CN106553420A - 平流层浮空器蒙皮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平流层浮空器蒙皮及其制备方法。一种平流层浮空器蒙皮，包括耐候层、承力层和阻隔层，耐候层、承力层及阻隔层依序叠层设置，或者，阻隔层位于耐候层和承力层之间；其中，阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯。聚萘二甲酸乙二醇酯由2，6-萘二甲酸或2，6-萘二甲酸二甲酯与乙二醇缩聚而成。由于其聚酯分子链含有刚性较大的萘环，使其具有独特的物理性能，特别具有较高的阻隔性能。同时，以聚萘二甲酸乙二醇酯作为阻隔层材料，还能够进一步降低平流层浮空器蒙皮的面密度，从而使平流层浮空器蒙皮兼具阻隔性能好、质轻的优势。
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，也是制约我国平流层浮空器发展的关键技术之一。在影响蒙皮性能质量的众多因素中，轻质和阻氦性是浮空器蒙皮材料两项至关重要的指标，特别地，蒙皮材料的气体阻隔性能是目前制约浮空器发展和应用的瓶颈。
基于上述问题，有必要提供一种气体阻隔性能优异的平流层浮空器蒙皮。
发明内容
本发明旨在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气体阻隔性能不足的问题。
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，包括耐候层、承力层和阻隔层，耐候层、承力层及阻隔层依序叠层设置，或者，阻隔层位于耐候层和承力层之间；其中，阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯。
进一步地，阻隔层的材料还包括纳米颗粒。
进一步地，纳米颗粒选自蒙脱土、二氧化硅、氧化锌和二氧化钛中的一种或多种。
进一步地，按重量份计，阻隔层的材料包括90～95份的聚萘二甲酸乙二醇酯和5～10份的纳米颗粒。
进一步地，阻隔层的材料还包括表面活性剂、偶联剂和增容剂。
进一步地，按重量百分比计，表面活性剂的用量为纳米颗粒重量的20～40％，偶联剂的用量为纳米颗粒重量的2～30％，增容剂的用量为纳米颗粒重量的5～30％。
进一步地，表面活性剂为有机季铵盐表面活性剂；和/或偶联剂选自KH‐550偶联剂、KH‐560偶联剂和KH‐570偶联剂中的一种或多种；和/或增容剂选自乙烯‐甲基丙烯酸甲酯‐甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体、马来酸酐改性聚乙烯和马来酸酐改性三元乙丙橡胶中的一种或多种。
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，当耐候层、承力层及阻隔层依序叠层设置时，耐候层与承力层之间还设置有第一胶层；和/或承力层和阻隔层之间还设置有第二胶层；和/或阻隔层远离承力层的表面上还设置有热塑性聚氨酯层；当阻隔层位于耐候层和承力层之间时，耐候层与阻隔层之间还设置有第一胶层；和/或阻隔层和承力层之间还设置有第二胶层；和/或承力层远离阻隔层的表面上还设置有热塑性聚氨酯层。
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：在耐候层的一侧表面上设置承力层，在承力层远离耐候层一侧的表面上设置阻隔层，或者，在耐候层的一侧表面上设置阻隔层，在阻隔层远离耐候层一侧的表面上设置承力层，进而形成平流层浮空器蒙皮；其中，阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯。
进一步地，设置阻隔层的步骤包括：将聚萘二甲酸乙二醇酯和纳米颗粒熔融共混，造粒，形成复合粒料；将复合粒料流延成膜，形成预备阻隔层；以及将预备阻隔层覆于承力层远离耐候层一侧的表面上，或者将预备阻隔层覆于耐候层的一侧表面上，热压形成阻隔层。
进一步地，将聚萘二甲酸乙二醇酯和纳米颗粒熔融共混之前，还包括对纳米颗粒进行预处理的步骤；预处理的步骤包括：将纳米颗粒和表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂中，在60～90℃温度、200～500rpm转速下搅拌1～4h，形成纳米颗粒悬浮液；将偶联剂加至纳米颗粒悬浮液中，在60～90℃温度、200～500rpm转速下搅拌1～4h，形成预处理悬浮液；过滤预处理悬浮液，洗涤滤渣，干燥，得到预处理后的纳米颗粒。
进一步地，在流延成膜的步骤中，机头温度与冷却辊温度的温差为250～320℃。
进一步地，当在耐候层的一侧表面上设置承力层，在承力层远离耐候层一侧的表面上设置阻隔层，进而形成平流层浮空器蒙皮时，制备方法还包括以下步骤：在耐候层的一侧表面上设置承力层的步骤之前，还包括在耐候层和承力层之间设置第一胶层的步骤；和/或在承力层远离耐候层一侧的表面上设置阻隔层的步骤之前，还包括在承力层和阻隔层之间设置第二胶层的步骤；和/或在设置阻隔层的步骤之后，在阻隔层远离承力层的一侧表面上设置热塑性聚氨酯层，进而形成平流层浮空器蒙皮；当在耐候层的一侧表面上设置阻隔层，在阻隔层远离耐候层一侧的表面上设置承力层，进而形成平流层浮空器蒙皮时，制备方法还包括以下步骤：在耐候层的一侧表面上设置阻隔层的步骤之前，还包括在耐候层和阻隔层之间设置第一胶层的步骤；和/或在阻隔层远离耐候层一侧的表面上设置承力层的步骤之前，还包括在阻隔层和承力层之间设置第二胶层的步骤；和/或在设置承力层的步骤之后，在承力层远离阻隔层的一侧表面上设置热塑性聚氨酯层，进而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。上述平流层浮空器蒙皮中，阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。PEN由2，6-萘二甲酸或2，6-萘二甲酸二甲酯与乙二醇缩聚而成。由于其聚酯分子链含有刚性较大的萘环，使其具有独特的物理性能，特别具有较高的阻隔性能。同时，以聚萘二甲酸乙二醇酯作为阻隔层材料，还能够进一步降低平流层浮空器蒙皮的面密度，从而使平流层浮空器蒙皮兼具阻隔性能好、质轻的优势。
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气体阻隔性能较差。为了解决这一问题，本发明提供了一种平流层浮空器蒙皮，该平流层浮空器蒙皮包括耐候层、承力层和阻隔层，耐候层、承力层及阻隔层依序叠层设置，或者，阻隔层位于耐候层和承力层之间；其中，阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯。
本发明所提供的上述平流层浮空器蒙皮中，阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。PEN由2，6-萘二甲酸或2，6-萘二甲酸二甲酯与乙二醇缩聚而成。由于其聚酯分子链含有刚性较大的萘环，使其具有独特的物理性能，特别具有较高的阻隔性能。同时，以聚萘二甲酸乙二醇酯作为阻隔层材料，还能够进一步降低平流层浮空器蒙皮的面密度，从而使平流层浮空器蒙皮兼具阻隔性能好、质轻的优势。
上述平流层浮空器蒙皮中，以聚萘二甲酸乙二醇酯作为阻隔层材料，即可在一定程度上改善蒙皮的阻隔性能。在一种优选的实施方式中，上述阻隔层的材料还包括纳米颗粒。纳米颗粒的加入有利于进一步提高阻隔层的阻隔性能，进而提高蒙皮整体的阻隔性能。具体地，在实际操作过程中，纳米颗粒呈填料状均匀地分散在聚萘二甲酸乙二醇酯形成的阻隔层基体内部。
优选地，上述纳米颗粒包括但不限于蒙脱土、二氧化硅、氧化锌和二氧化钛中的一种或多种。相比于其他纳米颗粒，这几种颗粒与聚萘二甲酸乙二醇酯之间具有更好的相容性，有利于使纳米颗粒更均匀地分散于聚萘二甲酸乙二醇酯基体内部。从而能够进一步改善阻隔层的阻隔性能和强度等综合性能。更优选地，纳米颗粒为蒙脱土。相比于其他几种纳米颗粒，蒙脱土具有来源广泛、价格低廉、质轻等优势，同时还能够使阻隔层具有更加的阻隔性能。
在一种优选的实施方式中，按重量份计，阻隔层的材料包括90～95份的聚萘二甲酸乙二醇酯和5～10份的纳米颗粒。将聚萘二甲酸乙二醇酯和纳米颗粒按照上述用量关系进行添加，形成的阻隔层兼具更佳的阻隔性能、质轻、机械性能等综合优势。
在一种优选的实施方式中，上述阻隔层的材料还包括表面活性剂、偶联剂和增容剂。表面活性剂、偶联剂和增容剂的加入能够进一步改善纳米颗粒和聚萘二甲酸乙二醇酯之间的相容性，从而有利于纳米颗粒的均匀分散，使纳米颗粒在较少的用量下即可形成更为完整的填料网络，是蒙皮具有更好的阻隔性能和机械性能，同时具有更低的面密度。
在一种优选的实施方式中，按重量百分比计，表面活性剂的用量为纳米颗粒重量的20～40％，偶联剂的用量为纳米颗粒重量的2～30％，增容剂的用量为纳米颗粒重量的5～30％。将表面活性剂、偶联剂和增容剂的用量控制在上述范围内，有利于降低蒙皮制作成本，同时使其具有较佳的综合性能。
在一种优选的实施方式中，表面活性剂为有机季铵盐表面活性剂，如十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵；偶联剂包括但不限于KH-550偶联剂、KH-560偶联剂和KH-570偶联剂中的一种或多种；和/或增容剂包括但不限于乙烯‐甲基丙烯酸甲酯‐甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体、马来酸酐改性聚乙烯和马来酸酐改性三元乙丙橡胶中的一种或多种。这几种表面活性剂、偶联剂和增容剂能够进一步改善纳米颗粒与聚萘二甲酸乙二醇酯之间的相容性，使蒙皮具有更佳的阻隔性能和质轻优势。
在一种优选的实施方式中，上述耐候层为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。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蒙皮中各层的具体厚度。在一种优选的实施方式中，耐候层的厚度范围为10～50μm，承力层的厚度范围为80～300μm，阻隔层的厚度为20～75μm。将各层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。
在一种优选的实施方式中，当耐候层、承力层及阻隔层依序叠层设置时，上述平流层浮空器蒙皮的耐候层与承力层之间还设置有第一胶层；和/或承力层和阻隔层之间还设置有第二胶层；和/或阻隔层远离承力层的表面上还设置有热塑性聚氨酯层；当阻隔层位于耐候层和承力层之间时，耐候层与阻隔层之间还设置有第一胶层；和/或阻隔层和承力层之间还设置有第二胶层；和/或承力层远离阻隔层的表面上还设置有热塑性聚氨酯层。
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，第一胶层的材料为热熔的聚氨酯胶黏剂；和/或第二胶层的材料为热熔的聚氨酯胶黏剂。热熔的聚氨酯胶黏剂作为胶层材料，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。且第一胶层、第二胶层和热塑性聚氨酯层的厚度分别优选为10μm。
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，该制备方法包括以下步骤：在耐候层的一侧表面上设置承力层，在承力层远离耐候层一侧的表面上设置阻隔层，或者，在耐候层的一侧表面上设置阻隔层，在阻隔层远离耐候层一侧的表面上设置承力层，进而形成平流层浮空器蒙皮；其中，阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯。
本发明所提供的上述制备方法中，形成的平流层浮空器蒙皮中的阻隔层包括聚萘二甲酸乙二醇酯。由于其聚酯分子链含有刚性较大的萘环，使其具有独特的物理性能，特别具有较高的阻隔性能。同时，以聚萘二甲酸乙二醇酯作为阻隔层材料，还能够进一步降低平流层浮空器蒙皮的面密度，从而使平流层浮空器蒙皮兼具阻隔性能好、质轻的优势。
在一种优选的实施方式中，上述设置阻隔层的步骤包括：将聚萘二甲酸乙二醇酯和纳米颗粒熔融共混，造粒，形成复合粒料；将复合粒料通过流延成型工艺流延成膜，形成预备阻隔层；以及将预备阻隔层覆于承力层远离耐候层一侧的表面上，或者将预备阻隔层覆于耐候层的一侧表面上，热压形成阻隔层，进而形成平流层浮空器蒙皮。
在一种优选的实施方式中，将聚萘二甲酸乙二醇酯和纳米颗粒熔融共混之前，还包括对纳米颗粒进行预处理的步骤；预处理的步骤包括：将纳米颗粒和表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂中，在60～90℃温度、200～500rpm转速下搅拌1～4h，形成纳米颗粒悬浮液；将偶联剂加至纳米颗粒悬浮液中，在60～90℃温度、200～500rpm转速下搅拌1～4h，形成预处理悬浮液；过滤预处理悬浮液，洗涤滤渣，干燥，得到预处理后的纳米颗粒。先采用表面活性剂和偶联剂对纳米颗粒进行表面处理，能够进一步改善纳米颗粒与纳米颗粒和聚萘二甲酸乙二醇酯之间的相容性，从而有利于纳米颗粒的均匀分散，使纳米颗粒在较少的用量下即可形成更为完整的填料网络，是蒙皮具有更好的阻隔性能和机械性能，同时具有更低的面密度。优选地，乙醇和水的混合溶剂中乙醇和水的质量比为1:5。优选地，洗涤滤渣时可以采用乙醇为洗涤剂，直到用0.1mol/L AgNO3检测无沉淀。优选地，干燥后的纳米颗粒用球磨机等设备上研磨成粉末状待用。
在实际地流延成膜过程中，可以将复合粒料由真空上料到挤出机，熔融后挤出，经T型口模流延，靠气刀喷出的压缩空气把流延料吹贴到冷却辊骤冷，使其平整地延展在辊面上形成薄膜，再经下个辊的进一步冷却，用测厚装置测厚，然后进行电晕处理，分切边料，由收卷辊展平卷取，产品经验收包装入库。此外，在流延成型工艺中，调整机头温度与冷却辊的温度差能够调整最终阻隔层的结晶度，增加温差可以降低结晶度，降低温差则可增加结晶度。优选地，机头温度与冷却辊温度的温差为250～320℃。一般来说，阻隔层的结晶度越高，其对于气体的阻隔性越好。然而，对于流延成型工艺而言，并不能一味地提高冷却辊温度以过度追求阻隔层的高结晶度，这是由于机头温度与冷却辊温度的温差过小后不单单会降低阻隔层的韧性等性能，而且会增加冷却设备数量，从而增加工艺成本。将机头温度与冷却辊温度的温差控制在上述250～320℃范围内，能够使阻隔层的结晶度在3～20％，使其具有更好的气体阻隔性，同时，兼具较好的韧性和较低的加工成本。
在一种优选的实施方式中，当在耐候层的一侧表面上设置承力层，在承力层远离耐候层一侧的表面上设置阻隔层，进而形成平流层浮空器蒙皮时，制备方法还包括以下步骤：在耐候层的一侧表面上设置承力层的步骤之前，还包括在耐候层和承力层之间设置第一胶层的步骤；和/或在承力层远离耐候层一侧的表面上设置阻隔层的步骤之前，还包括在承力层和阻隔层之间设置第二胶层的步骤；和/或在设置阻隔层的步骤之后，在阻隔层远离承力层的一侧表面上设置热塑性聚氨酯层，进而形成平流层浮空器蒙皮；当在耐候层的一侧表面上设置阻隔层，在阻隔层远离耐候层一侧的表面上设置承力层，进而形成平流层浮空器蒙皮时，制备方法还包括以下步骤：在耐候层的一侧表面上设置阻隔层的步骤之前，还包括在耐候层和阻隔层之间设置第一胶层的步骤；和/或在阻隔层远离耐候层一侧的表面上设置承力层的步骤之前，还包括在阻隔层和承力层之间设置第二胶层的步骤；和/或在设置承力层的步骤之后，在承力层远离阻隔层的一侧表面上设置热塑性聚氨酯层，进而形成平流层浮空器蒙皮。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。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
制作阻隔层：将聚萘二甲酸乙二醇酯粒料流延成膜，机头温度与冷却辊温度的温差为320℃，形成结晶度为3％，厚度为20μm的阻隔层；
制作蒙皮：分别在PVDF层一侧表面上、PBO织物层一侧表面上涂覆热熔聚氨酯胶黏剂，然后将涂覆有胶层的PVDF层、涂覆有胶层的PBO织物层以及阻隔层一次叠加，并使两层胶层分别位于PVDF层和PBO织物层之间，以及PBO织物层和阻隔层之间。然后在阻隔层远离PBO织物层的一侧设置热塑性聚氨酯层，最后热压形成蒙皮。
其中，PVDF层的厚度为50μm，PBO织物层的厚度为80μm，阻隔层的厚度为20μm，两层胶层以及热塑性聚氨酯层的厚度均为10μm。
实施例2
制作阻隔层：将蒙脱土和有机季铵盐表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的质量比为1:5)中，在80℃温度、300转速下搅拌2h，形成纳米颗粒悬浮液；将KH-550偶联剂加至纳米颗粒悬浮液中，在80℃温度、300rpm转速下搅拌2h，形成预处理悬浮液；过滤预处理悬浮液，采用乙醇为洗涤剂洗涤滤渣，直到用0.1mol/L AgNO3检测无沉淀。然后在100℃下真空干燥24h，球磨得到预处理后的蒙脱土。将预处理后的蒙脱土与聚萘二甲酸乙二醇酯、增容剂乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体进行熔融共混，造粒形成复合粒料；然后将复合粒料通过流延成膜，机头温度与冷却辊温度的温差为250℃，形成结晶度为11％，厚度为20μm的阻隔层；
其中，蒙脱土为5g，聚萘二甲酸乙二醇酯为95g，有机季铵盐为蒙脱土质量的30％，KH-550偶联剂为蒙脱土质量的20％，增容剂为蒙脱土质量的20％。
制作蒙皮：分别在PVDF层一侧表面上、PBO织物层一侧表面上涂覆热熔聚氨酯胶黏剂，然后将涂覆有胶层的PVDF层、涂覆有胶层的PBO织物层以及阻隔层一次叠加，并使两层胶层分别位于PVDF层和PBO织物层之间，以及PBO织物层和阻隔层之间。然后在阻隔层远离PBO织物层的一侧设置热塑性聚氨酯层，最后热压形成蒙皮。
其中，PVDF层的厚度为50μm，PBO织物层的厚度为80μm，阻隔层的厚度为20μm，两层胶层以及热塑性聚氨酯层的厚度均为10μm。
实施例3
制作阻隔层：将蒙脱土和有机季铵盐表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的质量比为1:5)中，在60℃温度、500转速下搅拌1h，形成纳米颗粒悬浮液；将KH-550偶联剂加至纳米颗粒悬浮液中，在60℃温度、500rpm转速下搅拌1h，形成预处理悬浮液；过滤预处理悬浮液，采用乙醇为洗涤剂洗涤滤渣，直到用0.1mol/L AgNO3检测无沉淀。然后在100℃下真空干燥24h，球磨得到预处理后的蒙脱土。将预处理后的蒙脱土与聚萘二甲酸乙二醇酯、增容剂乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体进行熔融共混，造粒形成复合粒料；然后将复合粒料通过流延成膜，机头温度与冷却辊温度的温差为300℃，形成结晶度为20％，厚度为20μm的阻隔层；
其中，蒙脱土为10g，聚萘二甲酸乙二醇酯为90g，有机季铵盐为蒙脱土质量的20％，KH-550偶联剂为蒙脱土质量的30％，增容剂为蒙脱土质量的30％。
制作蒙皮：分别在PVDF层一侧表面上、PBO织物层一侧表面上涂覆热熔聚氨酯胶黏剂，然后将涂覆有胶层的PVDF层、涂覆有胶层的PBO织物层以及阻隔层一次叠加，并使两层胶层分别位于PVDF层和PBO织物层之间，以及PBO织物层和阻隔层之间。然后在阻隔层远离PBO织物层的一侧设置热塑性聚氨酯层，最后热压形成蒙皮。
其中，PVDF层的厚度为50μm，PBO织物层的厚度为80μm，阻隔层的厚度为20μm，两层胶层以及热塑性聚氨酯层的厚度均为10μm。
实施例4
制作阻隔层：将蒙脱土和有机季铵盐表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的质量比为1:5)中，在90℃温度、200转速下搅拌4h，形成纳米颗粒悬浮液；将KH-570偶联剂加至纳米颗粒悬浮液中，在90℃温度、200rpm转速下搅拌4h，形成预处理悬浮液；过滤预处理悬浮液，采用乙醇为洗涤剂洗涤滤渣，直到用0.1mol/L AgNO3检测无沉淀。然后在100℃下真空干燥24h，球磨得到预处理后的蒙脱土。将预处理后的蒙脱土与聚萘二甲酸乙二醇酯、增容剂乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体进行熔融共混，造粒形成复合粒料；然后将复合粒料通过流延成膜，机头温度与冷却辊温度的温差为300℃，形成结晶度为12％，厚度为20μm的阻隔层；
其中，蒙脱土为15g，聚萘二甲酸乙二醇酯为85g，有机季铵盐为蒙脱土质量的40％，KH-570偶联剂为蒙脱土质量的10％，增容剂为蒙脱土质量的5％。
制作蒙皮：分别在PVDF层一侧表面上、PBO织物层一侧表面上涂覆热熔聚氨酯胶黏剂，然后将涂覆有胶层的PVDF层、涂覆有胶层的PBO织物层以及阻隔层一次叠加，并使两层胶层分别位于PVDF层和PBO织物层之间，以及PBO织物层和阻隔层之间。然后在阻隔层远离PBO织物层的一侧设置热塑性聚氨酯层，最后热压形成蒙皮。
其中，PVDF层的厚度为50μm，PBO织物层的厚度为80μm，阻隔层的厚度为20μm，两层胶层以及热塑性聚氨酯层的厚度均为10μm。
实施例5
制作阻隔层：将二氧化硅和有机季铵盐表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的质量比为1:5)中，在80℃温度、300转速下搅拌2h，形成纳米颗粒悬浮液；将KH-550偶联剂加至纳米颗粒悬浮液中，在80℃温度、300rpm转速下搅拌2h，形成预处理悬浮液；过滤预处理悬浮液，采用乙醇为洗涤剂洗涤滤渣，直到用0.1mol/L AgNO3检测无沉淀。然后在100℃下真空干燥24h，球磨得到预处理后的二氧化硅。将预处理后的二氧化硅与聚萘二甲酸乙二醇酯、增容剂乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体进行熔融共混，造粒形成复合粒料；然后将复合粒料通过流延成膜，机头温度与冷却辊温度的温差为250℃，形成结晶度为6％，厚度为20μm的阻隔层；
其中，二氧化硅为5g，聚萘二甲酸乙二醇酯为95g，有机季铵盐为二氧化硅的5％，KH-550偶联剂为二氧化硅质量的10％，增容剂为二氧化硅质量的35％。
制作蒙皮：分别在PVDF层一侧表面上、PBO织物层一侧表面上涂覆热熔聚氨酯胶黏剂，然后将涂覆有胶层的PVDF层、涂覆有胶层的PBO织物层以及阻隔层一次叠加，并使两层胶层分别位于PVDF层和PBO织物层之间，以及PBO织物层和阻隔层之间。然后在阻隔层远离PBO织物层的一侧设置热塑性聚氨酯层，最后热压形成蒙皮。
其中，PVDF层的厚度为50μm，PBO织物层的厚度为80μm，阻隔层的厚度为20μm，两层胶层以及热塑性聚氨酯层的厚度均为10μm。
实施例6
制作阻隔层：将等量混合的氧化锌/二氧化钛和有机季铵盐表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的质量比为1:5)中，在80℃温度、300转速下搅拌2h，形成纳米颗粒悬浮液；将KH-560偶联剂加至纳米颗粒悬浮液中，在80℃温度、300rpm转速下搅拌2h，形成预处理悬浮液；过滤预处理悬浮液，采用乙醇为洗涤剂洗涤滤渣，直到用0.1mol/L AgNO3检测无沉淀。然后在100℃下真空干燥24h，球磨得到预处理后的蒙脱土。将预处理后的蒙脱土与聚萘二甲酸乙二醇酯、增容剂乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体进行熔融共混，造粒形成复合粒料；然后将复合粒料通过流延成膜，机头温度与冷却辊温度的温差为300℃，形成结晶度为12％，厚度为75μm的阻隔层；
其中，等量混合的氧化锌/二氧化钛为5g，聚萘二甲酸乙二醇酯为95g，有机季铵盐为蒙脱土质量的30％，KH-560偶联剂为蒙脱土质量的20％，增容剂为蒙脱土质量的20％。
制作蒙皮：分别在ETFE层一侧表面上、芳纶纤维织物层一侧表面上涂覆热熔聚氨酯胶黏剂，然后将涂覆有胶层的ETFE层、涂覆有胶层的芳纶纤维织物层以及阻隔层一次叠加，并使两层胶层分别位于ETFE层和芳纶纤维织物层之间，以及芳纶纤维织物层和阻隔层之间。然后在阻隔层远离芳纶纤维织物层的一侧设置热塑性聚氨酯层，最后热压形成蒙皮。
其中，ETFE层的厚度为10μm，芳纶纤维织物层的厚度为300μm，阻隔层的厚度为75μm，两层胶层以及热塑性聚氨酯层的厚度均为10μm。
对比例1
制作阻隔层：将聚乙烯醇粒料通过流延成膜，形成厚度为20μm的阻隔层；
制作蒙皮：分别在PVDF层一侧表面上、PBO织物层一侧表面上涂覆热熔聚氨酯胶黏剂，然后将涂覆有胶层的PVDF层、涂覆有胶层的PBO织物层以及阻隔层一次叠加，并使两层胶层分别位于PVDF层和PBO织物层之间，以及PBO织物层和阻隔层之间。然后在阻隔层远离PBO织物层的一侧设置热塑性聚氨酯层，最后热压形成蒙皮。
其中，PVDF层的厚度为50μm，PBO织物层的厚度为80μm，阻隔层的厚度为20μm，两层胶层以及热塑性聚氨酯层的厚度均为10μm。
对比例2
制作阻隔层：将二氧化硅和有机季铵盐表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂(乙醇和水的质量比为1:5)中，在80℃温度、300转速下搅拌2h，形成纳米颗粒悬浮液；将KH-550偶联剂加至纳米颗粒悬浮液中，在80℃温度、300rpm转速下搅拌2h，形成预处理悬浮液；过滤预处理悬浮液，采用乙醇为洗涤剂洗涤滤渣，直到用0.1mol/L AgNO3检测无沉淀。然后在100℃下真空干燥24h，球磨得到预处理后的二氧化硅。将预处理后的蒙脱土与聚乙烯醇、增容剂乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体进行熔融共混，造粒形成复合粒料；然后将复合粒料通过流延成膜，形成厚度为20μm的阻隔层；
其中，二氧化硅为5g，聚乙烯醇为95g，有机季铵盐为蒙脱土质量的30％，KH-550偶联剂为蒙脱土质量的20％，增容剂为二氧化硅质量的20％。
制作蒙皮：分别在PVDF层一侧表面上、PBO织物层一侧表面上涂覆热熔聚氨酯胶黏剂，然后将涂覆有胶层的PVDF层、涂覆有胶层的PBO织物层以及阻隔层一次叠加，并使两层胶层分别位于PVDF层和PBO织物层之间，以及PBO织物层和阻隔层之间。然后在阻隔层远离PBO织物层的一侧设置热塑性聚氨酯层，最后热压形成蒙皮。
其中，PVDF层的厚度为50μm，PBO织物层的厚度为80μm，阻隔层的厚度为20μm，两层胶层以及热塑性聚氨酯层的厚度均为10μm。
需要说明的是，上述对比例中的蒙皮制作工艺并非代表现有技术，只是作为对比工艺用以体现本发明中技术方案的有益效果。
测试：分别对实施例1至6和对比例1至2中制备的阻隔层和蒙皮的阻氦性能进行表征，表征结果如表1所示：
表1
从以上的描述和数据中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
以聚萘二甲酸乙二醇酯作为阻隔层材料，能够明显提高阻隔层及蒙皮的阻隔性能；
在聚萘二甲酸乙二醇酯的基础上添加纳米颗粒，特别是蒙脱土，更特别是加入表面活性剂、偶联剂和增容剂，能够进一步提高阻隔层的整体性能。
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 (14)
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包括耐候层、承力层和阻隔层，所述耐候层、所述承力层及所述阻隔层依序叠层设置，或者，所述阻隔层位于所述耐候层和所述承力层之间；其中，所述阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯。
2.根据权利要求1所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述阻隔层的材料还包括纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述纳米颗粒选自蒙脱土、二氧化硅、氧化锌和二氧化钛中的一种或多种。
4.根据权利要求2或3所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，按重量份计，所述阻隔层的材料包括90～95份的所述聚萘二甲酸乙二醇酯和5～10份的所述纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述阻隔层的材料还包括表面活性剂、偶联剂和增容剂。
6.根据权利要求5所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，按重量百分比计，所述表面活性剂的用量为所述纳米颗粒重量的20～40％，所述偶联剂的用量为所述纳米颗粒重量的2～30％，所述增容剂的用量为所述纳米颗粒重量的5～30％。
7.根据权利要求5或6所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述表面活性剂为有机季铵盐表面活性剂；和/或所述偶联剂选自KH-550偶联剂、KH-560偶联剂和KH-570偶联剂中的一种或多种；和/或所述增容剂选自乙烯‐甲基丙烯酸甲酯‐甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物弹性体、马来酸酐改性聚乙烯和马来酸酐改性三元乙丙橡胶中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，所述耐候层为ETFE层、PVDF层或PVDC层；和/或所述承力层为PBO织物层、芳纶纤维织物层或聚乙烯纤维织物层。
9.根据权利要求1或8所述的平流层浮空器蒙皮，其特征在于，
当所述耐候层、所述承力层及所述阻隔层依序叠层设置时，所述耐候层与所述承力层之间还设置有第一胶层；和/或所述承力层和所述阻隔层之间还设置有第二胶层；和/或所述阻隔层远离所述承力层的表面上还设置有热塑性聚氨酯层；
当所述阻隔层位于所述耐候层和所述承力层之间时，所述耐候层与所述阻隔层之间还设置有所述第一胶层；和/或所述阻隔层和所述承力层之间还设置有所述第二胶层；和/或所述承力层远离所述阻隔层的表面上还设置有所述热塑性聚氨酯层。
10.一种权利要求1至9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，所述制备方法包括以下步骤：
在耐候层的一侧表面上设置承力层，在所述承力层远离所述耐候层一侧的表面上设置阻隔层，或者，在所述耐候层的一侧表面上设置所述阻隔层，在所述阻隔层远离所述耐候层一侧的表面上设置所述承力层，进而形成所述平流层浮空器蒙皮；
其中，所述阻隔层的材料包括聚萘二甲酸乙二醇酯。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，设置所述阻隔层的步骤包括：
将所述聚萘二甲酸乙二醇酯和纳米颗粒熔融共混，造粒，形成复合粒料；
将所述复合粒料流延成膜，形成预备阻隔层；以及
将所述预备阻隔层覆于所述承力层远离所述耐候层一侧的表面上，或者将所述预备阻隔层覆于所述耐候层的一侧表面上，热压形成所述阻隔层。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，将所述聚萘二甲酸乙二醇酯和所述纳米颗粒熔融共混之前，还包括对所述纳米颗粒进行预处理的步骤；所述预处理的步骤包括：
将所述纳米颗粒和表面活性剂加入乙醇和水的混合溶剂中，在60～90℃温度、200～500rpm转速下搅拌1～4h，形成纳米颗粒悬浮液；
将偶联剂加至所述纳米颗粒悬浮液中，在60～90℃温度、200～500rpm转速下搅拌1～4h，形成预处理悬浮液；
过滤所述预处理悬浮液，洗涤滤渣，干燥，得到预处理后的所述纳米颗粒。
13.根据权利要求11或12所述的制备方法，其特征在于，在所述流延成膜的步骤中，机头温度与冷却辊温度的温差为250～320℃。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，
当在所述耐候层的一侧表面上设置所述承力层，在所述承力层远离所述耐候层一侧的表面上设置所述阻隔层，进而形成所述平流层浮空器蒙皮时，所述制备方法还包括以下步骤：
在所述耐候层的一侧表面上设置所述承力层的步骤之前，还包括在所述耐候层和所述承力层之间设置第一胶层的步骤；和/或
在所述承力层远离所述耐候层一侧的表面上设置所述阻隔层的步骤之前，还包括在所述承力层和所述阻隔层之间设置第二胶层的步骤；和/或
在设置所述阻隔层的步骤之后，在所述阻隔层远离所述承力层的一侧表面上设置热塑性聚氨酯层，进而形成所述平流层浮空器蒙皮；
当在所述耐候层的一侧表面上设置所述阻隔层，在所述阻隔层远离所述耐候层一侧的表面上设置所述承力层，进而形成所述平流层浮空器蒙皮时，所述制备方法还包括以下步骤：
在所述耐候层的一侧表面上设置所述阻隔层的步骤之前，还包括在所述耐候层和所述阻隔层之间设置所述第一胶层的步骤；和/或
在所述阻隔层远离所述耐候层一侧的表面上设置所述承力层的步骤之前，还包括在所述阻隔层和所述承力层之间设置所述第二胶层的步骤；和/或
在设置所述承力层的步骤之后，在所述承力层远离所述阻隔层的一侧表面上设置所述热塑性聚氨酯层，进而形成所述平流层浮空器蒙皮。
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