成型所得到的表面具有“V”型沟槽的TPU或PU薄膜的横截面示意图；

图5是热压印过程中聚合物填充机理示意图；

图6是实施例一所制备的Al制模板表面的照片(上方观测)；

图7是实施例一所制备的Al制模板表面的照片(侧面观测)；

图8是实施例一所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜表面的照片(上方观测)；

图9是实施例一所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜表面的照片(侧面观测)；

图10实施例一所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(上方观测)；

图11是实施例一所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(侧面观测)；

图12是实施例二所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜表面的照片(上方观测)；

图13是实施例二所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜表面的照片(侧面观测)；

图14是实施例二所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(上方观测)；

图15是实施例二所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(侧面观测)；

图16是TPU薄膜表面的AFM图；

图17是人工老化240h后的TPU薄膜表面的AFM图；

图18是人工老化480h后的TPU薄膜表面的AFM图；

图19是TPU薄膜断面的SEM照片；

图20是人工老化480h的TPU薄膜断面的SEM照片；

图21是人工老化480h的TPU薄膜侧面的SEM照片；

图22是实施例二制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜表面的AFM图；

图23是人工老化240h后的镀Al型TPU薄膜表面的AFM图；

图24是人工老化480h后的镀Al型TPU薄膜表面的AFM图；

图25是未辐照的镀Al型TPU薄膜表面的SEM照片；

图26是人工老化480h的镀Al型TPU薄膜表面的SEM照片；

图27是薄膜的拉伸强度与辐照时间的关系图，其中代表镀Al型TPU薄膜，代表TPU薄膜；

图28薄膜的弹性模量与辐照时间的关系图，代表镀Al型TPU薄膜，代表TPU薄膜；

图29是紫外-可见-近红外透过光谱图，其中a代表TPU薄膜，b代表蒸镀一层厚度为10μm铝层的TPU薄膜；

图30是太阳光反射率光谱图，其中a代表TPU薄膜，b代表蒸镀一层厚度为10μm铝层的TPU薄膜；

图31是实施例三所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜表面的照片(上方观测)；

图32是实施例三所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜表面的照片(侧面观测)；

图33是实施例三所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(上方观测)；

图34是实施例三所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(侧面观测)；

图35是实施例三制备的Al层涂覆型TPU薄膜表面的AFM图；

图36是人工老化240h后的Al层涂覆型TPU薄膜表面的AFM图；

图37是人工老化480h后的Al层涂覆型TPU薄膜表面的AFM图；

图38是未辐照的Al层涂覆型TPU薄膜表面的SEM照片；

图39是辐照480h的Al层涂覆型TPU薄膜表面的SEM照片；

图40是紫外-可见-近红外透过光谱图，其中a代表TPU薄膜，b代表溅射一层厚度为120nm的铝层的TPU薄膜；

图41是太阳光反射率光谱图，其中a代表TPU薄膜，b代表溅射一层厚度为120nm的铝层的TPU薄膜；

图42是实施例四所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的照片(上方观测)；

图43是实施例四所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的照片(侧面观测)；

图44是实施例四制得的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的TiO₂涂层表面的扫描电镜照片；

图45是实施例四制得的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的TiO₂涂层截面的扫描电镜照片；

图46是图44的放大图；

图47是表面涂覆有TiO₂涂层的石英玻璃A的紫外透过光谱图；

图48是表面涂覆有TiO₂涂层的石英玻璃B的紫外透过光谱图；

图49是实施例五所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀TiO₂型TPU薄膜的照片(上方观测)；

图50是实施例五所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀TiO₂型TPU薄膜的照片(侧面观测)；

图51是三维模型网格划分图；

图52是来流速度为10m/s时，流向横截面速度云图；

图53是沟槽附近速度云图；

图54是光滑平板表面速度云图；

图55是流向横截面涡强度分布云图；

图56是沟槽附近涡强分布云图；

图57是沟槽附近z向剪切应力。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜包含有设置在表面的“V”型沟槽，所述“V”型沟槽在PU或TPU薄膜表面形成交替通透的沟纹，每个沟纹的宽度s为20～200μm，深度h为20～200μm。

本实施方式提供了飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其微沟槽是通过热压印方法制备的，本实施方式薄膜材料的热压印机理分析如下：

薄膜材料的热压印是基于聚合物的热流动成型来实现图形复制的。当模板图形尺寸较小，周期性强时，聚合物容易完全转移，模板图形能够很好地复制到聚合物基底上；当模板图形尺寸很大，聚合物转移不完全和内在的松弛行为会在图形化区域及其邻近区域出现各种特殊的图案。其机理可描述为：将模板压入聚合物中，模板凸区下的聚合物受压挤入相邻两个凸区之间的空腔中，并沿着空腔侧壁上升，而空腔内原有的聚合物由于受到两侧流体的挤压，会向上凸起变形，在两股流体的交界处形成两个接点，随着压印时间的延长，两侧的聚合物不断向空腔内挤压，原有的聚合物不断压缩上升，最后整个空腔被填满，经过一段时间的热平衡，分离模板和基底，就得到了图形化的聚合物。图5是热压印过程中聚合物填充机理示意图，向下的箭头代表模板施加给薄膜的挤压力，向上的箭头代表基底施加给薄膜的挤压力，中间的箭头代表薄膜在压力下的流动方向。如果在压印过程施加的压力较大，则模板凸起下的聚合物流入空腔后，由于表面张力的作用，首先形成一个个的山包，若聚合物足够厚，压印时间足够长，则山包会逐渐融合成为一体，实现空腔的完全填充。

至今还没有柔性薄膜表面微沟槽的制备方法，本实施方式以临近空间飞艇蒙皮耐候层材料热塑性聚氨酯薄膜(TPU)为柔性面，采用硬质模版热压印的方法为柔性面表面复形微沟槽，实现了微纳米尺度下在柔性薄膜上对结构图案的微纳复制，得到高分辨率、高深宽比结构的微沟槽，压印薄膜的保形能力比较好，弹性回复变化比较小，沟槽减阻数值模拟结果表明，本实施方式所制备的表明带有微沟槽结构的TPU薄膜具有减阻效果。

本实施方式还提供了表面具有Al层防护层的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，在薄膜表面蒸镀铝层得到镀Al型薄膜，涂层柔软并具有几乎薄膜原有的弹性，涂层结合力好，表面均匀光滑，具有优良的耐磨性和柔韧性，良好的耐高温和耐低温性能、耐臭氧老化、氧老化、光老化和气候老化性，镀Al型TPU薄膜辐照20天的拉伸强度值损失为39.29％，较原TPU薄膜有较大提高，并且回弹性相对原膜降低，压印薄膜的保形能力很好，弹性回复变化非常小，压缩永久变形性相对提高，能很好的反射太阳辐射的能量，可以起到隔热降温、反射紫外线保护蒙皮材料的效果，提高了蒙皮材料的耐候性能；在薄膜表面溅射Al层得到Al层涂覆型薄膜，Al层能很好的反射太阳辐射的能量，可以起到隔热降温、反射紫外线保护蒙皮材料的效果，而且，Al层厚度为30～300nm，使飞艇在质轻的前提下，提高了蒙皮材料的耐候性能。

本实施方式还提供了表面具有TiO₂防护层的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜。本实施方式中使用的溶胶凝胶法制备TiO₂，具有设备简单，容易大面积涂膜，工艺温度低，涂层均匀、致密等优点，同时考虑到本实施方式应用方面上不需要高的结晶度以达到光催化或金属防腐性能(只需满足致密、均匀，厚度较薄，最终可以对原子氧及紫外屏蔽即可)及柔性薄膜PU或TPU高温分解的情况，此处制备的TiO₂涂层未经高温煅烧处理，相比煅烧处理溶胶凝胶法制备TiO₂涂层，涂层回缩性更低、裂纹更小。而溶胶凝胶覆2～3层TiO₂涂层，有效填补了因第一层涂层与基体材料热膨胀系数相差较大而导致的裂纹缺陷，综合考虑涂层制备过程温度更低，制得的涂层致密、均匀、无裂纹，对薄膜防护效果更好。

PU或TPU薄膜本身具有较好的耐老化性能，对PU或TPU薄膜涂覆TiO₂，使PU或TPU薄膜与平流层空间大量原子氧相隔离，大大缓解PU或TPU薄膜紫外辐射条件下的氧化，同时TiO₂涂层本身对紫外有较强吸收，降低了紫外对PU或TPU薄膜的伤害。本实施方式所制得的具有TiO₂涂层的PU或TPU薄膜的TiO₂涂层致密、均匀、无裂纹，对原子氧、紫外线均有较好的屏蔽效果；制备的具有TiO₂涂层的PU或TPU薄膜减阻微沟槽沟纹很明显、规整性好、减阻效果突出。

本实施方式所提供的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，为进一步降低飞艇体积、提高载荷、延长驻空时间有重要作用，具有较大的应用前景。

具体实施方式二：本实施方式与今天实施方式一不同的是：所述PU或TPU薄膜的厚度为25～250μm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：每个沟纹的宽度s为90～110μm，深度h为90～110μm。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：每个沟纹的宽度s为95～100μm，深度h为95～100μm。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述PU或TPU薄膜的厚度为95～120μm。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜的带有微沟槽的表面上还设置有一层防护层，所述防护层为Al层或TiO₂层。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述Al层的厚度为30nm～15μm。其它与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述Al层的厚度为35nm～300nm。其它与具体实施方式六相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述Al层的厚度为8～10μm。其它与具体实施方式六相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述TiO₂层的厚度为1000nm～2000nm。其它与具体实施方式六相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜的热压印制备方法按以下步骤进行：

一、采用超精密微细加工机床系统加工出表面具有“V”型沟槽结构的Al制模板，所述“V”型沟槽在Al制模板表面形成交替通透的沟纹，每个沟纹的宽度s为100μm，深度h为100μm；Al制模板的长度为50mm，宽度为50mm，厚度为6mm；Al制模板所用的Al材的型号是Al-LY12；

二、将步骤一中所制备的Al制模板用丙酮超声清洗20min，烘干后先涂覆三层洁膜剂，再涂覆三层封孔剂，最后涂覆三层水性脱模剂，每一层的涂覆时间间隔为15min；

三、取欲压印的TPU薄膜，用无水乙醇超声清洗5min，自然晾干备用；

四、将经步骤二处理的Al制模板安装在热压印机的压头上，在热压印机的承载台上放置石英玻璃基底，将经步骤三处理的TPU薄膜平铺在石英玻璃基底上，预热至130℃后，降下压头，待Al制模板和TPU薄膜接触后升压至50N，在温度为130℃、压力为50N的条件下，压印20min，停止加热，保压2h，撤去压力，抬起压头，完成飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜的热压印制备。

本实施例步骤二中所用的洁膜剂、封孔剂和水性脱模剂是埃法比国贸(上海)有限公司生产销售的产品。

实施例一所用热塑性聚氨酯薄膜(TPU薄膜)的物性如表1所示。

表1TPU薄膜物性表

利用三维光学显微观测系统[基恩士公司，数码显微镜(digital microscope)，型号VHX-600]对模版及压印后的蒙皮表面微沟槽形貌进行表征，图8是实施例一所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜表面的照片(上方观测)；图9是实施例一所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜表面的照片(侧面观测)。从图中可以看出，TPU薄膜表面的沟纹很明显，沟槽条纹形状及大小与压印模板匹配完好，三维形貌均匀。

薄膜压印微沟槽后回弹性的探讨：

为分析薄膜压印微沟槽后的回弹特性，取实施例一所制备的经过三维表征的附有较好微沟槽结构的TPU薄膜放置0天、15天、30天、45天和60天，之后观察压印薄膜相同部位的三维结构的恢复变化情况，来研究薄膜沟槽的保形能力。图10实施例一所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(上方观测)；图11是实施例一所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(侧面观测)，由图可见，压印薄膜的保形能力比较好，弹性回复变化比较小，微沟槽的尺寸随时间的回弹变化数据如表2所示。

表2微沟槽随时间的回弹变化

实施例二：

本实施例飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜的热压印制备方法按以下步骤进行：

一、采用超精密微细加工机床系统加工出表面具有“V”型沟槽结构的Al制模板，所述“V”型沟槽在Al制模板表面形成交替通透的沟纹，每个沟纹的宽度s为100μm，深度h为100μm；Al制模板的长度为50mm，宽度为50mm，厚度为6mm；Al制模板所用的Al材的型号是Al-LY12；

二、将步骤一中所制备的Al制模板用丙酮超声清洗20min，烘干后先涂覆三层洁膜剂，再涂覆三层封孔剂，最后涂覆三层水性脱模剂，每一层的涂覆时间间隔为20min；

三、采用真空蒸镀技术，在欲压印的TPU薄膜表面蒸镀一层厚度为10μm的铝膜，得到镀Al型TPU薄膜；

四、将经步骤二处理的Al制模板安装固定在热压印机的压头上，在热压印机的承载台上放置石英玻璃基底，将经步骤三得到的镀Al型TPU薄膜平铺在石英玻璃基底上，预热至140℃后，降下压头，待Al制模板和镀Al型TPU薄膜接触后升压至70N，在温度为140℃、压力为70N的条件下，压印25min，停止加热，自然冷却，并保压2h，撤去压力，抬起压头，完成飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜的热压印制备。

本实施例所用原料均为市售产品，步骤二中所用的洁膜剂、封孔剂和水性脱模剂是埃法比国贸(上海)有限公司生产销售的产品。本实施例所用热塑性聚氨酯薄膜(TPU薄膜)的物性如表1所示。

利用三维光学显微观测系统对模版及压印后的蒙皮表面微沟槽形貌进行表征，图12是实施例二所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜表面的照片(上方观测)；图13是实施例二所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜表面的照片(侧面观测)。从图中可以看出，TPU薄膜表面的沟纹很明显，沟槽条纹形状及大小与压印模板匹配完好，三维形貌均匀。

薄膜压印微沟槽后回弹性的探讨：

为分析薄膜压印微沟槽后的回弹特性，取实施例一所制备的经过三维表征的附有较好微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜放置60天，之后观察压印薄膜相同部位的三维结构的恢复变化情况，来研究薄膜沟槽的保形能力。图14是实施例二所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(上方观测)；图15是实施例二所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(侧面观测)，由图可见，压印薄膜的保形能力很好，弹性回复变化非常小，微沟槽的尺寸随时间的回弹变化数据如表3所示。

表3微沟槽随时间的回弹变化

取实施例二制备的具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜(以下称镀Al型TPU薄膜)以及没有镀Al的TPU薄膜(以下称TPU薄膜)，采用美国Atlas(亚太拉斯)Ci3000+氙灯气候老化试验仪对薄膜进行人工气候老化实验，通过改变温度、湿度、喷淋，利用氙灯模拟自然气候和全光谱人工日光，对镀Al型TPU薄膜和TPU薄膜的耐老化性能进行测试。所设置的实验参数为：辐照强度90W/m²，湿度10％，风速32m/s，无喷淋。

利用原子力显微镜(AFM)对辐照不同时间的TPU薄膜进行测试，图16是TPU薄膜表面的AFM图；图17是人工老化240h后的TPU薄膜表面的AFM图；图18是人工老化480h后的TPU薄膜表面的AFM图。

TPU薄膜经氙灯辐照前后表面粗糙度R_a(nm)的变化如表4所示，可见，辐照前，试样表面相对较为光滑，表面缺陷较少；辐照开始后，随着辐照时间的延长，薄膜表面粗糙度逐渐增加，表面缺陷逐渐增多。

表4未涂覆Al涂层的TPU薄膜辐照前后表面粗糙度R_a(nm)的变化

用扫描电子显微镜(SEM)观察TPU薄膜经氙灯辐照老化前后的拉伸断口表面形貌，结果如下：图19是TPU薄膜断面的SEM照片；图20是人工老化480h的TPU薄膜断面的SEM照片；图21是人工老化480h的TPU薄膜侧面的SEM照片。

从图中可以看出，未经辐照的聚氨酯薄膜(TPU)拉伸断口呈撕裂状，各处相互粘结的力较均匀，随着辐照时间的增长，聚氨酯薄膜拉伸断口表面形貌逐渐变得较为光滑，撕裂状逐渐变少，表面脆性增加，且拉伸损伤均在薄膜所受的辐照一侧。

利用原子力显微镜(AFM)对辐照不同时间的镀Al型TPU薄膜进行测试，图22是实施例二制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀Al型TPU薄膜表面的AFM图，从图中可以得出其表面粗糙度为8.16，薄膜表面镀层形貌比较平整；图23是人工老化240h后的镀Al型TPU薄膜表面的AFM图；图24是人工老化480h后的镀Al型TPU薄膜表面的AFM图；从图中可以看出，辐照开始后，薄膜的表面粗糙度随辐照时间的增加上升缓慢，说明薄膜表面的光滑结构遭受的破坏性很小，表面缺陷未见明显增多。镀Al型TPU薄膜经氙灯辐照前后表面粗糙度R_a(nm)的变化如表5所示：

表5镀Al型TPU薄膜辐照前后表面粗糙度R_a(nm)的变化

用扫描电子显微镜(SEM)观察镀Al型TPU薄膜经氙灯辐照老化前后的拉伸断口表面形貌，结果如下：图25是未辐照的镀Al型TPU薄膜表面的SEM照片；图26是人工老化480h的镀Al型TPU薄膜表面的SEM照片；从图中可以看出薄膜镀铝后辐照前后的表面形貌变化，由图26可见辐照20天后并未对镀铝层造成很大破坏，仅可见轻微裂纹，镀铝层表面仍然很光滑，仍然可以依附于薄膜表面起到保护薄膜的少受气候老化的作用。

拉伸性能测试：

在测试热塑性聚氨酯(TPU)薄膜样品和镀Al型TPU薄膜经美国Atlas(亚太拉斯)Ci3000+氙灯气候老化前后的拉伸性能时，样品均为采用薄膜精密裁剪机裁剪，尺寸大小均为300×40mm，每组5个试样，从中选取有效数据取平均值进行处理。

图27是薄膜的拉伸强度与辐照时间的关系图，其中代表镀Al型TPU薄膜，代表TPU薄膜；图28薄膜的弹性模量与辐照时间的关系图，代表镀Al型TPU薄膜，代表TPU薄膜。从图27和图28可以看出，未经辐照的原聚氨酯薄膜拉伸性能为：拉伸强度81.80MPa，断裂应变为497.15％，弹性模量约为50.97MPa；而辐照时间达到10d，聚氨酯薄膜拉伸强度即明显下降，损失达到35.23％，可见氙灯辐照对聚氨酯薄膜性能损伤较大，之后随着辐照时间的增长，聚氨酯薄膜拉伸强度值继续下降，辐照时间为20d时损失达到49.26％，说明氙灯辐照对薄膜的力学性能影响比较大，其韧性变化明显。而当薄膜表面镀Al后，经辐照其力学性能下降有所缓解，镀Al辐照480h的拉伸强度值损失为39.29％，说明薄膜表面镀Al后其耐气候老化性能明显提高。

紫外光谱分析：

在日光的照射下，热量不断地积聚在被辐照物体表面，会使其表面温度不断升高，增加能耗。由太阳辐射光谱可知，太阳辐射能量的95％在可见光区和近红外光区(400～2500nm)，根据关系式：α+ρ+τ＝1

其中，α——吸收率，物体表面吸收的辐射能量与入射到该物体表面的辐射能量之比；ρ——反射率，物体表面反射的辐射能量与入射到该物体表面的辐射能量之比；τ——透射率，透过物体的辐射能量与入射到该物体表面的辐射能量之比。

为了提高飞艇表面薄膜的反辐射隔热能力，只有提高薄膜的反射率ρ，才能够使薄膜表面对能量吸收的少，即α低，薄膜温度上升的就不高，这是热反射涂层的首要能力。另外热反射薄膜还要具备把吸收的能量再发射出去的能力。

同时，在临近空间的紫外线强度非常大，所以薄膜的对紫外线的透过率和反射能力也是我们考察的重点。

图29是紫外-可见-近红外透过光谱图，其中a代表TPU薄膜，b代表蒸镀一层厚度为10μm铝层的TPU薄膜；图30是太阳光反射率光谱图，其中a代表TPU薄膜，b代表蒸镀一层厚度为10μm铝层的TPU薄膜，从图中可以看出，虽然薄膜镀铝后的紫外透过率几乎没有明显的变化，但是可见-近红外透过率与原膜相比降低了许多，说明镀铝层很好的阻止了可见-近红外光的透过；而且涂层的紫外-可见-近红外光的太阳光反射率增加了，说明涂层能很好的反射太阳辐射的能量，可以起到隔热降温、反射紫外线保护蒙皮材料的效果。

经过镀铝防护后，薄膜材料在辐照作用后的质量损失变小，其耐紫外光能力大大增强。

该金属化薄膜不仅使材料不因出气和剧烈的温差变化而变形，不因吸湿而在空间环境中产生微裂纹，不因原子氧等辐照而变形破坏，从而保证材料的结构强度、稳定性和使用寿命。而且镀铝薄膜具有很高的反射系数，能将热量反射出去，具有良好的光辐射反射、阻隔等防护性能。对紫外线具有良好的吸收和反射性能，对可见光也有良好的反射性能，可以有效地反射和阻隔光、热的作用，提高材料的防护隔绝性能。涂层柔软并具有几乎薄膜原有的弹性，涂层结合力好，表面均匀光滑，具有优良的耐磨性和柔韧性，良好的耐高温和耐低温性能、耐臭氧老化、氧老化、光老化和气候老化性。并且回弹性相对原膜降低，压缩永久变形性相对提高。

实施例三：

本实施例飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜的热压印制备方法按以下步骤进行：

一、采用超精密微细加工机床系统加工出表面具有“V”型沟槽结构的Al制模板，所述“V”型沟槽在Al制模板表面形成交替通透的沟纹，每个沟纹的宽度s为100μm，深度h为100μm；Al制模板的长度为50mm，宽度为50mm，厚度为6mm；Al制模板所用的Al材的型号是Al-LY12；

二、将步骤一中所制备的Al制模板用丙酮超声清洗20min，烘干后先涂覆三层洁膜剂，再涂覆三层封孔剂，最后涂覆三层水性脱模剂，每一层的涂覆时间间隔为15min；

三、取欲压印的TPU薄膜，用无水乙醇超声清洗5min，自然晾干备用；

四、将经步骤二处理的Al制模板安装在热压印机的压头上，在热压印机的承载台上放置石英玻璃基底，将经步骤三处理的TPU薄膜平铺在石英玻璃基底上，预热至130℃后，降下压头，待Al制模板和TPU薄膜接触后升压至50N，在温度为130℃、压力为50N的条件下，压印20min，停止加热，保压2h，撤去压力，抬起压头，得到表面具有减阻微沟槽的TPU薄膜；

五、采用磁控溅射技术，磁控溅射的电源为直流电源，在电流为0.4A、真空度为0.5Pa、氩气流量100sccm、溅射时间为6min的条件下，在步骤四得到的表面具有减阻微沟槽的TPU薄膜上溅射一层Al层，完成飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜的热压印制备。

本实施例所用原料均为市售产品，步骤二中所用的洁膜剂、封孔剂和水性脱模剂是埃法比国贸(上海)有限公司生产销售的产品。经测试，本实施例所制备的Al层的厚度为120nm。本实施例所用热塑性聚氨酯薄膜(TPU薄膜)的物性如表1所示。

利用三维光学显微观测系统对压印后的蒙皮表面微沟槽形貌进行表征，图31是实施例三所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜表面的照片(上方观测)；图32是实施例三所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜表面的照片(侧面观测)。从图中可以看出，TPU薄膜表面的沟纹很明显，沟槽条纹形状及大小与压印模板匹配完好，三维形貌均匀。薄膜压印微沟槽后回弹性的探讨：

为分析薄膜压印微沟槽后的回弹特性，取实施例三所制备的经过三维表征的附有较好微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜放置60天，之后观察压印薄膜相同部位的三维结构的恢复变化情况，来研究薄膜沟槽的保形能力。图33是实施例三所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(上方观测)；图34是实施例三所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜放置2个月后的三维形貌(侧面观测)，由图可见，压印薄膜的保形能力比较好，弹性回复变化比较小，微沟槽的尺寸随时间的回弹变化数据如表6所示。

表6微沟槽随时间的回弹变化

取实施例三制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的Al层涂覆型TPU薄膜(以下称Al层涂覆型TPU薄膜)采用美国Atlas(亚太拉斯)Ci3000+氙灯气候老化试验仪对薄膜进行人工气候老化实验，通过改变温度、湿度、喷淋，利用氙灯模拟自然气候和全光谱人工日光，对Al层涂覆型TPU薄膜的耐老化性能进行测试。所设置的实验参数为：辐照强度90W/m²，湿度10％，风速32m/s，无喷淋。

利用原子力显微镜(AFM)对辐照不同时间的Al层涂覆型TPU薄膜进行测试，图35是实施例三制备的Al层涂覆型TPU薄膜表面的AFM图，从图中可以得出其表面粗糙度为7.25，薄膜表面镀层形貌比较平整；图36是人工老化240h后的Al层涂覆型TPU薄膜表面的AFM图；图37是人工老化480h后的Al层涂覆型TPU薄膜表面的AFM图；从图中可以看出，辐照开始后，薄膜的表面粗糙度随辐照时间的增加上升缓慢，说明薄膜表面的光滑结构遭受的破坏性很小，表面缺陷未见明显增多。

Al层涂覆型TPU薄膜经氙灯辐照前后表面粗糙度R_a(nm)的变化如表7所示：

表7Al层涂覆型TPU薄膜辐照前后表面粗糙度R_a(nm)的变化

用扫描电子显微镜(SEM)观察Al层涂覆型TPU薄膜经氙灯辐照老化前后的拉伸断口表面形貌，结果如下：图38是未辐照的Al层涂覆型TPU薄膜表面的SEM照片；图39是辐照480h的Al层涂覆型TPU薄膜表面的SEM照片；从图中可以看出薄膜镀铝后辐照前后的表面形貌变化，由图39可见辐照20天后并未对镀铝层造成很大破坏，仅可见轻微裂纹，镀铝层表面仍然很光滑，仍然可以依附于薄膜表面起到保护薄膜的少受气候老化的作用。

紫外光谱分析：

图40是紫外-可见-近红外透过光谱图；其中a代表TPU薄膜，b代表溅射一层厚度为120nm的铝层的TPU薄膜；图41是太阳光反射率光谱图；其中a代表TPU薄膜，b代表溅射一层厚度为120nm的铝层的TPU薄膜，从图中可以看出，虽然薄膜镀铝后的紫外透过率几乎没有明显的变化，但是可见-近红外透过率与原膜相比降低了许多，说明镀铝层很好的阻止了可见-近红外光的透过；而且涂层的紫外-可见-近红外光的太阳光反射率增加了，说明涂层能很好的反射太阳辐射的能量，可以起到隔热降温、反射紫外线保护蒙皮材料的效果。

实施例四：

本实施例飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的制备方法按以下步骤进行：

一、制备TiO₂溶胶前驱液：

a、称取钛酸四丁酯、无水乙醇、质量分数为37.5％的盐酸溶液、去离子水及冰醋酸，其中钛酸四丁酯、无水乙醇、去离子水及冰醋酸的物质的量的比为1∶10∶3∶1，钛酸四丁酯的物质的量与盐酸溶液中H⁺的物质的量的比例为1∶0.8；

b、取两个锥形瓶，标记为A和B，将步骤a中量取的无水乙醇分为3份，其中2份置于锥形瓶A中，其中1份置于锥形瓶B中，然后将步骤a中量取的冰醋酸加入到锥形瓶A中，在搅拌的条件下，向锥形瓶A中加入步骤a中量取的钛酸四丁酯，以150r/min的速度，电动搅拌20min；

c、将步骤a中量取的盐酸溶液和去离子水加入到锥形瓶B中，摇匀后，将锥形瓶B中的混合液转移至经步骤b处理的锥形瓶A中，以200r/min的速度，电动搅拌10min后，将锥形瓶A中的混合液转移至三口瓶内；

d、将步骤c中的三口瓶置于45℃的水浴中，以200r/min的速度，电动搅拌1h，自然冷却，静置7天，得到TiO₂溶胶前驱液；

二、e、将欲压印的PU薄膜垂直放入步骤一中制备的TiO₂溶胶前驱液中，浸渍5min后，以50cm/min的速度提取出，在60℃的烘箱内干燥30min，完成一层前期涂层的制备；将涂覆有一层前期涂层的PU薄膜垂直放入步骤一中制备的TiO₂溶胶前驱液中，浸渍5min后，以50cm/min的速度提取出，在60℃的烘箱内干燥30min，完成第二层前期涂层的制备；f、将涂覆有两层前期涂层的PU薄膜垂直放入步骤一中制备的TiO₂溶胶前驱液中，浸渍5min后，以50cm/min的速度提取出，在60℃的烘箱内干燥60min，完成最终涂层的制备；

三、g、采用超精密微细加工机床系统加工出表面具有“V”型沟槽结构的Al制模板，所述“V”型沟槽在Al制模板表面形成交替通透的沟纹，每个沟纹的宽度s为100μm，深度h为100μm；h、将步骤g中所制备的Al制模板用丙酮超声清洗15min，烘干后先涂覆三层洁膜剂，再涂覆三层封孔剂，最后涂覆三层水性脱模剂，每一层的涂覆时间间隔为20min；

四、将步骤二得到的TiO₂涂覆型PU薄膜以及步骤三得到的Al制模板放入115℃烘箱内预热15min，然后将Al制模板安装固定在热压印机的压头上，在热压印机的承载台上放置石英玻璃基底，将预热的TiO₂涂覆型PU薄膜平铺在石英玻璃基底上，降下压头，待Al制模板和PU薄膜接触后升压至15kg/cm²，在温度为135℃、压力为15kg/cm²的条件下，压印20min，停止加热，自然冷却，并保压2h，撤去压力，抬起压头，完成飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的制备。

本实施例所用原料均为市售产品，步骤二中所用的洁膜剂、封孔剂和水性脱模剂是埃法比国贸(上海)有限公司生产销售的产品。本实施例所用TPU薄膜为市售产品，厚度为100μm。本实施例中的Al制模板的长度为50mm，宽度为50mm，厚度为6mm；Al制模板所用的Al材的型号是Al-LY12。

利用三维光学显微观测系统对压印后的蒙皮表面微沟槽形貌进行表征，图42是实施例四所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的照片(上方观测)；图43是实施例四所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的照片(侧面观测)；从图中可以看出，PU薄膜表面的沟纹很明显，沟槽条纹形状及大小与压印模板匹配完好，三维形貌均匀，压印效果较好。

对实施例一制得的表面具有减阻微沟槽结构的飞艇蒙皮用TiO₂涂覆型PU薄膜的TiO₂涂层表面、截面进行测试扫描电镜观察，结果如图44和图45所示，图44是实施例四制得的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的TiO₂涂层表面的扫描电镜照片，图45是实施例四制得的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的TiO₂涂覆型PU薄膜的TiO₂涂层截面的扫描电镜照片；从图中可以看出，三层薄膜厚度标记为1863.84nm，单层厚度约为610nm，TiO₂涂层致密、均匀，图46是图44的放大图，可以看出涂层表面有颗粒状析出且颗粒较大，进一步观察表面大比例SEM图可知大颗粒底部TiO₂颗粒均匀、粒径相近且排列紧密，而部分析出的大颗粒状很可能为表面失水回缩团聚而成的TiO₂，总体上该方法所制取的TiO₂涂层的致密、均匀、无裂纹，满足隔离原子氧、吸收紫外线对TiO₂涂层需求。

紫外屏蔽效果测试：

紫外透过测试(紫外-可见透过光谱测量，波长范围200nm～800nm)空白对照为纯石英玻璃，透过率100％。

取两片透过率为100％纯石英玻璃，标记为A、B，将石英玻璃A放入实施例一的步骤一中制备的TiO₂溶胶前驱液中，浸渍5min后，在微波功率为700W的条件下进行处理，每运行20s，暂停2s，累计微波处理10min，得到表面涂覆有TiO₂涂层的石英玻璃A；

将石英玻璃B放入实施例一的步骤一中制备的TiO₂溶胶前驱液中，浸渍5min后，在60℃的烘箱内干燥30min，得到表面涂覆有TiO₂涂层的石英玻璃B。

测试表面涂覆TiO₂涂层的石英玻璃透过率，结果如图47、图48所示，图47是表面涂覆有TiO₂涂层的石英玻璃A的紫外透过光谱图，图48是表面涂覆有TiO₂涂层的石英玻璃B的紫外透过光谱图，由图47可知，微波10min处理后TiO₂涂层紫外吸收效果明显，在200～325nm范围紫外吸收率大于等于85％，紫外光的吸收有效降低了紫外对PU或TPU薄膜的直接伤害，提升了其耐老化性能，延长了薄膜使用寿命；近紫外及可见光波段吸收率在25％左右，此波段的吸收降低了近紫外及可见光波的吸收，一定程度上提高了飞艇隔热效果；由图48可知，烘箱60℃干燥0.5h得到的TiO₂涂层紫外吸收效果图与微波处理相似，均较为明显，在200～323nm范围紫外吸收率大于等于85％，紫外光的吸收有效降低了紫外对PU或TPU薄膜的直接伤害，提升了其耐老化性能，延长了薄膜使用寿命；近紫外及可见光波段吸收率在25％左右，此波段的吸收降低了近紫外及可见光波的吸收，一定程度上提高了飞艇隔热效果。

实施例五：

本实施例飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀TiO₂型TPU薄膜的制备方法按以下步骤进行：

一、制备TiO₂溶胶前驱液：

a、称取钛酸四丁酯、无水乙醇、强酸、去离子水及冰醋酸，其中钛酸四丁酯、无水乙醇、去离子水及冰醋酸的物质的量的比为1∶10∶3∶1，钛酸四丁酯的物质的量与强酸中H⁺的物质的量的比例为1∶0.8；所述强酸为浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸；

b、取两个锥形瓶，标记为A和B，将步骤a中量取的无水乙醇分为3份，其中2份置于锥形瓶A中，1份置于锥形瓶B中，然后将步骤a中量取的冰醋酸加入到锥形瓶A中，在搅拌的条件下，向锥形瓶A中加入步骤a中量取的钛酸四丁酯，以150r/min的速度，电动搅拌25min；

c、将步骤a中量取的强酸和去离子水加入到锥形瓶B中，摇匀后，将锥形瓶B中的混合液转移至经步骤b处理的锥形瓶A中，以200r/min的速度，电动搅拌10min后，将锥形瓶A中的混合液转移至三口瓶内；

d、将步骤c中的三口瓶置于45℃的水浴中，以200r/min的速度，电动搅拌1h，自然冷却，静置7天，得到TiO₂溶胶前驱液；

二、e、采用超精密微细加工机床系统加工出表面具有“V”型沟槽结构的Al制模板，所述“V”型沟槽在Al制模板表面形成交替通透的沟纹，每个沟纹的宽度s为100μm，深度h为100μm；

f、将步骤e中所制备的Al制模板用丙酮超声清洗20min，烘干后先涂覆三层洁膜剂，再涂覆三层封孔剂，最后涂覆三层水性脱模剂，每一层的涂覆时间间隔为20min；

三、取欲压印的TPU薄膜，用无水乙醇超声清洗10min，自然晾干备用；

四、将经步骤三处理的TPU薄膜以及经步骤二处理的Al制模板放入110℃烘箱内预热15min，然后将Al制模板安装固定在热压印机的压头上，在热压印机的承载台上放置石英玻璃基底，将预热的TPU薄膜平铺在石英玻璃基底上，降下压头，待Al制模板和TPU薄膜接触后升压至15kg/cm²，在温度为140℃、压力为15kg/cm²的条件下，压印20min，停止加热，自然冷却，并保压3h，撤去压力，抬起压头，得到具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜；

五、g、将步骤四得到的具有减阻微沟槽结构的TPU薄膜垂直放入步骤一中制备的TiO₂溶胶前驱液中，浸渍5min后，以45cm/min的速度提取出，在60℃的烘箱内干燥30min，或者在微波功率为700W的条件下进行微波处理，每运行30s，暂停3s，累计运行10min，完成一层前期涂层的制备；将涂覆有一层前期涂层的TPU薄膜垂直放入步骤一中制备的TiO₂溶胶前驱液中，浸渍5min后，以45cm/min的速度提取出，在60℃的烘箱内干燥30min，完成第二层前期涂层的制备；

h、将涂覆有两层前期涂层的TPU薄膜垂直放入步骤一中制备的TiO₂溶胶前驱液中，浸渍5min后，以45cm/min的速度提取出，在60℃的烘箱内干燥60min，完成最终涂层的制备，得到飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀TiO₂型TPU薄膜。

本实施例所用原料均为市售产品，步骤二中所用的洁膜剂、封孔剂和水性脱模剂是埃法比国贸(上海)有限公司生产销售的产品。本实施例所用TPU薄膜为市售产品，厚度为100μm。本实施例中的Al制模板的长度为50mm，宽度为50mm，厚度为6mm；Al制模板所用的Al材的型号是Al-LY12。

利用三维光学显微观测系统对压印后的蒙皮表面微沟槽形貌进行表征，图49是实施例五所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀TiO₂型TPU薄膜的照片(上方观测)；图50是实施例五所制备的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的镀TiO₂型TPU薄膜的照片(侧面观测)；从图中可以看出，TPU薄膜表面的沟纹很明显，沟槽条纹形状及大小与压印模板匹配完好，三维形貌均匀，压印效果较好。

沟槽减阻数值模拟：

沟槽面有两种放置方法即顺流向和垂直流向，顺流向沟槽更有利于减阻。对对称V型沟槽的流场进行了分析。模型沟槽高度和间距均为0.1mm，流场区域展向1mm，流场流向为3mm，沟槽面与平板面间距3mm，网格划分见图51。

流场入口为速度入口，来流速度10m/s，出口为自由出口；流场域左右边界定义为对称边界。大气密度取为0.08803kg/m³，空气粘性系数为1.4126×10^-5kg/m×s。采用RNGκ-ε湍动能方程求解，结果如下：

图52是来流速度为10m/s时，流向横截面速度云图，图的上端为光滑平板面，下端为沟槽面，图52表明流场壁面具有明显的边界层，在靠近壁面时流场的速度均比较小；图53和图54分别给出了沟槽壁面和平板壁面的速度云图，从两图可以看出，沟槽表面速度分布与平板存在较大差异，外部高速流体直接从沟槽面表面的低速流体上流过，避免了较大面积接触板面而造成能量损失；同时，沟槽底部y方向速度梯度小于沟槽尖峰处的速度梯度，使得整个沟槽面相比平板面具有较小的摩擦阻力成为可能；

图55表明，此算例的平板面和沟槽面均有涡产生；图56给出了沟槽附近涡强度的分布云图，表明在V型尖端附近涡强度比较大，流动较复杂；

图57表明剪切应力主要发生在V型沟槽的尖端附近，这是因为此处速度梯度沿y向变化比沟槽底部大。

沟槽减阻数值模拟结果表明，本发明所制备的表面带有微沟槽结构的PU或TPU薄膜具有减阻效果。

Claims (9)

1.飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜包含有设置在表面的“V”型沟槽，所述“V”型沟槽在PU或TPU薄膜表面形成交替通透的沟纹，每个沟纹的宽度s为20～200μm，深度h为20～200μm；所述具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜的带有微沟槽的表面上还设置有一层防护层，所述防护层为Al层或TiO₂层。

2.根据权利要求1所述的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于所述PU或TPU薄膜的厚度为25～250μm。

3.根据权利要求1所述的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于每个沟纹的宽度s为90～110μm，深度h为90～110μm。

4.根据权利要求1所述的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于每个沟纹的宽度s为95～100μm，深度h为95～100μm。

5.根据权利要求1所述的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于所述PU或TPU薄膜的厚度为95～120μm。

6.根据权利要求1所述的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于所述Al层的厚度为30nm～15μm。

7.根据权利要求1所述的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于所述Al层的厚度为35nm～300nm。

8.根据权利要求1所述的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于所述Al层的厚度为8～10μm。

9.根据权利要求1所述的飞艇蒙皮用具有减阻微沟槽结构的PU或TPU薄膜，其特征在于所述TiO₂层的厚度为1000nm～2000nm。