技术领域
[0001] 本发明属于囊体材料领域，尤其涉及一种减阻囊体材料及其制备方法和应用。
相关背景技术
[0002] 浮空器作为一种飞行器，被人类制造并使用已有几百年的历史，其利用氦气密度小于空气，对航空器提供助力，使航空器依靠静升力升空，可以将航空器进行长时间定点飞行。依靠新型的囊体材料和先进的控制系统和动力系统，浮空器真正进入了民用、军用的实用领域。作为浮空器组成部分中最庞大最主要的部分，浮空器囊体材料必须满足高性能的要求其质量好坏直接决定着飞艇的生命力，其制备技术是制约飞艇发展的关键性技术之一。
[0003] 目前，国内外对材料表面减阻技术的研究主要集中于飞机机身表面减阻、天然气运输减阻、液体（水、石油）的长距离输送以及水下武器装备（潜艇、鱼雷等）的减阻，虽然已有的表面减阻技术已经成功应用于飞机等飞行器结构，但都是基于刚性基体的减阻应用，鲜有柔性移动物体的减阻应用。
具体实施方式
[0018] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019] 本发明提供了一种减阻囊体材料，包括依次接触的耐候层、减阻承力层和阻隔层。
[0020] 在本发明提供的囊体材料中，所述耐候层的成分包括：聚氨酯树脂、纳米二氧化钛、光稳定剂、炭黑和云母片；其中，所述聚氨酯树脂的数均分子量优选为50000 150000，更~优选为80000 100000；所述纳米二氧化钛的粒径优选为1 50nm，更优选为20 30nm；所述光~ ~ ~
稳定剂优选为受阻胺类光稳定剂，更优选为光稳定剂791；所述云母片的粒径优选为500~
1000目，更优选为700 800目；所述聚氨酯树脂在耐候层中的质量含量优选为90 94%，具体~ ~
可为90%、90.5%、91%、91.5%、92%、92.5%、93%、93.5%或94%；所述纳米二氧化钛在耐候层中的质量含量优选为3 5%，具体可为3%、3.5%、4%、4.5%或5%；所述光稳定剂在耐候层中的质量含~
量优选为1 2%，具体可为1%、1.5%或2%；所述炭黑在耐候层中的质量含量优选为0.5 2%，具~ ~
体可为0.5%、1%、1.5%或2%；所述云母片在耐候层中的质量含量优选为1 3%，具体可为1%、~
1.5%、2%、2.5%或3%。
[0021] 在本发明提供的囊体材料中，所述耐候层的面密度优选为70 100g/m2，具体可为~2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
70g/m、72g/m、75g/m、77g/m、80g/m、85g/m、88g/m、90g/m、92g/m、95g/m或100g/m。
[0022] 在本发明提供的囊体材料中，所述减阻承力层为浸胶固化后的平纹织物；其中，所述平纹织物的纬纱股数为1，纬纱纤度为200 300dtex，更具体为220dtex；所述平纹织物的~经纱包括第一经纱和第二经纱，所述第一经纱和第二经纱依次交叉循环排列；所述第一经纱的股数为1，纤度为200 500dtex，更具体为220dtex或440dtex；所述第二经纱的股数为1，~
纤度为500 1000dtex，更具体为660dtex或880dtex；或者，所述第二经纱的股数为2 4，更具~ ~
体为2、3或4，纤度为200 300dtex，更具体为220dtex。
~
[0023] 在本发明提供的囊体材料中，所述减阻承力层中平纹织物的材料优选为尼龙纤维、芳纶纤维和聚芳酯纤维中的一种或多种。
[0024] 在本发明提供的囊体材料中，所述减阻承力层中平纹织物的面密度优选为100~2 2 2 2 2 2 2 2 2
150g/m，具体可为100g/m 、105g/m、110g/m、115g/m 、120g/m、125g/m、130g/m、135g/m 、
2 2 2
140g/m、145g/m或150g/m。
[0025] 在本发明提供的囊体材料中，所述减阻承力层中的平纹织物经过了浸胶固化处理，所述浸胶固化处理的次数优选为1 5次，更优选为2次。在本发明提供的具体实施例中，~2
第一次浸胶固化处理使用的胶液优选为丙烯酸酯胶液，浸胶量（干胶量）优选为15 20g/m ，~
2 2 2 2 2 2
具体可为15g/m、16g/m 、17g/m、18g/m、19g/m 或20g/m；第二次浸胶固化处理使用的胶液
2 2 2 2
优选为环氧树脂胶液，浸胶量（干胶量）优选为10 15g/m，具体可为10g/m 、11g/m、12g/m 、
2 2 2 ~
13g/m、14g/m或15g/m。
[0026] 在本发明提供的囊体材料中，所述减阻承力层中交织的经纱与纬纱可以使囊体材料的表面呈现出连续凹凸结构的织物纹理，从而赋予囊体材料减阻性能。
[0027] 在本发明提供的囊体材料中，所述阻隔层的材料优选为聚酯。
[0028] 在本发明提供的囊体材料中，所述阻隔层的面密度优选为10 20g/m2，具体可为~2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
10g/m、11g/m、12g/m、13g/m、14g/m、15g/m、16g/m、17g/m、18g/m、19g/m或20g/m。
[0029] 在本发明提供的囊体材料中，所述阻隔层的厚度为50 100μm，具体可为50μm、55μ~m、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm。
[0030] 在本发明提供的囊体材料中，所述耐候层与减阻承力层之间优选为热压复合，所述减阻承力层与阻隔层之间优选为胶合。
[0031] 在本发明提供的囊体材料中，所述减阻承力层在与阻隔层相接触的一侧表面优选进行了等离子体处理。
[0032] 在本发明提供的囊体材料中，所述囊体材料的整体面密度优选为200 250g/m2，具2 2 2 2 2 2 2 ~2 2
体可为200g/m 、205g/m 、210g/m 、215g/m 、220g/m、225g/m 、230g/m 、235g/m、240g/m 、
2 2
245g/m或250g/m。
[0033] 本发明还提供了一种上述技术方案所述的减阻囊体材料的制备方法，包括以下步骤：a）在减阻承力层的单侧表面涂刷胶黏剂，随后将涂刷有胶黏剂的一面与阻隔层进行压合干燥，得到双层复合层；
b）将耐候层与所述双层复合层的减阻承力层进行热压复合，得到减阻囊体材料。
[0034] 在本发明提供的制备方法中，步骤a）中，所述减阻承力层优选按照以下步骤进行制备：i）平纹织物进行浸胶处理，干燥，热固定，得到浸胶织物；
ii）所述浸胶织物再次进行浸胶处理，干燥，热恢复，得到减阻承力层。
[0035] 在本发明提供的上述减阻承力层制备步骤中，步骤i）中，所述浸胶处理使用的胶液（也叫作上浆剂）优选为丙烯酸酯胶液；所述浸胶处理的浸胶量（干胶量）优选为15 20g/~2 2 2 2 2 2 2
m，具体可为15g/m、16g/m、17g/m 、18g/m 、19g/m 或20g/m；所述干燥的温度优选为100~
120℃，具体可为100℃、105℃、110℃、115℃或120℃；所述干燥的时间优选1 3h，具体可为~
3h、2.5h、2h、1.5h或1h；所述热固定的温度优选为180 200℃，具体可为180℃、185℃、190~
℃、195℃或200℃；所述热固定的张力牵伸率优选为95 99%，具体可为95%、96%、97%、98%或~
99%；所述热固定的时间优选为25 50s，具体可为50s、45s、38s、35s或25s。
~
[0036] 在本发明提供的上述减阻承力层制备步骤中，步骤ii）中，所述浸胶处理使用的胶2
液优选为环氧树脂胶液；所述浸胶处理的浸胶量（干胶量）优选为10 15g/m ，具体可为10g/~
2 2 2 2 2 2
m、11g/m 、12g/m 、13g/m 、14g/m或15g/m ；所述干燥的温度优选为140 160℃，具体可为~
140℃、145℃、150℃、155℃或160℃；所述干燥的时间优选为1 1.5h，具体可为1.5h、1.2h或~
1h；所述热恢复的温度优选为120 130℃，具体可为120℃、125℃或130℃；所述热恢复的张~
力牵伸率优选为95 99%，具体可为95%、96%、97%、98%或99%；所述热恢复的时间优选为15~ ~
40s，具体可为40s、35s、30s、25s或15s。
[0037] 在本发明提供的上述减阻承力层制备步骤中，对平纹织物进行浸胶处理是为了改善纤维的耐磨性、集束性和织造性能，同时增强纤维与胶粘剂的附着力，提高承力层织物与其他功能层之间的界面结合能力。
[0038] 在本发明提供的制备方法中，步骤a）中，所述减阻承力层在涂刷胶黏剂之前，优选先对其预涂刷胶黏剂的表面进行等离子体处理。其中，所述等离子体处理的放电功率优选为1.2 2.5kW，具体可为1.2kW、1.5kW、1.7kW、2kW、2.3kW或2.5kW；所述等离子体处理的时间~优选为0.1 1s，具体可为0.1s、0.2s、0.3s、0.4s、0.5s、0.6s、0.7s、0.8s、0.9s或1s。在在本~
发明中，通过等离子体中的高能粒子作用，可在纤维织物表面引入极性基团，提高纤维织物的润湿能力，为后续与胶黏剂或其他功能层纤维复合提高界面结合强度。
[0039] 在本发明提供的制备方法中，步骤a）中，所述胶黏剂优选为聚氨酯类胶黏剂；所述2 2 2 2 2 2 2
胶黏剂的涂刷量优选为5 10g/m，具体可为5g/m、6g/m、7g/m、8g/m、9g/m或10g/m。
~
[0040] 在本发明提供的制备方法中，步骤a）中，所述压合干燥的压力优选0.5 1MPa，具体~可为0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa或5MPa；所述压合干燥的温度优选为60 80℃，具体可为60℃、65℃、70℃、75℃或80℃；所述压合干燥的时间优选~
为2 5h，具体可为2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h。
~
[0041] 在本发明提供的制备方法中，步骤b）中，所述热压复合的温度优选为120 160℃，~具体可为120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃或160℃；所述热压复合的压力优选为0.5 1.5MPa，具体可为0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1MPa、1.1MPa、~
1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa或1.5MPa；所述热压复合的时间优选为2 4s，具体可为2s、2.5s、3s、~
3.5s或4s。
[0042] 本发明还提供了一种囊体，所述囊体的材料包括上述技术方案所述的减阻囊体材料或上述技术方案所述的制备方法制得的减阻囊体材料。
[0043] 在本发明提供的囊体中，所述减阻囊体材料的阻隔层为内层，耐候层为外层。
[0044] 本发明提供的技术方案以经过固化处理的织物作为囊体材料的承力层，通过对织物的编织方法和经纬纱规格进行优化选择，使织物表面形成特定规格的连续垄沟结构，且这些连续垄沟结构的纹理在囊体材料的表面仍能呈现出，从而赋予了囊体材料减阻性能。本发明提供的囊体材料具有优异的减阻性能、机械强度和耐候阻隔性能，在浮空器囊体和水下柔性储油囊用囊体材料领域具有良好的应用前景。
[0045] 为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
[0046] 实施例1耐候层成分配方的筛选：
将聚氨酯树脂、纳米二氧化钛、光稳定剂、炭黑和云母片按照表1的配比加入到密炼机中，密炼温度为130℃，密炼时间为8分钟，转子转速为100转/分钟；得到的密炼后的聚氨酯材料趁热剪成碎块，再通过热压成型工艺，热压温度为120℃，压力为1.2MPa，得到聚氨
2
酯薄膜耐候层；该耐候层的面密度为70 100g/m。
~
[0047] 表1 耐候层的成分配方表（单位：质量份）
[0048] 对上述配方的耐候层材料进行太阳光反射率及透过率的测试，以评估材料的耐候效果，同时检测其气体渗透率，结果如表2所示：表2 不同成分耐候层的性能对比表
[0049] 根据对耐候层材料性能的测试，优选综合性能优异的配方二作为后续实施例的耐候层材料。
[0050] 实施例2制备不同规格的减阻囊体材料，具体过程如下：
（1）准备不同规格的织物：
2
本实施例所用的织物均为聚芳酯纤维编织成平纹织物，面密度为110 125g/m；平~
纹织物的纬向断面结构如图1所示，图1中，x轴方向为纬纱方向，具有连续的纬向纤维；y轴方向为经纱方向，椭圆形截面为经向纤维；z轴方向没有连续纤维，即织物只有经纬向的高度。如图1所示，通过调节经向纤维的股数和排列，可以在织物表面构建不同规格的“垄沟”+ +
结构，其中，h为织物的最高高度，即垄沟的高度；s为两个最高高度之间的间距，即垄沟的间隔；d为垄沟的宽度。
[0051] 在本实施例中，不同规格织物的纬纱纤度保持一致，均为220dtex，股数为1；织物经纱的股数、排列方式，以及不同规格织物的垄沟尺寸，详见表3：表3 不同规格织物的信息表
[0052] （2）减阻承力层的制备：将上述不同规格的织物材料进行第一次浸胶处理，而后进行第一次干燥和热固定，得到一浴浸胶织物；其中，第一次浸胶处理使用的上浆剂为丙烯酸酯胶液、浸胶量（干）
2
为15g/m ，第一次干燥的温度为110℃、时间为2h，热固定的温度为195℃、张力牵伸率为
98%、时间为35s；
将一浴浸胶织物进行第二次浸胶处理，而后进行干燥和热恢复，即得减阻承力层
2
材料。其中，第二次浸胶处理使用的上浆剂为环氧树脂胶液、浸胶量（干）为10g/m ，第二次干燥的温度为150℃、时间为1.2h，热恢复的温度为120℃、张力牵伸率为98%、时间为25s。
[0053] （3）减阻承力层与阻隔层的复合：将上述步骤制备的减阻承力层材料的一侧表面进行等离子体处理，等离子体放电
2
功率为2.0kW、时间为0.5s；将经过等离子体处理的面层朝上，刷涂聚氨酯类胶黏剂7g/m ，
2
再贴敷阻隔层材料（聚酯膜，厚度为75μm，面密度为15g/m），施加压力1.0MPa，在80℃的鼓风烘箱中烘干，烘干时间为4h，得到减阻承力层与阻隔层的双层复合结构。
[0054] （4）减阻承力层与耐候层的复合：利用层压复合装置将实施例1配方二的耐候层材料与上述双层复合结构的减阻承力层进行热压复合，热压温度为150℃、热压压力为1.2MPa、热压时间为3.5s，得到减阻囊体材料。
[0055] 对采用不同规格织物制成的减阻囊体材料进行减阻率、面密度、拉伸强度、层间剥离强度和气体渗透率测试；其中，关于减阻率的测试说明如下：材料减阻性能检测在小型直流风洞中测试；风洞的长为4m，直径为0.8 m；风速在0
30.0m/s范围内连续可调；测试用阻力天平量程300N，载荷分辨率0.1；减阻率的计算是与~
光滑的聚氨酯囊体材料风阻值对比得出；减阻率等于光滑TPU材料的风阻剪切力减去实施例材料的风阻剪切力比光滑TPU材料的风阻剪切力乘以100％；如果结果为负值，表明材料具有增阻效果；如果结果为1，表明材料既不增阻也不减阻；如果结果大于1，表明材料具有减阻效果。
[0056] 测试结果如表4所示：表4 不同规格的减阻囊体材料的性能测试结果
[0057] 通过表4可以看出，微结构“垄沟”高度在30 90μm，间隔在70 155μm，宽度在20 73μ~ ~ ~m范围内，囊体材料具有1.3 6.2%的减阻率。本实施例制备的囊体材料的面密度为200~ ~
2
250g/m ，拉伸强度为834 946N/cm，层间剥离强度为3.2 5.4kN/m；气体渗透率为1.29~ ~ ~
2
1.67L/m·24h。
[0058] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
