CN104760362B - 平流层浮空器蒙皮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
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，第一阻气层包括聚合物薄膜；以及位于聚合物薄膜上表面上的第一石墨烯层，和/或位于聚合物薄膜下表面上的第二石墨烯层。该平流层浮空器蒙皮中，第一阻气层中除了聚合物薄膜以外，还包括位于聚合物薄膜表面上的石墨烯层。石墨烯具有较高的导热率，在聚合物薄膜的表面上引入石墨烯层，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，石墨烯层能够将照射至蒙皮的太阳光热能迅速传导至整个蒙皮，从而达到整体快速散热的目的，并使蒙皮整体保持较为均匀的温度。
Description
技术领域
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
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。
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
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。
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：聚合物薄膜，其具有第一表面和远离第一表面的第二表面；以及位于聚合物薄膜的第一表面上的第一石墨烯层，和/或位于聚合物薄膜的第二表面上的第二石墨烯层。
进一步地，聚合物薄膜为聚乙烯醇树脂层或PET树脂层；当聚合物薄膜为PET树脂层时，PET树脂层靠近耐候层的表面上还具有镀铝层。
进一步地，聚合物薄膜的厚度范围为20～75μm，第一石墨烯层和/或第二石墨烯层的厚度范围为0.35～100nm。
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的一侧的第二阻气层，第二阻气层为石墨烯-热塑性聚氨酯胶层。
进一步地，第二阻气层的厚度范围为8～35μm。
进一步地，耐候层为ETFE层、PVDF层或PVDC层，和/或承力层为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。
进一步地，耐候层的厚度范围为10～50μm，承力层的厚度范围为80～300μm。
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。
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。
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：在聚合物薄膜的第一表面上形成第一石墨烯层，和/或在聚合物薄膜的第二表面上形成第二石墨烯层，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。
进一步地，当第一阻气层包括聚合物薄膜及位于聚合物薄膜的第一表面上的第一石墨烯层，或者，第一阻气层包括聚合物薄膜及位于聚合物薄膜的第二表面上的第二石墨烯层时，形成第一阻气层的步骤包括：
S1，通过化学气相沉积法在基材表面形成第一预备石墨烯层；
S2，将热剥离型胶带粘结在第一预备石墨烯层表面上，然后刻蚀以去除第一预备层中的基材，得到预处理胶带；以及
S3，将预处理胶带粘结在聚合物薄膜上，使第一预备石墨烯层与聚合物薄膜相邻，在95～150℃温度下热处理5～10min，剥离预处理胶带中的热剥离型胶带，形成第一阻气层；
当第一阻气层包括聚合物薄膜，位于聚合物薄膜的第一表面上的第一石墨烯层，以及位于聚合物薄膜的第二表面上的第二石墨烯层时，形成第一阻气层的步骤包括：
A1，执行步骤S1、S2及S3，形成预备阻气层；
A2，重复步骤S1，在基材上形成第二预备石墨烯层；重复步骤S2，形成预处理胶带；以及
A3，将预处理胶带粘结在预备阻气层表面上，并使预备阻气层中的聚合物薄膜与预处理胶带上的第二预备石墨烯层接触，在95～150℃温度下热处理5～10min，剥离预处理胶带中的热剥离型胶带，形成第一阻气层；
其中，基材为铜板或铝板。
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。
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。
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。
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，第一阻气层中除了聚合物薄膜以外，还包括位于聚合物薄膜表面上的石墨烯层。石墨烯具有较高的导热率，在聚合物薄膜的表面上引入石墨烯层，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，第一石墨烯层和/或第二石墨烯层能够将照射至蒙皮的太阳光热能迅速传导至整个蒙皮，从而达到整体快速散热的目的，并使蒙皮整体保持较为均匀的温度。这就有利于防止蒙皮局部过热使其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。另外，石墨烯的加入还能够提高蒙皮的整体力学性能。同时，石墨烯是一种二维层状、单原子厚度的碳单子，具有大的比表面积和很高的透明度，在聚合物薄膜的表面上引入石墨烯层能够有效改善第一阻气层的阻气性能，从而提高整个蒙皮的阻气性能。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
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：
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；
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；
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
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
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。
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包括聚合物薄膜121，其具有第一表面和远离第一表面的第二表面，以及位于聚合物薄膜121的第一表面上的第一石墨烯层122；或者，如图2所示，第一阻气层120包括聚合物薄膜121，以及位于聚合物薄膜121的第二表面上的第二石墨烯层123；或者，如图3所示，第一阻气层120包括聚合物薄膜121，以及位于聚合物薄膜121的第一表面上的第一石墨烯层122和位于聚合物薄膜121的第二表面上的第二石墨烯层123。
上述聚合物薄膜121的第一表面是指聚合物薄膜121靠近耐候层110的表面，上述聚合物薄膜121的第二表面是指聚合物薄膜121远离耐候层110的表面。
本发明所提供的上述平流层浮空器蒙皮中，第一阻气层120中除了聚合物薄膜121以外，还包括位于聚合物薄膜121表面上的石墨烯层。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。在聚合物薄膜121的表面上引入石墨烯层，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，第一石墨烯层122和/或第二石墨烯层123能够将照射至蒙皮的太阳光热能迅速传导至整个蒙皮，从而达到整体快速散热的目的，并使蒙皮整体保持较为均匀的温度。这就有利于防止蒙皮局部过热使其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。另外，石墨烯的加入还能够提高蒙皮的整体力学性能。另外，石墨烯是一种二维层状、单原子厚度的碳单子，具有大的比表面积和很高的透明度，在聚合物薄膜121的表面上引入石墨烯层能够有效改善第一阻气层120的阻气性能，从而提高整个蒙皮的阻气性能。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。
本发明提供的这种平流层浮空器蒙皮，只要以表面上具有石墨烯层的聚合物薄膜121作为第一阻气层120，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，上述聚合物薄膜121为聚乙烯醇树脂层或PET树脂层。相比于其他聚合物树脂层，聚乙烯醇树脂层和PET树脂层具有更好的阻气性，且二者的耐候性也较佳，用于平流层浮空器蒙皮结构层更为适宜。优选地，当聚合物薄膜121为PET树脂层时，PET树脂层靠近耐候层110的表面上还具有镀铝层。
本领域技术人员可以选择石墨烯层和聚合物薄膜121的具体厚度。在一种优选的实施方式中，上述聚合物薄膜121的厚度范围为20～75μm，第一石墨烯层122和第二石墨烯层123的厚度分别范围为0.35～100nm。将石墨烯层和聚合物薄膜121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。
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的一侧的第二阻气层140，第二阻气层140为石墨烯-热塑性聚氨酯胶层。
本文中的术语“石墨烯-热塑性聚氨酯胶层”是指石墨烯作为填料分散在热塑性聚氨酯胶层中形成的复合层。
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的厚度范围为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10～35wt％。
在一种优选的实施方式中，耐候层110为ETFE层、PVDF层或PVDC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。同样地，PVDF(聚偏氟乙烯)层或PVDC(聚偏二氯乙烯)层也具有较好的耐候性，作为蒙皮耐候层也较为适宜。优选地，耐候层110为ETFE层。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，芳纶纤维和聚乙烯纤维同样具有较高的比强度和比模量。以PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯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。
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10～50μm，承力层130的厚度范围为80～300μm。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。
本发明提供的上述平流层浮空器蒙皮，只要以在聚合物薄膜121表面上引入石墨烯层，并以石墨烯-热塑性聚氨酯胶层作为第二阻气层140，就能够进一步提高蒙皮的整体导热性能和阻气性能。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的厚度分别优选为10μm。
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：在聚合物薄膜121的第一表面上形成第一石墨烯层122，和/或在聚合物薄膜121的第二表面上形成第二石墨烯层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。
本发明所提供的上述制备方法，第一阻气层120中除了聚合物薄膜121以外，还包括位于聚合物薄膜121表面上的石墨烯层。石墨烯具有较高的导热率，在聚合物薄膜121的表面上引入石墨烯层，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，第一石墨烯层122和/或第二石墨烯层123能够将照射至蒙皮的太阳光热能迅速传导至整个蒙皮，从而达到整体快速散热的目的，并使蒙皮整体保持较为均匀的温度。这就有利于防止蒙皮局部过热使其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。另外，石墨烯的加入还能够提高蒙皮的整体力学性能。另外，石墨烯是一种二维层状、单原子厚度的碳单子，具有大的比表面积和很高的透明度，在聚合物薄膜121的表面上引入石墨烯层能够有效改善第一阻气层120的阻气性能，从而提高整个蒙皮的阻气性能。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。
在一种优选的实施方式中，当第一阻气层120包括聚合物薄膜121及位于聚合物薄膜121的第一表面上的第一石墨烯层122，或者，第一阻气层120包括聚合物薄膜121及位于聚合物薄膜121的第二表面上的第二石墨烯层123时，形成第一阻气层120的步骤包括：S1，通过化学气相沉积法(CVD法)在基材表面形成第一预备石墨烯层；S2，将热剥离型胶带粘结在第一预备石墨烯层表面上，然后刻蚀以去除第一预备层中的基材，得到预处理胶带；以及S3，将预处理胶带粘结在聚合物薄膜121上，使第一预备石墨烯层与聚合物薄膜121相邻，在95～150℃温度下热处理5～10min，剥离预处理胶带中的热剥离型胶带，形成第一阻气层120；
当第一阻气层120包括聚合物薄膜121，位于聚合物薄膜121的第一表面上的第一石墨烯层122，以及位于聚合物薄膜121的第二表面上的第二石墨烯层123时，形成第一阻气层120的步骤包括：A1，执行步骤S1、S2及S3，形成预备阻气层；A2，重复步骤S1，在基材上形成第二预备石墨烯层；重复步骤S2，形成预处理胶带；以及A3，将预处理胶带粘结在预备阻气层表面上，并使预备阻气层中的聚合物薄膜121与预处理胶带上的第二预备石墨烯层接触，在95～150℃温度下热处理5～10min，剥离预处理胶带中的热剥离型胶带，形成第一阻气层120；其中，上述基材为铜板或铝板。
在聚合物薄膜121上形成石墨烯层时，先利用CVD法在铜板或铝板上生成石墨烯层，再通过热剥离型胶带粘结在石墨烯层上，然后刻蚀去除基材，就能够将石墨烯层“转移”至热剥离型胶带上。将热剥离型胶带粘结在聚合物薄膜上，热处理一定时间后，热剥离型胶带上的胶黏剂就会因温度升高而发生粘性下降，此时很容易将其剥离下来，使石墨烯层转移至聚合物薄膜121上。本领域技术人员能够选择具体的CVD工艺和刻蚀工艺，在此不再赘述。为了提高石墨烯层与聚合物薄膜之间的结合力，优选地，在粘结预处理胶带之前，先对聚合物薄膜121进行电晕处理。上述过程中采用的热剥离型胶带可以上本领域惯用的热剥离型胶带，比如表面带有亚克力胶的热剥离型胶带。
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。
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(石墨烯与热塑性聚氨酯的复合层)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(石墨烯与热塑性聚氨酯胶的复合层)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。
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。
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。
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。
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。
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。
实施例1
将36μm厚的铜箔放在CVD炉箱内沉积石墨烯层，生长在铜箔上的石墨烯层和带有亚克力胶的热剥离型胶带粘在一起，然后用化学的方法把铜箔刻蚀掉，再将热剥离型胶带粘到聚乙烯醇树脂膜上，使石墨烯层与聚乙烯醇树脂膜接触，于100℃下加热5分钟后，热剥离型胶带脱落，形成第一阻气层备用。
在聚乙烯纤维织物层的上表面涂布石墨烯-热塑性聚氨酯混合胶，固化后形成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10wt％；
将PVDF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、聚乙烯纤维织物层以及第三热塑性聚氨酯胶膜自下而上铺叠好，使第一阻气层中的石墨烯层与第一热塑性聚氨酯胶膜接触，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80℃，压力为1mpa。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，PVDF层的厚度为20μm，聚乙烯醇树脂层的厚度为75μm，石墨烯层的厚度为7nm，聚乙烯纤维织物层为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。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.58W/(m·K)。
实施例2
将36μm厚的铜箔放在CVD炉箱内沉积石墨烯层，生长在铜箔上的石墨烯层和带有亚克力胶的热剥离型胶带粘在一起，然后用化学的方法把铜箔刻蚀掉，再将热剥离型胶带粘到镀铝PET膜上，使石墨烯层与镀铝PET膜接触，于100℃下加热5分钟后，热剥离型胶带脱落，形成预备阻气层。再次将铜箔放在CVD炉箱内沉积石墨烯层，然后重复前述步骤在PET膜的另一表面上形成石墨烯层，进而形成第一阻气层备用；
在PBO织物层的上表面涂布石墨烯-热塑性聚氨酯混合胶，固化后形成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10wt％；
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80℃，压力为1mpa。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为50μm，镀铝PET树脂的厚度为20μm，两层石墨烯层的厚度均为3.5nm，PBO织物层为300μm，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。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.47W/(m·K)。
实施例3
将36μm厚的铜箔放在CVD炉箱内沉积石墨烯层，生长在铜箔上的石墨烯层和带有亚克力胶的热剥离型胶带粘在一起，然后用化学的方法把铜箔刻蚀掉，再将热剥离型胶带粘到镀铝PET膜上，使石墨烯层与镀铝PET膜接触，于120℃下加热10分钟后，热剥离型胶带脱落，形成第一阻气层备用；
在PBO织物层的上表面涂布石墨烯/热塑性聚氨酯混合胶，固化后形成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10wt％；
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表面上具有第二阻气层的承力层自下而上铺叠好，使第一阻气层中的石墨烯层与第一热塑性聚氨酯胶膜接触，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100℃，压力为0.8mpa。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为50μm，镀铝PET树脂层的厚度为75μm，石墨烯层的厚度为7nm，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。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.76W/(m·K)。
实施例4
将36μm厚的铜箔放在CVD炉箱内沉积石墨烯层，生长在铜箔上的石墨烯层和带有亚克力胶的热剥离型胶带粘在一起，然后用化学的方法把铜箔刻蚀掉，再将热剥离型胶带粘到镀铝PET膜上，使石墨烯层与聚乙烯醇树脂膜接触，于100℃下加热5分钟后，热剥离型胶带脱落，形成第一阻气层备用；
在PBO织物层的上表面涂布石墨烯/热塑性聚氨酯混合胶，固化后形成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10wt％；
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100℃，压力为0.8mpa。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为10μm，镀铝PET树脂层的厚度为20μm，石墨烯层的厚度为7nm，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。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.88W/(m·K)。
实施例5
制备方法同实施例4，不同之处在于：各层依序为ETFE层(50μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯层(0.35nm)、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)。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.31W/(m·K)。
实施例6
制备方法同实施例4，不同之处在于：各层依序为ETFE层(50μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯层(0.35nm)、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10％)。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.41W/(m·K)。
实施例7
制备方法同实施例4，不同之处在于：各层依序为ETFE层(50μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯层(10nm)、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10％)。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.67W/(m·K)。
实施例8
制备方法同实施例4，不同之处在于：各层依序为ETFE层(50μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯层(10nm)、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％)。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为1.54W/(m·K)。
实施例9
制备方法同实施例4，不同之处在于：各层依序为ETFE层(50μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯层(50nm)、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％)。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为2.4W/(m·K)。
实施例10
制备方法同实施例4，不同之处在于：各层依序为ETFE层(50μm)、热塑性聚氨酯层(10μm)、石墨烯层(100nm)、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％)。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为3.1W/(m·K)。
对比例1
在ETFE层上表面、镀铝PET层上表面及PBO织物层上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，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。
所形成的平流层浮空器蒙皮中，ETFE层的厚度为50μm，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。
采用导热系数测试仪测量蒙皮的导热系数为0.24W/(m·K)。
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。
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。
Claims (10)
1.一种平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述平流层浮空器蒙皮依序包括耐候层(110)、第一阻气层(120)及承力层(130)；其中，所述第一阻气层(120)由以下结构组成：
聚合物薄膜(121)，具有第一表面和远离所述第一表面的第二表面；以及
位于所述聚合物薄膜(121)的第一表面上的第一石墨烯层(122)，和/或位于所述聚合物薄膜(121)的第二表面上的第二石墨烯层(123)，
所述聚合物薄膜(121)为聚乙烯醇树脂层或PET树脂层；当所述聚合物薄膜(121)为所述PET树脂层时，所述PET树脂层靠近所述耐候层(110)的表面上还具有镀铝层，
所述平流层浮空器蒙皮还包括设置于所述承力层(130)远离所述第一阻气层(120)的一侧的第二阻气层(140)，所述第二阻气层(140)为石墨烯-热塑性聚氨酯胶层。
2.根据权利要求1所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述聚合物薄膜(121)的厚度范围为20～75μm，所述第一石墨烯层(122)和/或所述第二石墨烯层(123)的厚度范围为0.35～100nm。
3.根据权利要求1所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述第二阻气层(140)的厚度范围为8～35μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述耐候层(110)为ETFE层、PVDF层或PVDC层，和/或所述承力层(130)为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。
5.根据权利要求4所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述耐候层(110)的厚度范围为10～50μm，所述承力层(130)的厚度范围为80～300μm。
6.根据权利要求5所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述耐候层(110)与所述第一阻气层(120)之间还设置有第一胶层(101)；和/或所述第一阻气层(120)与所述承力层(130)之间还设置有第二胶层(102)。
7.根据权利要求6所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，
所述第一胶层(101)为热塑性聚氨酯层；和/或
所述第二胶层(102)为热塑性聚氨酯层。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的平流层浮空器蒙皮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述聚合物薄膜(121)的第一表面上形成所述第一石墨烯层(122)，和/或在所述聚合物薄膜(121)的第二表面上形成所述第二石墨烯层(123)，进而形成所述第一阻气层(120)；以及
将所述耐候层(110)、所述第一阻气层(120)及所述承力层(130)依次叠放，然后经热压形成所述平流层浮空器蒙皮，
当所述第一阻气层(120)包括所述聚合物薄膜(121)及位于所述聚合物薄膜(121)的第一表面上的所述第一石墨烯层(122)，或者，所述第一阻气层(120)包括所述聚合物薄膜(121)及位于所述聚合物薄膜(121)的第二表面上的所述第二石墨烯层(123)时，形成所述第一阻气层(120)的步骤包括：
S1，通过化学气相沉积法在基材表面形成第一预备石墨烯层；
S2，将热剥离型胶带粘结在所述第一预备石墨烯层表面上，然后刻蚀以去除所述第一预备层中的基材，得到预处理胶带；以及
S3，将所述预处理胶带粘结在所述聚合物薄膜(121)上，使所述第一预备石墨烯层与所述聚合物薄膜(121)相邻，在95～150℃温度下热处理5～10min，剥离所述预处理胶带中的所述热剥离型胶带，形成所述第一阻气层(120)；
当所述第一阻气层(120)包括所述聚合物薄膜(121)，位于所述聚合物薄膜(121)的第一表面上的所述第一石墨烯层(122)，以及位于所述聚合物薄膜(121)的第二表面上的所述第二石墨烯层(123)时，形成所述第一阻气层(120)的步骤包括：
A1，执行所述步骤S1、S2及S3，形成预备阻气层；
A2，重复所述步骤S1，在所述基材上形成第二预备石墨烯层；重复所述步骤S2，形成所述预处理胶带；以及
A3，将所述预处理胶带粘结在所述预备阻气层表面上，并使所述预备阻气层中的所述聚合物薄膜(121)与所述预处理胶带上的所述第二预备石墨烯层接触，在95～150℃温度下热处理5～10min，剥离所述预处理胶带中的所述热剥离型胶带，形成所述第一阻气层(120)；
其中，所述基材为铜板或铝板；
将所述耐候层(110)、所述第一阻气层(120)及所述承力层(130)依次叠放的步骤之前，在所述承力层(130)远离所述第一阻气层(120)的一侧表面上形成第二阻气层(140)；形成所述第二阻气层(140)的步骤包括：
在所述承力层(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所述第二阻气层(140)的所述承力层(130)。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述耐候层(110)、所述第一阻气层(120)及一侧表面形成有所述第二阻气层(140)的所述承力层(130)依次叠放的过程中，还包括以下步骤：
在所述耐候层(110)与所述第一阻气层(120)之间放置第一胶层固态预备层，和/或在所述第一阻气层(120)与所述承力层(130)之间放置第二胶层固态预备层，然后热压形成所述平流层浮空器蒙皮。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述耐候层(110)、所述第一阻气层(120)及一侧表面形成有所述第二阻气层(140)的所述承力层(130)依次叠放的过程中，还包括以下步骤：
在所述耐候层(110)靠近所述第一阻气层(120)的表面涂覆第一胶层液态预备层，和/或在所述第一阻气层(120)靠近所述承力层(130)的表面涂覆第二胶层液态预备层，然后热压形成所述平流层浮空器蒙皮。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Granted publication date: 20170919 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |