阅读说明：本技术 一种复合浮空气球及其制备方法 (Composite floating air ball and preparation method thereof ) 是由 欧阳维 胡晗 匡纯 尹建武 于 2019-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复合浮空气球,是以天然胶乳材料或/和氯丁胶乳材料为内层,在所述内层的外表面覆有聚氨酯层。本发明还公开了该复合浮空气球的制备方法：先配制内层的胶料,然后采用离子膜沉积法或热敏化法将配制的胶料制备成复合式浮空气球内层；沥滤；充气定型,根据内层厚度要求控制定型时的充气量；硫化；对复合式浮空气球内层充气,保持球状,与充气定型时尺寸一致；在复合式浮空气球内层表面喷涂或刷涂聚氨酯树脂,自干,即得到复合式浮空气球。本发明在复合浮空气球的外层包裹一层耐老化性优良、气密性好的聚氨酯层,可以大大提升了浮空气球的滞空时间；同时采用一体成型方式来制备浮空气球的内层,不存在拼接缺陷、焊缝瑕疵等缺点。(The invention discloses a composite floating balloon, which takes a natural latex material or/and a neoprene latex material as an inner layer, and a polyurethane layer is covered on the outer surface of the inner layer. The invention also discloses a preparation method of the composite floating balloon, which comprises the following steps: firstly preparing a sizing material of an inner layer, and then preparing the prepared sizing material into a composite floating air ball inner layer by adopting an ionic membrane deposition method or a thermal sensitization method; leaching; inflating and shaping, wherein the inflating amount during shaping is controlled according to the requirement of the thickness of the inner layer; vulcanizing; inflating the inner layer of the composite floating air ball to keep the ball shape, and the size of the ball is consistent with that of the ball when the ball is inflated and shaped; and spraying or brushing polyurethane resin on the inner layer surface of the composite floating air ball, and air-drying to obtain the composite floating air ball. According to the invention, the polyurethane layer with excellent aging resistance and good air tightness is wrapped on the outer layer of the composite floating air ball, so that the stagnation time of the floating air ball can be greatly prolonged; meanwhile, the inner layer of the floating air ball is prepared in an integrated forming mode, and the defects of splicing defects, welding seam defects and the like do not exist.)

一种复合浮空气球及其制备方法

技术领域

本发明属于浮空器领域，尤其涉及一种复合浮空气球及其制备方法。

背景技术

浮空器按照有无推进动力可分为气球和飞艇两大类，浮空器具有滞空时间长、效费比高、载重能力强、能耗小、安全性高等优点，在大载重运输、广告、预警探测、战场侦察、边境巡逻、通信等领域具有广阔的应用前景。浮空器能够以较低的成本来开发空间资源，目前已成为世界各国以及大型企业的研究热点。

飞艇可长时驻空，并可以采用自带动力装置随时调整姿态及位置，但是制作成本高昂，维护及使用成本也相对较高，难以大规模、长时间使用；超压气球制作成本相对飞艇大大降低，但是采用的是分片制作再热焊接的工艺，生产难度大、合格率低，一个小小的焊点瑕疵就会导致整个超压气球失效，也限制了其在浮空器领域的大规模使用；乳胶探空气球制作成本最低，但是采用的不饱和的天然橡胶或氯丁橡胶，气密性差、耐候性差，在高层大气中的可见光、紫外光、氧、臭氧的老化作用下浮空时间难以超过24小时，无法作为需要长时间滞空的浮空器使用。

现有技术中制作浮空器采用的囊体材料一般由耐候层、阻气层、承重层和焊接层组成，为热塑性薄膜(如聚乙烯、聚氟乙烯、聚酯、聚乙烯聚乙烯醇、聚氨酯等)与高强度纤维(超高分子量聚乙烯、芳纶等)复合，分片制作后再热焊接成型存在着成本高、难度大、合格率低的问题。如专利CN105173052A中采用聚偏氟乙烯或聚偏二氯乙烯作为耐候层，聚乙烯纤维、芳纶纤维或PBO纤维复合薄膜作为承重层，热塑性聚氨酯(TPU)作为焊接层；专利CN104742442A中采用镀铝PET、Tedlar作为阻气层，PBO纤维作为承力层，热塑性聚氨酯作为胶层和热封层；CN 108070245B中公开了一种聚氨酯组合物、聚氨酯膜、蒙皮及浮空器。

可见，现有技术中的浮空器成型都需要将基材分片后焊接而成，极容易产生缺陷，故在基材表面再采用TPU热封层或在表面涂覆涂料来提高气密性，组成极为复杂，成本高昂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种低成本的复合浮空气球，在胶乳气球表面包裹上耐老化性优良、气密性好的聚氨酯外层，既解决了常规乳胶探空气球因气密性、耐候性差无法长时间驻空的问题，同时具有生产工艺成熟、质量可靠性高、制作成本低的优点。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种复合浮空气球，是以天然胶乳材料或/和氯丁胶乳材料为内层，在所述内层的外表面覆有聚氨酯层。

上述的复合浮空气球，优选的，所述内层厚度为0.05mm～1mm；聚氨酯层厚度为0.02mm～2mm。

上述的复合浮空气球，优选的，所述复合浮空气球的外径为0.1～60m。

上述的复合浮空气球，优选的，所述内层是以离子膜沉积法或热敏化法制备而成。

上述的复合浮空气球，优选的，所述内层主要由以下重量份的原料制备而成：

乳胶：100份(以干胶重量计算)；所述乳胶为天然胶乳或/和氯丁橡胶；

稳定剂 0.1～1份；

硫化剂 0.5～2份；

氧化锌 0.2～5份；

防老剂 0.5～3份；稳定剂和防老化剂均为常规的稳定剂或者防老化剂。

上述的复合浮空气球，优选的，所述内层采用的原料还包括0.5～2份热敏剂，采用热敏化制备时需要加入，所述热敏剂包括锌铵络合物、聚丙二醇、聚乙烯甲基醚中的一种或几种。

上述的复合浮空气球，优选的，所述聚氨酯涂层为单组份水性聚氨酯、双组份水性聚氨酯、单组份溶剂型聚氨酯和双组份溶剂型聚氨酯中的任一种。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的复合浮空气球的制备方法，优选的，包括以下步骤：

(1)先配制内层的浆料，然后采用离子膜沉积法或热敏化法将配制的胶料制备成复合式浮空气球内层；

(2)沥滤；

(3)充气定型，根据内层厚度要求控制定型时的充气量；

(4)硫化；

(5)对复合式浮空气球内层充气，保持球状；

(6)在复合式浮空气球内层表面喷涂或刷涂聚氨酯树脂，自干，即得到复合式浮空气球。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明采用离子膜沉积法或热敏化法的一体成型方式来制备浮空气球的内层，不存在拼接缺陷、焊缝瑕疵等缺点。

(2)本发明在复合浮空气球的外层包裹一层耐老化性优良、气密性好的聚氨酯层，可以大大提升了浮空气球的滞空时间。

(3)本发明的复合浮空气球的生产工艺成熟、成本低廉、质量可靠性高，易于快速批量化生产，实现大规模使用。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的复合浮空气球，是以天然胶乳材料和氯丁胶乳材料为内层，在内层的外表面涂覆有聚氨酯层，其中，内层厚度为0.4mm，聚氨酯层厚度为0.2mm，总厚度为0.6mm，复合浮空气球外径为0.5m。

本实施例的复合浮空气球的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照重量份，称取离心浓缩天然胶乳80份(以干胶重量计算)、氯丁胶乳20份(以干胶重量计算)、稳定剂(氢氧化钾)0.5份、硫化剂(硫磺)1份、氧化锌1份、防老剂(防老剂D)2份和硫化促进剂(促进剂PX)2份，配制成胶料；

(2)采用离子膜沉积法，八瓣型杨桃型模具，浸渍凝固剂(陶土氯化钙凝固剂，氯化钙含量16％)后浸入步骤(1)的胶料中，浸胶时间5分钟；

(3)沥滤；

(4)充气定型，定型球体直径为0.5m；

(5)硫化，采用热空气硫化法，硫化温度100℃，硫化时间1.5h；

(6)将对浮空气球内层充气，保持球状，与充气定型时尺寸一致，直径为0.5m；

(7)在表面反复刷涂5次单组份水性聚氨酯(固含量35％，粘度150mPa·s)，涂层自干后获得复合浮空气球，产品内层厚度为0.4mm，外层厚度为0.2mm，总厚度为0.6mm，产品外径为0.5m。

实施例2：

一种本发明的复合浮空气球，是以天然胶乳材料和氯丁胶乳材料为内层，在内层的外表面涂覆有聚氨酯层，其中，内层厚度为0.18mm，聚氨酯层厚度为0.08mm，总厚度为0.26mm，复合浮空气球外径为1.5m。

本实施例的复合浮空气球的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照重量份，称取离心浓缩天然胶乳90份(以干胶重量计算)、氯丁胶乳10份(以干胶重量计算)、稳定剂(平平加O-20)0.8份、硫化剂(硫磺)1份、氧化锌0.5份、防老剂(防老剂)1.5份、硫化促进剂(促进剂ZDC)2份和热敏剂(聚丙二醇2000)1.5份，配制成胶料；

(2)采用热敏化法，旋转成型工艺(公转和自转速比2:1，热水喷淋温度85℃)；

(3)沥滤；

(4)充气定型，定型直径为1.5m；

(5)硫化，采用热空气硫化法，硫化温度110℃，硫化时间1h；；

(6)将复合式浮空气球内层充气，保持球状，与充气定型时尺寸一致，直径为1.5m；

(7)在内层表面反复喷涂2次双组份水性聚氨酯，涂层自干后获得复合浮空气球，产品内层厚度为0.18mm，外层厚度为0.08mm，总厚度为0.26mm，产品外径为1.5m。

实施例3：

一种本发明的复合浮空气球，是以天然胶乳材料为内层，在内层的外表面涂覆有聚氨酯层，其中，内层厚度为0.08mm，聚氨酯层厚度为0.06mm，总厚度为0.14mm，复合浮空气球外径为25m。

本实施例的复合浮空气球的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照重量份，称取离心浓缩天然胶乳100份(以干胶重量计算)、稳定剂(平平加O-20)1份、硫化剂(硫磺)1.5份、氧化锌2份、防老剂(防老剂D)2份和硫化促进剂(促进剂ZDC)1.5份，配制成胶料；

(2)采用离子膜沉积法，八瓣型杨桃型模具，浸渍凝固剂(氯化钙凝固剂，氯化钙含量20％)后浸入步骤(1)制备的胶料，浸胶时间12分钟；

(3)沥滤；

(4)充气定型，定型直径为25m；

(5)硫化，采用热空气硫化法，硫化温度100℃，硫化时间1.5h；

(6)将复合式浮空气球内层充气，保持球状，与充气定型时尺寸一致，直径为25m；

(7)在表面反复喷涂3次单组份热塑性溶剂型聚氨酯，涂层自干后获得复合浮空气球，产品内层厚度为0.08mm，外层厚度为0.06mm，总厚度为0.14mm，产品外径为25m。

实施例4：

一种本发明的复合浮空气球，是以氯丁胶乳材料为内层，在内层的外表面涂覆有聚氨酯层，其中，内层厚度为0.05mm，聚氨酯层厚度为0.02mm，总厚度为0.07mm，复合浮空气球外径为10m。

本实施例的复合浮空气球的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照重量份，氯丁胶乳100份(以干胶重量计算)、稳定剂(氢氧化钾)0.5份、硫化剂1份(硫磺)、氧化锌5份、防老剂1份和硫化促进剂(促进剂PX)2份，配制成胶料；

(2)采用离子膜沉积法，将八瓣型杨桃型模具浸渍凝固剂后再进入步骤(1)制备的胶料中，浸胶时间1分钟；

(3)沥滤；

(4)充气定型，定型直径为10m；

(5)硫化，采用热空气硫化法，硫化温度110℃，硫化时间1.5h；

(6)将复合浮空气球内层充气，保持球状，与充气定型时尺寸一致，直径为10m；

(7)在复合浮空气球内层表面喷涂1次双组分溶剂型聚氨酯，涂层自干后，获得复合浮空气球，产品内层厚度为0.05mm，外层厚度为0.02mm，总厚度为0.06mm，产品外径为10m。

对比例1：

本对比例为天然胶乳浮空气球，以天然胶乳材料为主体材料，厚度为0.08mm，外径为1.5m。

天然胶乳浮空气球的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照重量份，天然胶乳100份(以干胶重量计算)、稳定剂(氢氧化钾)0.5份、硫化剂1份(硫磺)、氧化锌2份、防老剂1份和硫化促进剂(促进剂PX)1.5份，配制成胶料；

(2)采用离子膜沉积法，将八瓣型杨桃型模具浸渍凝固剂后再进入步骤(1)制备的胶料中，浸胶时间7分钟；

(3)沥滤；

(4)充气定型，定型直径为1.5m；

(5)硫化，采用热空气硫化法，硫化温度110℃，硫化时间1.5h。

对比例2：

本对比例为氯丁胶乳浮空气球，以氯丁胶乳材料为主体材料，厚度为0.08mm，外径为2m。

氯丁胶乳浮空气球的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照重量份，氯丁胶乳100份(以干胶重量计算)、稳定剂(氢氧化钾)0.5份、硫化剂1份(硫磺)、氧化锌5份、防老剂1份和硫化促进剂(促进剂PX)1.5份，配制成胶料；

(2)采用离子膜沉积法，将八瓣型杨桃型模具浸渍凝固剂后再进入步骤(1)制备的胶料中，浸胶时间7分钟；

(3)沥滤；

(4)充气定型，定型直径为2m；

(5)硫化，采用热空气硫化法，硫化温度110℃，硫化时间1.5h。

对实施例1-4和对比例1-2所获得的浮空气球的耐老化性能及气体透过率进行表征，结果见表1所示。

表1各实施例1-4和对比例1-2所获得的浮空气球的耐老化性能及气体透过率

拉伸强度测试方法参考标准GB/T 528-2009，采用II型裁刀，拉伸速率500mm/min；老化性能测试采用热空气老化，老化条件：72℃*168h，老化后力学性能采用GB/T 528-2009测试；气体透过系数采用GB/T1038-2000测试，试验气体为空气，测试温度25℃；

由表1数据可知，本发明中的实施例1至4所获的复合浮空气球的耐老化性能明显优于对比例1和对比例2的纯乳胶浮空气球，这是因为聚氨酯的主体结构为饱和分子量，相对于拥有大量不包含双键的天然胶乳和氯丁胶乳而言，聚氨酯层老化性能明显更优；同样从空气透过率来看，聚氨酯层的空气透过率远远小于天然胶乳和氯丁胶乳，本发明中的实施例1-4所获的复合浮空气球的空气透过率只有对比例1的1/3-1/4，只有对比例2的1/2。