CN105862443A - 一种用于热气球的球囊材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于热气球的球囊材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于热气球的球囊材料及其制备方法，其中该方法包括以下步骤：(1)将聚氨酯胶、氧化钛、氧化硅、丙醇按一定质量比混合得到复合胶液；(2)将复合胶液在含氮气的保护气气氛中于100℃～200℃的温度下喷涂在球囊基材上，随后冷却得到具有氧化钛/氧化硅复合预涂层的球囊材料；接着，在滚轮装置上于20℃～100℃的温度下碾压氧化钛/氧化硅复合预涂层的球囊材料，得到一种用于热气球的新型球囊材料。本发明能够有效解决球囊材料热量耗散快的问题，并且该球囊材料强度高，能够确保使用该球囊材料制作得到的热气球球囊的稳定性、安全性。

Description

一种用于热气球的球囊材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料涂层技术领域，更具体地，涉及一种用于热气球的球囊材料及其制备方法，该球囊材料可用于生产聚热节能的热气球。
背景技术
热气球由球囊、吊篮、加热装置三部分组成，利用对球囊内空气加热以减少空气密度形成球囊内外空气压差而升空。随着热气球逐步普及现在人们多采用锦纶、涤纶密织物用作球囊加工，但热气球飞行过程中，球囊内的热量不断向外部扩散而损耗，保热率不足60％，能量利用率较低，并且为保证热气球的飞行时间，往往需要增加承载燃料的重量，限制了热气球的行程。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于热气球的球囊材料及其制备方法，其中通过对球囊材料关键的复合胶液的原料、涂覆及涂覆后处理工艺步骤等进行改进，与现有技术相比能够有效解决球囊材料热量耗散快的问题，并且该球囊材料采用具有氧化钛/氧化硅的复合涂层加上球囊基材的结构，强度高，能够确保使用该球囊材料制作得到的热气球球囊的稳定性、安全性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于热气球的球囊材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)复合胶液的制备：
将聚氨酯胶、氧化钛、氧化硅和丙醇按10：(30～60)：(30～60)：(40～90)的质量比混合，得到复合胶液；
(2)具有氧化钛/氧化硅复合涂层的球囊材料的制备：
将所述步骤(1)得到的所述复合胶液，在含氮气的保护气气氛中于100℃～200℃的温度下喷涂在球囊基材上，随后冷却得到具有氧化钛/氧化硅复合预涂层的球囊材料，所述喷涂的时间为5秒～50秒；接着，用滚轮在20℃～100℃的温度下挤压所述具有氧化钛/氧化硅复合预涂层的球囊材料，得到具有氧化钛/氧化硅复合涂层的球囊材料。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中所述滚轮向所述具有氧化钛/氧化硅复合预涂层的球囊材料施加的压力对应的压强为0.1MPa～0.6MPa。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中的所述球囊基材为涤纶布或锦纶布。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中的所述含氮气的保护气中氧气的含量不高于200ppm。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中所述氧化钛的颗粒粒径为0.5μm～20μm，所述氧化硅的颗粒粒径为0.1μm～10μm。
按照本发明的另一方面，本发明提供了利用上述用于热气球的球囊材料的制备方法制备得到的用于热气球的球囊材料。
作为本发明的进一步优选，该用于热气球的球囊材料包括具有氧化钛/氧化硅的复合涂层(3)和球囊基材(2)，其中，所述具有氧化钛/氧化硅的复合涂层(3)的厚度为2μm～50μm，所述球囊基材(2)的厚度为0.05mm～0.25mm。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，通过在现有球囊织物(即球囊基材)的表面涂覆微纳米氧化钛、氧化硅等材料涂层(即具有氧化钛/氧化硅的复合涂层，聚热层)，利用氧化钛、氧化硅微晶涂层的热反射作用，使球囊具有高效的聚热效应，提高热能利用率；经测试，本发明使热气球的球囊热散失率降低至15％以下，对于未来的热气球电热技术、远程飞行操控技术的发展有着重要意义。
本发明中的具有氧化钛/氧化硅的复合胶液是将聚氨酯胶、氧化钛、氧化硅、丙醇按10：(30～60)：(30～60)：(40～90)的质量比混合得到，氧化钛的颗粒粒径为0.5～20μm，氧化硅的颗粒粒径为0.1～10μm；该复合胶液是在含氮气的保护气气氛中于100℃～200℃的温度下喷涂在球囊基材上，随后在20℃～100℃的温度下用滚轮挤压最终得到具有氧化钛/氧化硅复合涂层的球囊材料；复合胶液的配比及后续的高温喷涂(尤其是高温喷漆在使胶液固化的同时保持了球囊基材布的柔性)及挤压成型能够保证在得到的具有氧化钛/氧化硅复合涂层内部，氧化钛和氧化硅均呈微晶的形态分布，降低该具有氧化钛/氧化硅复合涂层的热耗散性能(相当于提高该复合涂层的聚热作用)，使得采用该球囊材料制作得到的球囊具有较低的热耗散速率。
本发明中具有氧化钛/氧化硅的复合胶液是在100℃～200℃的温度下喷涂到球囊基材上，接着再通过将滚轮挤压使复合涂层与球囊基材两者紧密结合；球囊基材为常规的涤纶密织布、锦纶密织布等，通过控制在高温下的喷涂时间，能够保证在原球囊基材的强度不变的基础上，优化该复合涂层内部的氧化钛和氧化硅的微晶形态，提高氧化钛/氧化硅复合涂层的保热率。
本发明中具有氧化钛/氧化硅的复合涂层的厚度为2μm～50μm，球囊基材的厚度为0.05mm～0.25mm；通过控制这两层结构的厚度，并配合以滚轮挤压处理的压力大小，能够有效提高这两层结构之间的结合力，保证该球囊材料整体的强度。
综上，本发明通过对球囊材料的组成及内部结构进行改进，利用微晶氧化钛/氧化硅的高效热反射作用，使传统热气球球囊密织布具有高效聚热的功能，能够提高热气球飞行中的热能利用率，降低热气球飞行中的能量损耗，提高相同能量条件下热气球的飞行时间及距离，具有良好的节能效应。
附图说明
图1是采用本发明中球囊材料的热气球结构示意图；
图2是图1中圆形区域的放大示意图。
图中各附图标记的含义如下：1为热气球球囊，2为密织布(即，球囊基材)，3为聚热层(即，具有氧化钛/氧化硅的复合涂层)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
按聚氨酯胶、氧化钛粉体、氧化硅粉体、丙醇质量比为10：30：30：50配制复合配方胶液，配制中辅助以超声波振荡、电磁搅拌加热功能，使复合胶液混合均匀，温度控制在60℃附近进行预热。
在温度100℃～200℃高温设备内，氮气保护(氮气氧含量50ppm)条件下用立式自动喷枪对将复合配方胶液洁净处理后的涤纶/锦纶密织布均匀喷涂10秒后降温冷干，喷涂后的涤纶/锦纶密织布在温度20℃～100℃下进入滚轮装置挤压，滚轮压力为0.1MPa～0.6MPa。之后将涤纶/锦纶密织布冷却至常温，缝织成热气球球囊。
经过测试分析以上处理的涤纶/锦纶密织布球囊热损失率较原来下降了25％以上(常温常压下测试某原锦纶布保热率为55％左右，采用相同类型、相同厚度的锦纶布作为球囊基材，经本发明的涂层布聚热球囊保热率高达85％)，热气球热能利用率显著提高。
本发明中的复合胶液还可以采用其他配比，只要聚氨酯胶、氧化钛、氧化硅和丙醇的质量比满足10：(30～60)：(30～60)：(40～90)；氧化钛的颗粒粒径可以在0.5μm～20μm分布，氧化硅的颗粒粒径可以在0.1μm～10μm分布；形成的氧化钛/氧化硅的复合涂层的厚度可以在2μm～50μm，相应的，复合胶液在高温(即100℃～200℃)下的喷涂时间也可以灵活调整，喷涂时间可以为5秒～50秒。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于热气球的球囊材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)复合胶液的制备：
将聚氨酯胶、氧化钛、氧化硅和丙醇优选按10：(30～60)：(30～60)：(40～90)的质量比混合，得到复合胶液；
(2)具有氧化钛/氧化硅复合涂层的球囊材料的制备：
将所述步骤(1)得到的所述复合胶液，在含氮气的保护气气氛中于100℃～200℃的温度下喷涂在球囊基材上，随后冷却得到具有氧化钛/氧化硅复合预涂层的球囊材料，所述喷涂的时间为5秒～50秒；接着，用滚轮在20℃～100℃的温度下挤压所述具有氧化钛/氧化硅复合预涂层的球囊材料，得到具有氧化钛/氧化硅复合涂层的球囊材料。
2.如权利要求1所述用于热气球的球囊材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述滚轮向所述具有氧化钛/氧化硅复合预涂层的球囊材料施加的压力对应的压强为0.1MPa～0.6MPa。
3.如权利要求1所述用于热气球的球囊材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的所述球囊基材为涤纶布或锦纶布。
4.如权利要求1所述用于热气球的球囊材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的所述含氮气的保护气中氧气的含量不高于200ppm。
5.如权利要求1所述用于热气球的球囊材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述氧化钛的颗粒粒径为0.5μm～20μm，所述氧化硅的颗粒粒径为0.1μm～10μm。
6.利用权利要求1-5任意一项所述用于热气球的球囊材料的制备方法制备得到的用于热气球的球囊材料。
7.如权利要求6所述用于热气球的球囊材料，其特征在于，该用于热气球的球囊材料包括具有氧化钛/氧化硅的复合涂层(3)和球囊基材(2)，其中，所述具有氧化钛/氧化硅的复合涂层(3)的厚度为2μm～50μm，所述球囊基材(2)的厚度为0.05mm～0.25mm。
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