CN107215051A - 囊皮及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于气囊的囊皮及其制作方法。所述囊皮的制作方法包括以下步骤：将聚乙烯树脂和石墨烯粉混合成原料；将所述原料通过挤压工艺形成石墨烯‑聚乙烯膜；将乙烯‑四氟乙烯共聚膜设置于所述石墨烯‑聚乙烯膜的表面，形成囊皮。该方法制作的囊皮可以减小面密度、改善机械强度并增强耐候性。

Description

囊皮及其制作方法
技术领域
本发明涉及囊皮的制作技术，更具体地涉及一种可用于航空领域的囊皮及其制作方法。
背景技术
浮空器曾经广泛应用于空中运输。浮空器是指利用轻于空气的气体来提供升力的航空器。依照工作原理，浮空器可分为飞艇、系留气球和热气球。浮空器包括气囊，用于容纳比重小于空气的气体(例如热空气、氢气或氦气)，从而获得升力。浮空器的结构简单，成本低廉，在空中停留时间长。
气囊的外壳由囊皮形成，这是浮空器的重要组成部分。由于在飞行过程中的高能量损耗问题，需要囊皮在具有较高强度的前提下，尽量具有较小的面密度，从而减小浮空器的重量，以便减少浮空器飞行过程中的能量损耗。
现有技术中的囊皮一般包括织物层和气密层等，但是这种结构的囊皮制成的气囊，由于织物层密度较大，使得囊皮的整体面密度较大，一般为250-300克/平方米，一定程度上增加了浮空器本身的质量，使得浮空器在飞行过程中耗能较大。尤其是对于小型浮空器，其本身质量较轻，驱动功率较小，气囊占了浮空器的较大一部分质量，使得小型浮空器功率损耗较大，续航能力较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供进一步减小面密度和提供机械强度的囊皮及其制作方法。
根据本发明的第一方面，提供一种囊皮的制作方法，所述囊皮的制作方法包括以下步骤：将聚乙烯树脂和石墨烯粉混合成原料；将所述原料通过挤压工艺形成石墨烯-聚乙烯膜；将乙烯-四氟乙烯共聚膜设置于所述石墨烯-聚乙烯膜的表面，形成囊皮。
优选地，将乙烯-四氟乙烯共聚膜设置于所述石墨烯-聚乙烯膜的表面的方法包括：首先在所述石墨烯-聚乙烯膜与乙烯-四氟乙烯共聚膜的结合面之间刷涂粘结胶或者设置胶膜，然后将乙烯-四氟乙烯共聚膜贴附于所述粘结胶或者胶膜表面，从而将乙烯-四氟乙烯共聚膜粘结于所述石墨烯-聚乙烯膜的表面。
优选地，所述粘结胶为液态的聚氨酯胶，所述胶膜为聚氨酯胶膜。
优选地，所述聚乙烯树脂和石墨烯粉混合成原料的步骤包括：将石墨烯粉与聚乙烯树脂按照1-15：85-99的体积分数掺杂并混合均匀。
优选地，所述原料通过挤压工艺形成石墨烯-聚乙烯膜的步骤包括：采用挤压机，通过成型模具将所述原料以预定速度挤出成膜，得到石墨烯-聚乙烯膜，其中所述挤压机的工作背压为0.1-0.25MPa。
优选地，在所述挤压机的固体输送段设定温度为120-160℃，塑化熔融段设定温度为160-200℃，熔体输送段设定温度为160-185℃。
优选地，乙烯-四氟乙烯共聚膜贴附于所述粘结胶或者胶膜表面方法包括热合或者压合。
根据本发明的第二方面，提供一种囊皮，所述囊皮由层叠设置并粘接在一起的防护层和载荷承受层组成，其中所述防护层由乙烯-四氟乙烯共聚膜形成，所述载荷承受层由石墨烯-聚乙烯膜形成。
优选地，所述粘接层由聚氨酯材料形成。
优选地，所述粘结层的厚度为8-12μm。
采用上述方法制备的囊皮，具有一定的韧性和弹性，并且面密度明显降低，实现了在具有较小厚度的情况下能够保持较高强度的要求，使得囊皮材料能够经受的外界复杂环境温度的变化，增加了耐候性，可以用作航空用囊皮，尤其是用作浮空器囊皮。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为本发明中的气囊囊皮的结构示意图；
图2为本发明中的气囊囊皮的生产工艺流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一种气囊囊皮，所述囊皮应用于浮空器，尤其是小型低空浮空飞行器。如图1所示，所述囊皮由层叠设置并粘接在一起的防护层1和载荷承受层2组成，其中所述防护层1由乙烯-四氟乙烯共聚膜形成，所述载荷承受层2由石墨烯-聚乙烯膜形成。所述防护层作为耐候层，为囊皮的外表面层，用于保护囊皮的内部结构；所述载荷承受层用于承受载荷，例如拉伸应力等。所述防护层1和载荷承受层2之间还设置有粘结层3，并通过粘结层3进行粘结。所述粘接层由聚氨酯材料形成，所述聚氨酯材料层的厚度为8-12μm。
所述载荷承受层2中的聚乙烯与石墨烯的体积比范围为85-99:15-1。所述囊皮具有耐候性，能够较长时间的承受外界复杂环境的变化，例如高低温、湿度的变化以及外界辐射等。而且，所述囊皮的面密度相对于现有的囊皮大大减小，面密度可以减小到45-60克/平方米，几乎是现有囊皮的面密度的五分之一，因此，可以大大降低飞行器的能耗，提高飞行器的续航能力。
本发明提供一种所述气囊囊皮的生产工艺，本发明以采用挤压机对囊皮进行生产为例，来说明该气囊囊皮的生产工艺。
如图2所示，本发明中的气囊囊皮的生产工艺可采用如下方法制备。
实施例一：
S1)、制备满足使用要求的石墨烯；
S2)、将步骤S1中制备的石墨烯碾磨成粉，并与聚乙烯树脂按照1：99的体积比掺杂并混合均匀，然后加入挤压机中，或者是按照上述比例将石墨烯和聚乙烯树脂加入挤压机中，在挤压机中完成碾磨、掺杂并混合均匀的过程；
S3)、调整挤压机挤出原料的工作背压为0.1MPa；
S4)、在所述挤压机的固体输送段设定温度为120℃，塑化熔融段设定温度为160℃，熔体输送段设定温度为160℃的条件下，通过成型模具将材料以一定速度挤出成模，得到石墨烯-聚乙烯膜；
S5)、选用乙烯-四氟乙烯共聚膜，并在得到的石墨烯-聚乙烯膜与选用的乙烯-四氟乙烯共聚膜的结合面之间刷涂粘结胶或者设置胶膜，所述粘结胶可为液态的聚氨酯胶，所述胶膜可为聚氨酯胶膜；
S6)、将石墨烯-聚乙烯膜与乙烯-四氟乙烯共聚膜进行贴合，例如采用热合或者压合的方式进行复合，形成本发明中的由复合膜形成的囊皮。
本实施例中，囊皮的面密度为60克/平方米。
实施例二：
S1)、制备满足使用要求的石墨烯；
S2)、将步骤S1中制备的石墨烯碾磨成粉，并与聚乙烯树脂按照15：85的体积分数掺杂并混合均匀，然后加入挤压机中，或者是按照上述比例将石墨烯和聚乙烯树脂加入挤压机中，在挤压机中完成碾磨、掺杂并混合均匀的过程；
S3)、调整挤压机挤出原料的工作背压为0.25MPa；
S4)、在所述挤压机的固体输送段设定温度为160℃，塑化熔融段设定温度为200℃，熔体输送段设定温度为185℃的条件下，通过成型模具将材料以一定速度挤出成模，得到石墨烯-聚乙烯膜；
S5)、选用乙烯-四氟乙烯共聚膜，并在得到的石墨烯-聚乙烯膜与选用的乙烯-四氟乙烯共聚膜的结合面之间刷涂粘结胶或者设置胶膜，所述粘结胶可为液态的聚氨酯胶，所述胶膜可为聚氨酯胶膜；
S6)、将石墨烯-聚乙烯膜与乙烯-四氟乙烯共聚膜进行贴合，例如采用热合或者压合的方式进行复合，形成本发明中的由复合膜形成的囊皮。
本实施例中，囊皮的面密度为45克/平方米。
实施例三：
S1)、制备满足使用要求的石墨烯；
S2)、将步骤S1中制备的石墨烯碾磨成粉，并与聚乙烯树脂按照1：10的体积分数掺杂并混合均匀，然后加入挤压机中，或者是按照上述比例将石墨烯和聚乙烯树脂加入挤压机中，在挤压机中完成碾磨、掺杂并混合均匀的过程；
S3)、调整挤压机挤出原料的工作背压为0.18MPa；
S4)、在所述挤压机的固体输送段设定温度为140℃，塑化熔融段设定温度为180℃，熔体输送段设定温度为168℃的条件下，通过成型模具将材料以一定速度挤出成模，得到石墨烯-聚乙烯膜；
S5)、选用乙烯-四氟乙烯共聚膜，并在得到的石墨烯-聚乙烯膜与选用的乙烯-四氟乙烯共聚膜的结合面之间刷涂粘结胶或者设置胶膜，所述粘结胶可为液态的聚氨酯胶，所述胶膜可为聚氨酯胶膜；
S6)、将石墨烯-聚乙烯膜与乙烯-四氟乙烯共聚膜进行贴合，例如采用热合或者压合的方式进行复合，形成本发明中的由复合膜形成的囊皮。
本实施例中，囊皮的面密度为50克/平方米。
石墨烯是一种单分子层二维晶体，将其与聚乙烯树脂进行掺杂并在一定的条件下挤出成膜，可以实现很薄的膜就具有较高的强度，从而减小囊皮的面密度。将石墨烯-聚乙烯膜与乙烯-四氟乙烯进行复合，可以获得具有良好耐侯性的低密度的囊体材料，该囊体材料具有良好的耐热、耐化学性能以及防辐射性能。
通过本发明中的囊皮制作方法制备的囊皮，在具备较小面密度的同时，还具有较好的机械强度以及良好的耐候性，可以用于制作飞行器用气囊，例如用作低空飞行器的气囊，尤其是用作小型的低空飞行器的气囊，该气囊作为飞行器的辅助动力源，能够为飞行器提供辅助升力。本发明实施例的囊皮的面密度相对于现有囊皮的面密度大大减小，面密度可以达到减小45-60克/平方米，几乎是现有囊皮的面密度的五分之一，在满足空中复杂气候变化的条件下，可一定程度上降低飞行器的能耗，提高飞行器的续航能力。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种应用于浮空器的囊皮的制作方法，其特征在于，所述囊皮的制作方法包括以下步骤：
将聚乙烯树脂和石墨烯粉混合成原料；
将所述原料通过挤压工艺形成石墨烯-聚乙烯膜；
将乙烯-四氟乙烯共聚膜设置于所述石墨烯-聚乙烯膜的表面，形成囊皮。
2.根据权利要求1所述的囊皮的制作方法，其特征在于，将乙烯-四氟乙烯共聚膜设置于所述石墨烯-聚乙烯膜的表面的方法包括：首先在所述石墨烯-聚乙烯膜与乙烯-四氟乙烯共聚膜的结合面之间刷涂粘结胶或者设置胶膜，然后将乙烯-四氟乙烯共聚膜贴附于所述粘结胶或者胶膜表面，从而将乙烯-四氟乙烯共聚膜粘结于所述石墨烯-聚乙烯膜的表面。
3.根据权利要求2所述的囊皮的制作方法，其特征在于，所述粘结胶为液态的聚氨酯胶，所述胶膜为聚氨酯胶膜。
4.根据权利要求1所述的囊皮的制作方法，其特征在于，所述聚乙烯树脂和石墨烯粉混合成原料的步骤包括：将石墨烯粉与聚乙烯树脂按照1-15：85-99的体积比掺杂并混合均匀。
5.根据权利要求1所述的囊皮的制作方法，其特征在于，所述原料通过挤压工艺形成石墨烯-聚乙烯膜的步骤包括：采用挤压机，通过成型模具将所述原料以预定速度挤出成膜，得到石墨烯-聚乙烯膜，其中所述挤压机的工作背压为0.1-0.25MPa。
6.根据权利要求5所述的囊皮的制作方法，其特征在于，在所述挤压机的固体输送段设定温度为120-160℃，塑化熔融段设定温度为160-200℃，熔体输送段设定温度为160-185℃。
7.根据权利要求2所述的囊皮的制作方法，其特征在于，乙烯-四氟乙烯共聚膜贴附于所述粘结胶或者胶膜表面的方法包括热合或者压合。
8.一种囊皮，其特征在于，所述囊皮由层叠设置并粘接在一起的防护层和载荷承受层组成，其中所述防护层由乙烯-四氟乙烯共聚膜形成，所述载荷承受层由石墨烯-聚乙烯膜形成。
9.根据权利要求8所述的囊皮，其特征在于，所述粘接层由聚氨酯材料形成。
10.根据权利要求9所述的囊皮，其特征在于，所述粘结层的厚度为8-12μm。
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