CN108912416A - 一种爆破后球皮残余量恒定的气象气球及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种爆破后球皮残余量恒定的气象气球，由包括如下步骤的方法制备而成：将气象气球模具在混合原料中浸没，得胶膜；将所述胶膜从模具上取下，清洗后定型，硫化，干燥，即得；所述混合原料中包括胶性成分100～130份，固体成分10～20份以及油性成分10～20份。本发明提供的气象气球特别加强了硫化体系，经过特殊工艺加工而成。本发明提供的气象气球在破裂后，其残余球皮量恒定，能保障在使用套球施放时，不会对内球的举力产生干扰，当外球破裂后，内球能在此高度范围内漂浮，满足观测需求。

Description

一种爆破后球皮残余量恒定的气象气球及其应用

技术领域

本发明涉及高空气象勘测领域，具体涉及一种爆破后球皮残余量恒定的气象气球及其应用。

背景技术

气象气球是携带探空仪器进行空中气象要素(温度、湿度、风向、风力、气压等)探测的一种最便捷、经济的运载工具，广泛用于航空、航天、航海、作战和军事科研等领域，为航空兵作战、航天器飞行等军事行动和科研任务提供安全保障。

现有探空技术体制是全国120个探空站在每天07:15及19：15(部分台站01:15进行加密观测)采用单个气象气球携带探空仪灌充氢气施放升空，采集此过程中的温度、湿度、气压、风向、风速等各种气象要素。当气球升空至3万米左右，气球破裂，探测也就停止采集数据。我国现有探空业务系统在空间布局(东密西疏)、自动化程度、时间观测分辨率以及业务运行维持技术水平方面与国外先进国家存在差距，想通过提升放球站点和加密观测的方式提升高空气象观测水平在经费负担上难以承受。

选取2015年全国120个探空站08、20时观测为样本，以10hPa(25km)为漂移起始点，以该层瞬间风为漂移风，估计夏季、冬季漂移特征。整体来看，探空气球漂移覆盖范围广，飞行轨迹随高度和季节划分具有显著的规律性，5小时以上即可覆盖边境。如果气球能在空中漂移5小时以上，能够实现对于特定时间和区域的加密观测能力，大大提升高空气象探测水平。为实现气球能在空中漂移，采用套球方式进行施放，其具体施放方式如图1所示。其中，内球作为漂移球，通过计算灌充适当的氢气后，在两球之间灌充足够的氢气后由外球带动升空至预定高度，当外球破裂后内球在此高度小范围漂移，达到漂浮时间后切割器启动，内球和切割器继续上升。探空仪在降落伞的的作用下缓慢下落，地面雷达继续接收探空数据。这就实现了一次施放，完成两次探测数据。

要实现内球在空中漂浮，其中最关键的是内球的浮力能在外球破裂后能够保持平衡，外球破裂后其球柄及残余球皮就成为内球附属物，当外球破裂后残余量不一致，会导致内球重量的变化，打破了这种浮力平衡，导致内球的上升或下降。这都将导致漂浮时间不够，探测的失败。在实际套球施放过程中，在同一批次，同配方，同工艺条件下，每个气象气球的爆破后的残余量均不同；例如，在长沙气象探空站施放20个数据，能达到漂浮时间的成功探测只有7次，成功率仅为35％，所述同一批次气象气球爆破后球皮残余情况可参考图2所示。

目前，亟待开发一种能解决外球达到预定空域破裂后其残余球皮量不一致问题的方案，从而使内球能够在一定高度范围漂浮，完成往返两次探测任务。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种破裂后残余球皮量恒定的气象气球。所述残余量恒定气象气球在破裂后，其残余球皮量恒定，能保障在使用套球施放时，不会对内球的举力产生干扰，当外球破裂后，内球能在此高度范围内漂浮，满足观测需求。

具体而言，本发明提供了一种爆破后球皮残余量恒定的气象气球，其由包括如下步骤的方法制备而成：将气象气球模具在混合原料中浸没，得胶膜；将所述胶膜从模具上取下，清洗后定型，硫化，干燥，即得。

本发明对所述混合原料进行优化，以提高气球的交联密度。所述混合原料中包括胶性成分100～130份，固体成分10～20份以及油性成分10～20份。

具体而言：

所述胶性成分包括浓缩天然胶乳和氯丁二烯胶乳的混合物。本发明优选二者以质量比100：5～00混合而成。

所述固体成分包括氢氧化钾、酪素、表面活性剂、硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌。所述表面活性剂可选用平平加O。所述防老剂可选用防老剂D和/或防老剂4010NA。所述促进剂可选用促进剂PX。为了提高所得气球的交联密度，本发明进一步优选所述固体成分中，所述氢氧化钾、酪素、表面活性剂、硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌的质量比为0.3～0.6：1～2.5：0.2～1：2.5～3.5：2～4：3～4：2～2.5。

所述油性成分包括5号锭子油或葵二酸二辛酯。

作为本发明的一种优选方案，所述制备所述气象气球的原料包括：浓缩天然胶乳100份，氯丁二烯胶乳5～20份，氢氧化钾0.3～0.6份，酪素1～2.5份，平平加O 0.2～1份，硫磺2.5～3.5份，防老剂D(N-苯基-2-萘胺)1～2份，防老剂4010NA(N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺)1～2份，促进剂PX(乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌)3～4份，氧化锌2～2.5份，5#锭子油10～20份。

为了确保各原料之间充分混合，从而使所得气相气球具有更好的交联密度，本发明对所述混合原料的混合方法进行优化。具体而言，所述混合原料由如下方法配制而成：

(a)将氢氧化钾、酪素、表面活性剂分别溶解成水溶液；

(b)将硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌混合制备成分散体；

(c)将油性成分加工成乳浊液；

(d)将步骤(a)、(b)、(c)所得产物在搅拌条件下依次缓慢加入到浓缩天然胶乳中，最后加入氯丁二烯胶乳，均匀搅拌后得到混合原料；

进一步优选地，所述混合原料由如下方法配制而成：

(a)将氢氧化钾溶解成浓度20～30％的水溶液，将酪素溶解成5～15％的水溶液，将表面活性剂溶解成5～15％的水溶液；

(b)将硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌混合，用砂磨机制备成35～45％的分散体；

(c)将油性成分用胶体磨乳化成20～30％的乳浊液；

(d)将上述步骤所得产物在搅拌条件下依次缓慢加入到浓缩天然胶乳中，最后加入氯丁二烯胶乳，均匀搅拌后得到混合原料。

为了提高球膜的成型效果，本发明优选先在所述气象气球模具的表面均匀附着凝固剂，再在所述混合原料中浸没。其中，所述凝固剂优选包括质量百分浓度15～25％的氯化钙或硝酸钙。

气象气球模具在混合原料中的浸没时间与最终产品的重量规格有关。所述模具在混合原料中浸没的时间短，可获得低重量规格的球膜；模具在混合原料中浸没的时间长，则可获得高重量规格的球膜。因此，具体浸没时间可依据实际生产对象的重量规格而具体确定。

定型步骤是本发明的关键步骤之一。所述定型具体为：在清洗后的球膜底部装入球柄套，用弹性胶带在球柄和球体结合部位距球体1～2公分处扎紧，通入空气，1～1.5小时后放气。为了能使气象气球破裂时整体分离，本发明的扎柄工序采用弹性胶带在球柄与球体结合部位靠近球体部位1～2公分处扎紧；当扎紧胶带后，改变了胶膜的成型结构，硫化后在此部位产生应力集中，升空到极限高度时能从此部位整体分离，保障气象气球球皮残余量恒定一致。

本发明所述硫化具体为：在通入蒸汽的压力容器内，保持105～115℃的温度10～20分钟。

本发明所述干燥具体为：在热空气干燥箱内，保持85～95℃的温度1.5～2.5小时。本发明在干燥工序时，适当的延长时间，能增加气象气球的硫化程度，进一步提高交联密度，使气象气球在破裂时球皮更容易成细碎条状

作为本发明的一种优选方案，所述气象气球由包括如下步骤的方法制备而成：

S1、原料混合：将氢氧化钾溶解成浓度20～30％的水溶液，将酪素溶解成5～15％的水溶液，将表面活性剂溶解成5～15％的水溶液；将硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌混合，用砂磨机制备成35～45％的分散体；将油性成分用胶体磨乳化成20～30％的乳浊液；将上述物质在搅拌条件下依次缓慢加入到浓缩天然胶乳中，最后加入氯丁二烯胶乳，均匀搅拌后得到混合原料；

S2、形成胶膜：将气象气球模具浸入含有15～25％的氯化钙或硝酸钙的凝固剂中，当模具均匀附着凝固剂后，浸入所述混合原料中，获得气象气球胶膜；

S3、清洗胶膜：将附有胶膜的模具浸入50～70℃的热水中浸泡以沥滤掉胶膜中的非橡胶成分；人工方式将所述胶膜从模具上脱下，在常温清水中浸泡以清除残余凝固剂中的钙盐；

S4、胶膜定型：将所述球膜内的水倒干净，在底部装入球柄套，用弹性胶带在球柄和球体结合部位距球体1～2公分处扎紧，通入空气吹至所需要的大小，1～1.5小时后放气，得到气象气球半成品；

S5、硫化：将气象气球半成品放入压力容器中，通入蒸汽，当温度达到105～115℃时开始计时，保温10～20分钟后硫化完成；

S6、干燥：完成硫化后的气球立即放入热空气干燥箱中，在温度85～95℃条件下保持1.5～2.5小时，即得。

本发明同时保护所述气象气球在高空气象探测中的应用，优选在平流层进行连续高空气象探测中的应用。

本发明提供的气象气球在破裂后，其残余球皮量恒定，能保障在使用套球施放时，不会对内球的举力产生干扰，当外球破裂后，内球能在此高度范围内漂浮，满足观测需求。

附图说明

图1为套球施放示意图；图中，1、内球，2、外球，3、切割器，4、降落伞，5、探空仪；

图2为同一批次气象气球爆破后球皮残余情况；

图3为改进后球皮残余量情况。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下各实施例中采用的原料均为市售购得。

实施例1

本实施例提供了一种平漂气象气球，其原料组成为：浓缩天然胶乳100kg，氯丁二烯胶乳12kg，氢氧化钾0.48kg，酪素1.8kg，平平加O 0.6kg，硫磺3kg，防老剂D 1.5kg，防老剂4010NA 1.5kg，促进剂PX3.75kg，氧化锌2.25kg，5#锭子油16.8kg。

本实施例同时提供了所述平漂气象气球的制备方法，具体为：

S1、原料混合：用软水分别将氢氧化钾溶解成浓度25％的水溶液，酪素溶解成10％的水溶液，平平加O溶解成10％的水溶液；将硫磺、防老剂D、防老剂4010NA、促进剂PX以及氧化锌用砂磨机制备成40％的分散体；将5#锭子油用胶体磨乳化成25％的乳浊液；将上述组分依次在搅拌状态下缓慢加入到浓缩天然胶乳中得到混合料A，最后将氯丁二烯胶乳加入所述混合料A中均匀搅拌，得到混合料B；

S2、形成胶膜：将气象气球模具浸入含有20％氯化钙的凝固剂中，当模具均匀附着凝固剂后，再在所述混合物B中浸没，获得750克规格的气象气球胶膜；

S3、清洗胶膜：将附有胶膜的模具浸入60℃的热水中浸泡5min，以沥滤掉胶膜中的非橡胶成分；人工方式将所述胶膜从模具上脱下，泡入常温清水中1.5小时以清除残余凝固剂中的钙盐；

S4、胶膜定型：将球膜内水倒干净，在球柄处放入合适的球柄套，用弹性胶带在球柄和球体结合部位距球体1.5公分处扎紧后，通入空气吹至所述球膜重量规格所需要的大小，1小时后放气，得到气象气球半成品；

S5、硫化：将气象气球半成品放入压力容器中，通入蒸汽，当温度达到110℃时开始计时，保持这个温度15分钟后硫化完成；

S6、干燥：将完成硫化后的气球立即放入热空气干燥箱进行干燥及二次硫化过程，温度控制在90℃，时间2小时。

干燥工序结束后，经过目视检查及性能检查后得到爆破后球皮残余量恒定的气象气球。

本实施例提供的气球球皮残余量情况如图3所示。

本实施例提供的750克规格的气象气球，可在25000～30000米之间漂浮6小时以上；爆破后球皮残余量在50克±3克以内，通过长沙，东胜，中旗，临河等探空站套球施放120次，漂浮探测成功98次，成功率达到82％。

实施例2

本实施例提供了一种平漂气象气球，与实施例1相比，区别仅在于其原料组成为：浓缩天然胶乳100kg，氯丁二烯胶乳5kg，氢氧化钾0.3kg，酪素1kg，平平加O 0.2kg，硫磺2.5kg，防老剂D 1kg，防老剂4010NA 1kg，促进剂PX 3kg，氧化锌2kg，5#锭子油10kg。

制备方法同实施例1。

本实施例提供的750克规格的气象气球，可在25000～30000米之间漂浮6小时以上。

实施例3

本实施例提供了一种平漂气象气球，与实施例1相比，区别仅在于其原料组成为：浓缩天然胶乳100份，氯丁二烯胶乳20kg，氢氧化钾0.6kg，酪素2.5kg，平平加O 1kg，硫磺3.5kg，防老剂D 2kg，防老剂4010NA 2kg，促进剂PX 4kg，氧化锌2.5kg，5#锭子油20kg。

制备方法同实施例1。

本实施例提供的750克规格的气象气球，可在25000～30000米之间漂浮6小时以上。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种爆破后球皮残余量恒定的气象气球，其特征在于，由包括如下步骤的方法制备而成：将气象气球模具在混合原料中浸没，得胶膜；将所述胶膜从模具上取下，清洗后定型，硫化，干燥，即得；

所述混合原料中包括胶性成分100～130份，固体成分10～20份以及油性成分10～20份；其中：

所述胶性成分包括浓缩天然胶乳和氯丁二烯胶乳的混合物；

所述固体成分包括氢氧化钾、酪素、表面活性剂、硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌；

所述油性成分包括5号锭子油或葵二酸二辛酯。

2.根据权利要求1所述的气象气球，其特征在于，所述表面活性剂为平平加O；

和/或，所述防老剂为防老剂D和/或防老剂4010NA；

和/或，所述促进剂为促进剂PX。

3.根据权利要求1或2所述的气象气球，其特征在于，所述胶性成分中，浓缩天然胶乳和氯丁二烯胶乳的质量比为100：5～20；

和/或，所述固体成分中，氢氧化钾、酪素、表面活性剂、硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌的质量比为0.3～0.6：1～2.5：0.2～1：2.5～3.5：2～4：3～4：2～2.5。

4.根据权利要求1所述的气象气球，其特征在于，所述混合原料包括：浓缩天然胶乳100份，氯丁二烯胶乳5～20份，氢氧化钾0.3～0.6份，酪素1～2.5份，平平加O 0.2～1份，硫磺2.5～3.5份，防老剂D 1～2份，防老剂4010NA 1～2份，促进剂PX 3～4份，氧化锌2～2.5份，5#锭子油10～20份。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的气象气球，其特征在于，所述混合原料由如下方法配制而成：

(a)将氢氧化钾、酪素、表面活性剂分别溶解成水溶液；

(b)将硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌混合制备成分散体；

(c)将油性成分加工成乳浊液；

(d)将步骤(a)、(b)、(c)所得产物在搅拌条件下依次缓慢加入到浓缩天然胶乳中，最后加入氯丁二烯胶乳，均匀搅拌后得到混合原料；

优选地，所述混合原料由如下方法配制而成：

(a)将氢氧化钾溶解成浓度20～30％的水溶液，将酪素溶解成5～15％的水溶液，将表面活性剂溶解成5～15％的水溶液；

(b)将硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌混合，用砂磨机制备成35～45％的分散体；

(c)将油性成分用胶体磨乳化成20～30％的乳浊液；

(d)将步骤(a)、(b)、(c)所得产物在搅拌条件下依次缓慢加入到浓缩天然胶乳中，最后加入氯丁二烯胶乳，均匀搅拌后得到混合原料。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的气象气球，其特征在于，先在所述气象气球模具的表面均匀附着凝固剂，再在所述混合原料中浸没；所述凝固剂优选包括质量百分浓度15～25％的氯化钙或硝酸钙。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的气象气球，其特征在于，所述定型具体为：在清洗后的球膜底部装入球柄套，用弹性胶带在球柄和球体结合部位距球体1～2公分处扎紧，通入空气，1～1.5小时后放气；

和/或，所述硫化具体为：在通入蒸汽的压力容器内，保持105～115℃的温度10～20分钟；

和/或，所述干燥具体为：在热空气干燥箱内，保持85～95℃的温度1.5～2.5小时。

8.根据权利要求1所述的气象气球，其特征在于，由包括如下步骤的方法制备而成：

S1、原料混合：将氢氧化钾溶解成浓度20～30％的水溶液，将酪素溶解成5～15％的水溶液，将表面活性剂溶解成5～15％的水溶液；将硫磺、防老剂、促进剂和氧化锌混合，用砂磨机制备成35～45％的分散体；将油性成分用胶体磨乳化成20～30％的乳浊液；将上述物质在搅拌条件下依次缓慢加入到浓缩天然胶乳中，最后加入氯丁二烯胶乳，均匀搅拌后得到混合原料；

S2、形成胶膜：将气象气球模具浸入含有15～25％的氯化钙或硝酸钙的凝固剂中，当模具均匀附着凝固剂后，浸入所述混合原料中，获得气象气球胶膜；

S3、清洗胶膜：将附有胶膜的模具浸入50～70℃的热水中浸泡以沥滤掉胶膜中的非橡胶成分；人工方式将所述胶膜从模具上脱下，在常温清水中浸泡以清除残余凝固剂中的钙盐；

S4、胶膜定型：将所述球膜内的水倒干净，在底部装入球柄套，用弹性胶带在球柄和球体结合部位距球体1～2公分处扎紧，通入空气吹至所需要的大小，1～1.5小时后放气，得到气象气球半成品；

S5、硫化：将气象气球半成品放入压力容器中，通入蒸汽，当温度达到105～115℃时开始计时，保温10～20分钟后硫化完成；

S6、干燥：完成硫化后的气球立即放入热空气干燥箱中，在温度85～95℃条件下保持1.5～2.5小时，即得。

9.权利要求1～8任意一项所述气象气球在高空气象探测中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，在平流层进行连续高空气象探测中的应用。