CN110015938B - 一种薄膜靶带及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜靶带及薄膜靶带的制备方法，该薄膜靶带包括：基底和激光烧蚀层，所述激光烧蚀层由高分子含能工质、光吸收剂、强氧化剂、添加剂混合后附着在所述基底上形成。由于薄膜靶带的激光烧蚀层中添加了强氧化剂成分，在薄膜靶带设置在激光推进器上时，可以促进激光与激光烧蚀层材料发生充分化学反应，形成气态产物，充分释放并增强化学能，提高激光推进器的推进效率，消除未完全化学反应生成的烟，减少对卫星太阳能帆板、光学器件等形成污染。

Description

一种薄膜靶带及制备方法

技术领域

本发明涉及激光航天推进技术领域，具体涉及一种用于激光微推进技术的高效透射式的薄膜靶带及制备方法。

背景技术

随着航天技术的发展，卫星应用领域的拓宽，卫星技术已成为当前国内外研究的热点，卫星推进技术也随之发展迅速，星载电推进技术日益成熟。作为电推进技术的一种，激光微推进技术具有模块化、质量轻、体积小、冲量调节范围大、无延时启动等优点，成为极具竞争力的卫星推进方式。

激光推进技术的工作原理是聚焦激光经过透明基底烧蚀工质薄膜产生微爆轰，从而产生反推力。激光推进器烧蚀靶带的工作模式分为反射式和透射式，为避免激光光源污染，现一般采用透射式工作模式，透射式工作模式的靶带由激光烧蚀层和基底组成。

在真空环境下，薄膜靶带的激光烧蚀层在通过激光照射后进行化学反应时会形成非完全烧蚀的喷射产物，造成激光烧蚀层不能充分释放化学能，导致推进效率远低于预期，另外生成的固态产物或未完全反应产物形成的烟，易污染卫星太阳能帆板、光学器件等表面，造成部件失效或寿命减少。

发明内容

本发明实施例提供一种薄膜靶带及制备方法，用以解决现有技术中薄膜靶带反应时的推进效率低污染大的技术问题，提供一种用于激光微推进技术的高效透射式薄膜靶带。

第一方面，本发明提供了一种薄膜靶带，包括：

基底；

激光烧蚀层，所述激光烧蚀层由高分子含能工质、光吸收剂、强氧化剂、添加剂混合后附着在所述基底上形成。

可选的，所述高分子含能工质包括：聚叠氮缩水甘油醚和/或双基药。

可选的，所述光吸收剂包括：纳米碳粉、微米碳粉和红外吸收剂中任意一种或多种组合。

可选的，所述强氧化剂包括：六硝基六氮杂异伍兹烷、二硝酰胺铵、硝仿肼、富氮化合物、高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾和硝酸铵中任意一种或多种组合。

可选的，所述添加剂包括：催化剂、固化剂、流平剂、消泡剂和稳定剂中任意一种或多种组合。

可选的，所述基底为透光基底，所述透光基底的烧蚀阈值大于预设阈值。

可选的，所述透光基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、双向拉伸聚丙烯薄膜、聚酰亚胺膜中任意一种。

第二方面，本发明提供了一种制备前述第一方面实施例中薄膜靶带的方法，所述方法包括：

将高分子含能工质按第一预设质量配比溶于预设溶剂制成高分子含能工质溶液，将光吸收剂按第二预设质量配比溶于所述预设溶剂制成光吸收剂溶液，将强氧化剂按第三预设质量配比溶于所述预设溶剂制成强氧化剂溶液，将添加剂按第三预设质量配比溶于所述预设溶剂制成添加剂溶液；

将所述高分子含能工质溶液、所述光吸收剂溶液、所述强氧化剂溶与所述添加剂溶液按预设比例混合后形成激光烧蚀层混合液；

重复将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上后在50摄氏度～220摄氏度的温度下干燥1～10个小时的步骤，直至涂抹在所述基底上的激光烧蚀层混合液固化后形成的激光烧蚀层厚度达到10微米～250微米，形成初样靶带；

将所述初样靶带在自然条件下干燥1～72小时后放入真空烘箱中烘干后得到薄膜靶带，所述真空烘箱的烘干压强小于或等于50帕，烘干温度范围为18摄氏度～110摄氏度。

可选的，所述预设溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、四氢呋喃、乙醇、硝基甲烷中的任意一种或多种组合。

可选的，所述将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上，包括：

通过喷涂或刮涂方式将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上。

可选的，所述高分子含能工质包括：聚叠氮缩水甘油醚和/或双基药。

可选的，所述光吸收剂包括：纳米碳粉、微米碳粉和红外吸收剂中任意一种或多种组合。

可选的，所述强氧化剂包括：六硝基六氮杂异伍兹烷、二硝酰胺铵、硝仿肼、富氮化合物、高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾和硝酸铵中任意一种或多种组合。

可选的，所述添加剂包括：催化剂、固化剂、流平剂、消泡剂和稳定剂中任意一种或多种组合。

可选的，所述基底为透光基底，所述透光基底的烧蚀阈值大于预设阈值。

可选的，所述透光基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、双向拉伸聚丙烯薄膜、聚酰亚胺膜中任意一种。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

由于在本申请实施例中的薄膜靶带包括基底和激光烧蚀层，激光烧蚀层由高分子含能工质、光吸收剂、强氧化剂、添加剂混合后附着在基底上形成。薄膜靶带的激光烧蚀层添加的强氧化剂具有有效氧含量高、生成焓大等优点，薄膜靶带在激光照射后进行反应时，激光烧蚀层中的强氧化剂提供的氧元素能促进含能材料中碳元素、非完全烧蚀产物以及吸光剂中碳元素的充分化学反应，形成二氧化碳等气态产物，既能充分释放并增强化学能，提高激光推进器的推进性能，又能起到消烟的作用，减少对卫星太阳能帆板、光学器件等形成污染，保护卫星部件。

附图说明

图1为本申请第一实施例提供的薄膜靶带的结构示意图；

图2为本申请第二实施例提供的薄膜靶带的制备方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种薄膜靶带及制备方法，用以解决现有技术中薄膜靶带反应时的推进效率低污染大的技术问题，提供一种用于激光微推进技术的高效透射式薄膜靶带。该薄膜靶带包括：基底；激光烧蚀层，所述激光烧蚀层由高分子含能工质、光吸收剂、强氧化剂、添加剂混合后附着在所述基底上形成。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例

本申请第一实施例提供一种薄膜靶带，请参见图1，该薄膜靶带包括基底10和激光烧蚀层20，激光烧蚀层20由高分子含能工质、光吸收剂、强氧化剂、添加剂混合后附着在所述基底上形成。

具体的，在本实施例中，基底10为透光基底，透光基底的烧蚀阈值大于预设阈值，透光基底可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET膜)、双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP膜)、聚酰亚胺膜等高烧蚀阈值的透光基底，当然还可以是其它烧蚀阈值较高的透光膜，在具体实施过程中，预设阈值可根据实际需要进行设定，在此，本申请不做限制。

进一步，在本实施例中，用于形成激光烧蚀层20的激光烧蚀层混合液中的高分子含能工质为聚叠氮缩水甘油醚(GAP)或双基药，或聚叠氮缩水甘油醚和双基药的混合物。在具体实施过程中，高分子含能工质的具体成分可根据实际需要进行选择，在此，本申请不做限制。

进一步，在本实施例中，用于形成激光烧蚀层20的激光烧蚀层混合液中的光吸收剂为纳米碳粉、微米碳粉和红外吸收剂中任意一种或多种组合。在具体实施过程中，光吸收剂的具体成分可根据实际需要进行选择，在此，本申请不做限制。

进一步，在本实施例中，用于形成激光烧蚀层20的激光烧蚀层混合液中的强氧化剂为六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、二硝酰胺铵(ADN)、硝仿肼(HNF)、富氮化合物以及传统强氧化剂高氯酸钾、高氯酸铵(AP)、硝酸钾、硝酸铵(AN)中任意一种或多种组合。在具体实施过程中，强氧化剂的具体成分可根据实际需要进行选择，在此，本申请不做限制。

进一步，在本实施例中，用于形成激光烧蚀层20的激光烧蚀层混合液中的添加剂包括：催化剂、固化剂、流平剂、消泡剂和稳定剂中任意一种或多种组合。催化剂主要有二月桂酸二丁基锡(DBTDL)等，固化剂主要有六亚甲基二异氰酸酯(HDI)等，流平剂主要是醋酸丁酸纤维素(CAB)，消泡剂主要有BYK-141等，稳定剂主要有紫外光吸收剂等。在具体实施过程中，添加剂的具体成分可根据实际需要进行选择，在此，本申请不做限制。

在本实施例中，激光烧蚀层20是通过激光烧蚀层混合液涂抹在基底10后干燥形成，具体的，激光烧蚀层混合液的制备过程如下：

首先，将高分子含能工质按第一预设质量配比溶于预设溶剂制成高分子含能工质溶液，具体的，高分子含能工质选用聚叠氮缩水甘油醚(GAP)，预设溶剂选用乙酸乙酯，将7g聚叠氮缩水甘油醚(GAP)溶解于30毫升乙酸乙酯后制成高分子含能工质溶液。

同时，将光吸收剂按第二预设质量配比溶于所述预设溶剂制成光吸收剂溶液，具体的，光吸收剂选用纳米碳，将0.2g纳米碳溶解于2毫升乙酸乙酯后制成光吸收剂溶液。

同时，将强氧化剂按第三预设质量配比溶于所述预设溶剂制成强氧化剂溶液，具体的，强氧化剂选用六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)。由于CL-20易潮解，撞击感度、摩擦感度、静电火花感度均较高，从安全角度考虑，本实施例采用包覆改性后的CL-20，将1.8g已包覆改性处理的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)溶解于5毫升乙酸乙酯后制成强氧化剂溶液。

同时，将添加剂按第三预设质量配比溶于所述预设溶剂制成添加剂溶液，具体的，添加剂选用固化剂六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)。将1毫升六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和溶于10毫升乙酸乙酯后制成添加剂溶液。

在本实施例中，预设溶剂选用乙酸乙酯，还可以为丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、四氢呋喃、乙醇、硝基甲烷中的任意一种或多种组合。

然后，按照以下比例准备烧蚀层材料，总份数为100份，高分子含能工质溶液70份，光吸收剂溶液2份，强氧化剂溶液18份，添加剂溶液10份。将70份高分子含能工质溶液、2份光吸收剂溶液、18份强氧化剂溶液和10份添加剂溶液混合并搅拌均匀后滴入0.01毫升二月桂酸二丁基锡，搅拌均匀后，滴加六亚甲基二异氰酸酯(HDI)溶液，搅拌均匀即可得到激光烧蚀层混合液。在具体实施过程中，强氧化剂溶液、光吸收剂溶液、添加剂溶液与高分子含能工质溶液的比例可根据需要进行配置，在此，本申请不做限制。

进而，在制备好到激光烧蚀层混合液后，将激光烧蚀层混合液涂抹至基底后干燥即可得到本实施例中的薄膜靶带，具体涂抹及干燥过程如下：

将激光烧蚀层混合液使用喷涂方法将激光烧蚀层混合液均匀喷至PET基底的一侧表面，得到以PET为基底的薄膜靶带，当然，还可以采用刮涂的方式将激光烧蚀层混合液均匀涂抹至PET基底的一侧表面。将所得的以PET为基底的薄膜靶带在50摄氏度～220摄氏度的温度下干燥1～10个小时，重复的喷涂和干燥步骤，喷涂制备的激光烧蚀层混合液合计2～10次，同理对应干燥合计2～10次，即每次喷涂激光烧蚀层混合液后，均需要在50摄氏度～220摄氏度的温度下干燥1～10个小时，最终，使固化后的烧蚀层厚度达到10～250微米，形成初样靶带。

将初样靶带在自然条件下干燥1～72小时后放入真空烘箱中烘干后得到薄膜靶带，真空烘箱的烘干压强小于或等于50帕，烘干温度范围为18摄氏度～110摄氏度。通过这样的方式，即可制备获得本实施例中的用于激光微推进技术的高效透射式薄膜靶带。

在制备完成后，可采用百格刀测试基底与激光烧蚀层之间的附着力，切口光滑，格子边缘没有任何剥落，达到附着力较好的5B级时，确认达到使用要求，可应用于激光推进。

请参看图2，本申请第二实施例提供一种制备前述第一方面实施例中薄膜靶带的方法，该方法包括：

S101：将高分子含能工质按第一预设质量配比溶于预设溶剂制成高分子含能工质溶液，将光吸收剂按第二预设质量配比溶于所述预设溶剂制成光吸收剂溶液，将强氧化剂按第三预设质量配比溶于所述预设溶剂制成强氧化剂溶液，将添加剂按第三预设质量配比溶于所述预设溶剂制成添加剂溶液；

S102：将所述高分子含能工质溶液、所述光吸收剂溶液、所述强氧化剂溶与所述添加剂溶液按预设比例混合后形成激光烧蚀层混合液；

S103：重复将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上后在50摄氏度～220摄氏度的温度下干燥1～10个小时的步骤，直至涂抹在所述基底上的激光烧蚀层混合液固化后形成的激光烧蚀层厚度达到10微米～250微米，形成初样靶带；

S104：将所述初样靶带在自然条件下干燥1～72小时后放入真空烘箱中烘干后得到薄膜靶带，所述真空烘箱的烘干压强小于或等于50帕，烘干温度范围为18摄氏度～110摄氏度。得到用于激光微推进技术的高效透射式薄膜靶带。

其中，所述预设溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、四氢呋喃、乙醇、硝基甲烷中的任意一种或多种组合。

其中，所述将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上，包括：

通过喷涂或刮涂方式将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上。

其中，所述高分子含能工质包括：聚叠氮缩水甘油醚和/或双基药。

其中，所述光吸收剂包括：纳米碳粉、微米碳粉和红外吸收剂中任意一种或多种组合。

其中，所述强氧化剂包括：六硝基六氮杂异伍兹烷、二硝酰胺铵、硝仿肼、富氮化合物、高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾和硝酸铵中任意一种或多种组合。

其中，所述添加剂包括：催化剂、固化剂、流平剂、消泡剂和稳定剂中任意一种或多种组合。

其中，所述基底为透光基底，所述透光基底的烧蚀阈值大于预设阈值。

其中，所述透光基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、双向拉伸聚丙烯薄膜、聚酰亚胺膜中任意一种。

由于制备前述第一实施例中的薄膜靶带的制备方法的具体过程已在第一实施例中详细描述，在此，本申请不做赘述。

由于在本申请实施例中的薄膜靶带包括基底和激光烧蚀层，激光烧蚀层由高分子含能工质、光吸收剂、强氧化剂、添加剂混合后附着在基底上形成。薄膜靶带的激光烧蚀层添加的强氧化剂具有有效氧含量高、生成焓大等优点，薄膜靶带在激光照射后进行反应时，激光烧蚀层中的强氧化剂提供的氧元素能促进含能材料中碳元素、非完全烧蚀产物以及吸光剂中碳元素的充分化学反应，形成二氧化碳等气态产物，既能充分释放并增强化学能，提高激光推进器的推进性能，又能起到消烟的作用，减少对卫星太阳能帆板、光学器件等形成污染，保护卫星部件。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种薄膜靶带，其特征在于，包括：

基底；

激光烧蚀层，所述激光烧蚀层由高分子含能工质、光吸收剂、强氧化剂、添加剂混合后附着在所述基底上形成；

其中，所述高分子含能工质包括：聚叠氮缩水甘油醚和/或双基药，所述光吸收剂包括：红外吸收剂；

所述强氧化剂包括：六硝基六氮杂异伍兹烷、二硝酰胺铵、硝仿肼、高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾和硝酸铵中任意一种或多种组合；

所述添加剂包括：催化剂、固化剂、流平剂、消泡剂和稳定剂中任意一种或多种组合；

所述基底为透光基底，所述透光基底的烧蚀阈值大于预设阈值；所述透光基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、双向拉伸聚丙烯薄膜、聚酰亚胺膜中任意一种。

2.如权利要求1所述的薄膜靶带，其特征在于，所述光吸收剂具体包括：纳米碳粉和微米碳粉中任意一种或多种组合。

3.一种制备薄膜靶带的方法，其特征在于，用于制备权利要求1-2中任一所述的薄膜靶带，所述方法包括：

将高分子含能工质按第一预设质量配比溶于预设溶剂制成高分子含能工质溶液，将光吸收剂按第二预设质量配比溶于所述预设溶剂制成光吸收剂溶液，将强氧化剂按第三预设质量配比溶于所述预设溶剂制成强氧化剂溶液，将添加剂按第三预设质量配比溶于所述预设溶剂制成添加剂溶液；其中，所述强氧化剂包括：六硝基六氮杂异伍兹烷、二硝酰胺铵、硝仿肼、富氮化合物、高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾和硝酸铵中任意一种或多种组合；

将所述高分子含能工质溶液、所述光吸收剂溶液、所述强氧化剂溶与所述添加剂溶液按预设比例混合后形成激光烧蚀层混合液；其中，所述预设比例为高分子含能工质溶液70份，光吸收剂溶液2份，强氧化剂溶液18份，添加剂溶液10份；

重复将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上后在50摄氏度~220摄氏度的温度下干燥1~10个小时的步骤，直至涂抹在所述基底上的激光烧蚀层混合液固化后形成的激光烧蚀层厚度达到10微米~250微米，形成初样靶带；

将所述初样靶带在自然条件下干燥1~72小时后放入真空烘箱中烘干后得到薄膜靶带，所述真空烘箱的烘干压强小于或等于50帕，烘干温度范围为18摄氏度~110摄氏度。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设溶剂包括丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、四氢呋喃、乙醇、硝基甲烷中的任意一种或多种组合。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上，包括：

通过喷涂或刮涂方式将所述激光烧蚀层混合液均匀涂抹基底上。

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