專(zhuān)利名稱(chēng)：飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的pu或tpu薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛艇蒙皮材料。
背景技術(shù)：
近太空也可以稱(chēng)為臨近空間、近空間，同時(shí)，這一高度也是平流層所在的區(qū)域，處在風(fēng)雨雷電等自然現(xiàn)象作用層之上，屬于高安全地帶。進(jìn)入21世紀(jì)后，近太空這個(gè)特殊領(lǐng)域的價(jià)值越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，各軍事大國(guó)紛紛將它視為了二十一世紀(jì)軍事斗爭(zhēng)的新領(lǐng)域。近年來(lái)，以臨近空間飛艇作為通訊導(dǎo)航平臺(tái)的應(yīng)用研究引起了世界范圍的普遍關(guān)注。在研制臨近空間飛艇的過(guò)程中，所涉及的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題目前是各國(guó)致力研究的重點(diǎn)。由于臨近空間飛艇不是低空飛艇，在研制的許多概念上，如工作環(huán)境、蒙皮材料、能源、動(dòng)力推進(jìn)等關(guān)鍵技術(shù)上都截然不同于低空飛艇，許多方面面臨著極大的挑戰(zhàn)。已有的四次進(jìn)入臨近空間的飛艇驗(yàn)證試驗(yàn)，證明了臨近空間飛艇平臺(tái)的可行性和應(yīng)用價(jià)值，其應(yīng)用過(guò)程中提出了許多關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題亟待解決，其中，如何通過(guò)設(shè)計(jì)蒙皮表面微溝槽有效減小風(fēng)阻是實(shí)現(xiàn)大型臨近空間飛艇長(zhǎng)航時(shí)目標(biāo)的核心問(wèn)題之一。受大自然界的啟發(fā)，研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在運(yùn)動(dòng)物體表面合理的鋪設(shè)一定的溝槽可有效減小運(yùn)動(dòng)物體表面摩擦阻力。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)對(duì)剛性面溝槽減阻效果和減阻機(jī)理進(jìn)行了一定量的研究，并部分進(jìn)行了工程應(yīng)用數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并認(rèn)為溝槽減阻技術(shù)是目前最理想的表面減阻方法。目前，溝槽減阻技術(shù)雖然已應(yīng)用于飛機(jī)和艦艇上，但是針對(duì)于蒙皮這種柔性基體的溝槽減阻的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。不同于一般剛性面高雷諾數(shù)飛行器表面溝槽減阻，臨近空間飛艇表面的流場(chǎng)主要是稀薄低速氣體，具有低雷諾數(shù)運(yùn)行特性；同時(shí)，臨近空間飛艇是一類(lèi)典型的柔性結(jié)構(gòu)，囊體在風(fēng)載作用下局部極易發(fā)生大變形，囊體表面的溝槽亦是柔性微褶皺，外流場(chǎng)作用下具有可變形的特質(zhì)，易與外流場(chǎng)發(fā)生耦合。大型臨近空間飛艇由柔性蒙皮材料包圍而成，其阻力主要有壓差阻力和艇體表面摩擦阻力組成。由于飛艇具有較大的表面積，減小表面摩擦阻力能夠較大幅度的減小艇體的總阻力。PU或TPU薄膜是現(xiàn)有的平流層飛艇蒙皮耐候?qū)硬牧?，雖然其本身具有一定的耐老化性能，但是在惡劣的環(huán)境下使用時(shí)仍然達(dá)不到人們所希望的理想效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有平流層飛艇蒙皮耐候性差、阻力大、隔熱性差的問(wèn)題，而提供飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的I3U或TPU薄膜。本發(fā)明飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜包含有設(shè)置在表面的“V”型溝槽，所述“V”型溝槽在I3U或TPU薄膜表面形成交替通透的溝紋，每個(gè)溝紋的寬度s為20 200 u m,深度 h 為 20 200 u m。上述飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜的帶有微溝槽的表面上還設(shè)置有一層防護(hù)層，所述防護(hù)層為Al層或TiO2層。
本發(fā)明提供了飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，其微溝槽是通過(guò)熱壓印方法制備的，本發(fā)明薄膜材料的熱壓印機(jī)理分析如下薄膜材料的熱壓印是基于聚合物的熱流動(dòng)成型來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形復(fù)制的。當(dāng)模板圖形尺寸較小，周期性強(qiáng)時(shí)，聚合物容易完全轉(zhuǎn)移，模板圖形能夠很好地復(fù)制到聚合物基底上；當(dāng)模板圖形尺寸很大，聚合物轉(zhuǎn)移不完全和內(nèi)在的松弛行為會(huì)在圖形化區(qū)域及其鄰近區(qū)域出現(xiàn)各種特殊的圖案。其機(jī)理可描述為將模板壓入聚合物中，模板凸區(qū)下的聚合物受壓擠入相鄰兩個(gè)凸區(qū)之間的空腔中，并沿著空腔側(cè)壁上升，而空腔內(nèi)原有的聚合物由于受到兩側(cè)流體的擠壓，會(huì)向上凸起變形，在兩股流體的交界處形成兩個(gè)接點(diǎn)，隨著壓印時(shí)間的延長(zhǎng)，兩側(cè)的聚合物不斷向空腔內(nèi)擠壓，原有的聚合物不斷壓縮上升，最后整個(gè)空腔被填滿，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的熱平衡，分離模板和基底，就得到了圖形化的聚合物。圖5是熱壓印過(guò)程中聚合物填充機(jī)理示意圖，向下的箭頭代表模板施加給薄膜的擠壓力，向上的箭頭代表基底施加給薄膜的擠壓力，中間的箭頭代表薄膜在壓カ下的流動(dòng)方向。如果在壓印過(guò)程施加的壓カ較大，則模板凸起下的聚合物流入空腔后，由于表面張カ的作用，首先形成一個(gè)個(gè)的山包，若聚合物足夠厚，壓印時(shí)間足夠長(zhǎng)，則山包會(huì)逐漸融合成為一體，實(shí)現(xiàn)空腔的完全填充。
至今還沒(méi)有柔性薄膜表面微溝槽的制備方法，本發(fā)明以臨近空間飛艇蒙皮耐候?qū)硬牧蠠崴苄跃郯滨ケ∧?TPU)為柔性面，采用硬質(zhì)模版熱壓印的方法為柔性面表面復(fù)形微溝槽，實(shí)現(xiàn)了微納米尺度下在柔性薄膜上對(duì)結(jié)構(gòu)圖案的微納復(fù)制，得到高分辨率、高深寬比結(jié)構(gòu)的微溝槽，壓印薄膜的保形能力比較好，弾性回復(fù)變化比較小，溝槽減阻數(shù)值模擬結(jié)果表明，本發(fā)明所制備的表明帶有微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜具有減阻效果。本發(fā)明還提供了表面具有Al層防護(hù)層的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜，在薄膜表面蒸鍍鋁層得到鍍Al型薄膜，涂層柔軟并具有幾乎薄膜原有的弾性，涂層結(jié)合力好，表面均勻光滑，具有優(yōu)良的耐磨性和柔韌性，良好的耐高溫和耐低溫性能、耐臭氧老化、氧老化、光老化和氣候老化性，鍍Al型TPU薄膜輻照20天的拉伸強(qiáng)度值損失為39. 29%，較原TPU薄膜有較大提高，并且回弾性相對(duì)原膜降低，壓印薄膜的保形能力很好，弾性回復(fù)變化非常小，壓縮永久變形性相對(duì)提高，能很好的反射太陽(yáng)輻射的能量，可以起到隔熱降溫、反射紫外線保護(hù)蒙皮材料的效果，提高了蒙皮材料的耐候性能；在薄膜表面濺射Al層得到Al層涂覆型薄膜，Al層能很好的反射太陽(yáng)輻射的能量，可以起到隔熱降溫、反射紫外線保護(hù)蒙皮材料的效果，而且，Al層厚度為30 300nm，使飛艇在質(zhì)輕的前提下，提高了蒙皮材料的耐候性能。本發(fā)明還提供了表面具有TiO2防護(hù)層的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜。本發(fā)明中使用的溶膠凝膠法制備TiO2,具有設(shè)備簡(jiǎn)単，容易大面積涂膜，エ藝溫度低，涂層均勻、致密等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)考慮到本發(fā)明應(yīng)用方面上不需要高的結(jié)晶度以達(dá)到光催化或金屬防腐性能(只需滿足致密、均勻，厚度較薄，最終可以對(duì)原子氧及紫外屏蔽即可)及柔性薄膜PU或TPU高溫分解的情況，此處制備的TiO2涂層未經(jīng)高溫煅燒處理，相比煅燒處理溶膠凝膠法制備TiO2涂層，涂層回縮性更低、裂紋更小。而溶膠凝膠覆2 3層TiO2涂層，有效填補(bǔ)了因第一層涂層與基體材料熱膨脹系數(shù)相差較大而導(dǎo)致的裂紋缺陷，綜合考慮涂層制備過(guò)程溫度更低，制得的涂層致密、均勻、無(wú)裂紋，對(duì)薄膜防護(hù)效果更好。PU或TPU薄膜本身具有較好的耐老化性能，對(duì)I3U或TPU薄膜涂覆TiO2,使PU或TTO薄膜與平流層空間大量原子氧相隔離，大大緩解PU或TPU薄膜紫外輻射條件下的氧化，同時(shí)TiO2涂層本身對(duì)紫外有較強(qiáng)吸收，降低了紫外對(duì)PU或TPU薄膜的傷害。本發(fā)明所制得的具有TiO2涂層的PU或TPU薄膜的TiO2涂層致密、均勻、無(wú)裂紋，對(duì)原子氧、紫外線均有較好的屏蔽效果；制備的具有TiO2涂層的PU或TPU薄膜減阻微溝槽溝紋很明顯、規(guī)整性好、減阻效果突出。本發(fā)明所提供的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，為進(jìn)一歩降低飛艇體積、提高載荷、延長(zhǎng)駐空時(shí)間有重要作用，具有較大的應(yīng)用前景。
本發(fā)明用于飛艇蒙皮材料。


圖I是飛艇蒙皮材料結(jié)構(gòu)示意圖；其中I代表耐候?qū)樱?代表承カ層，3代表阻隔層，4代表熱封層；圖2是本發(fā)明熱壓印エ藝樣品組裝圖，其中5代表Al制模板，6代表TPU或PU薄膜，7代表石英玻璃基底；圖3是本發(fā)明熱壓過(guò)程中的Al制模板、TPU或PU薄膜和石英玻璃基底示意圖；圖4是本發(fā)明熱壓成型所得到的表面具有“V”型溝槽的TPU或PU薄膜的橫截面示意圖；圖5是熱壓印過(guò)程中聚合物填充機(jī)理示意圖；圖6是實(shí)施例一所制備的Al制模板表面的照片(上方觀測(cè))；圖7是實(shí)施例一所制備的Al制模板表面的照片(側(cè)面觀測(cè))；圖8是實(shí)施例一所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜表面的照片(上方觀測(cè))；圖9是實(shí)施例一所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜表面的照片(側(cè)面觀測(cè))；圖10實(shí)施例一所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜放置2個(gè)月后的三維形貌(上方觀測(cè))；圖11是實(shí)施例一所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜放置2個(gè)月后的三維形貌(側(cè)面觀測(cè))；圖12是實(shí)施例ニ所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的鍍Al型TPU薄膜表面的照片(上方觀測(cè))；圖13是實(shí)施例ニ所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的鍍Al型TPU薄膜表面的照片(側(cè)面觀測(cè))；圖14是實(shí)施例ニ所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的鍍Al型TPU薄膜放置2個(gè)月后的三維形貌(上方觀測(cè))；圖15是實(shí)施例ニ所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的鍍Al型TPU薄膜放置2個(gè)月后的三維形貌(側(cè)面觀測(cè))；圖16是TPU薄膜表面的AFM圖；圖17是人工老化240h后的TPU薄膜表面的AFM圖；圖18是人工老化480h后的TPU薄膜表面的AFM圖；圖19是TPU薄膜斷面的SEM照片；
圖20是人工老化480h的TPU薄膜斷面的SEM照片；圖21是人工老化480h的TPU薄膜側(cè)面的SEM照片；圖22是實(shí)施例ニ制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的鍍Al型TPU薄膜表面的AFM圖；圖23是人工老化240h后的鍍Al型TPU薄膜表面的AFM圖；圖24是人工老化480h后的鍍Al型TPU薄膜表面的AFM圖； 圖25是未輻照的鍍Al型TPU薄膜表面的SEM照片；
圖26是人工老化480h的鍍Al型TPU薄膜表面的SEM照片；圖27是薄膜的拉伸強(qiáng)度與輻照時(shí)間的關(guān)系圖，其中“g，代表鍍Al型TPU薄膜， 代表TPU薄膜；圖28薄膜的彈性模量與輻照時(shí)間的關(guān)系圖，“ES!”代表鍍Al型TPU薄膜，“圓”代表TPU薄膜；圖29是紫外-可見(jiàn)-近紅外透過(guò)光譜圖，其中a代表TPU薄膜，b代表蒸鍍ー層厚度為10 μ m鋁層的TPU薄膜；圖30是太陽(yáng)光反射率光譜圖，其中a代表TPU薄膜，b代表蒸鍍ー層厚度為10 μ m鋁層的TPU薄膜；圖31是實(shí)施例三所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的Al層涂覆型TPU薄膜表面的照片(上方觀測(cè))；圖32是實(shí)施例三所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的Al層涂覆型TPU薄膜表面的照片(側(cè)面觀測(cè))；圖33是實(shí)施例三所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的Al層涂覆型TPU薄膜放置2個(gè)月后的三維形貌(上方觀測(cè))；圖34是實(shí)施例三所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的Al層涂覆型TPU薄膜放置2個(gè)月后的三維形貌(側(cè)面觀測(cè))；圖35是實(shí)施例三制備的Al層涂覆型TPU薄膜表面的AFM圖；圖36是人工老化240h后的Al層涂覆型TPU薄膜表面的AFM圖；圖37是人工老化480h后的Al層涂覆型TPU薄膜表面的AFM圖；圖38是未輻照的Al層涂覆型TPU薄膜表面的SEM照片；圖39是輻照480h的Al層涂覆型TPU薄膜表面的SEM照片；圖40是紫外-可見(jiàn)-近紅外透過(guò)光譜圖，其中a代表TPU薄膜，b代表濺射ー層厚度為120nm的鋁層的TPU薄膜；圖41是太陽(yáng)光反射率光譜圖，其中a代表TPU薄膜，b代表濺射ー層厚度為120nm的鋁層的TPU薄膜；圖42是實(shí)施例四所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TiO2涂覆型PU薄膜的照片(上方觀測(cè))；圖43是實(shí)施例四所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TiO2涂覆型PU薄膜的照片(側(cè)面觀測(cè))；圖44是實(shí)施例四制得的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TiO2涂覆型PU薄膜的TiO2涂層表面的掃描電鏡照片；
圖45是實(shí)施例四制得的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TiO2涂覆型PU薄膜的TiO2涂層截面的掃描電鏡照片；圖46是圖44的放大圖；圖47是表面涂覆有TiO2涂層的石英玻璃A的紫外透過(guò)光譜圖；圖48是表面涂覆有TiO2涂層的石英玻璃B的紫外透過(guò)光譜圖；圖49是實(shí)施例五所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的鍍TiO2型TPU薄膜的照片(上方觀測(cè))；圖50是實(shí)施例五所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的鍍TiO2型TPU薄膜 的照片(側(cè)面觀測(cè))；圖51是三維模型網(wǎng)格劃分圖；圖52是來(lái)流速度為lOm/s時(shí)，流向橫截面速度云圖；圖53是溝槽附近速度云圖；圖54是光滑平板表面速度云圖；圖55是流向橫截面渦強(qiáng)度分布云圖；圖56是溝槽附近渦強(qiáng)分布云圖；圖57是溝槽附近z向剪切應(yīng)カ。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
之間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜包含有設(shè)置在表面的“V”型溝槽，所述“V”型溝槽在PU或TPU薄膜表面形成交替通透的溝紋，姆個(gè)溝紋的寬度s為20 200 μ m,深度h為20 200 μ m。本實(shí)施方式提供了飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜，其微溝槽是通過(guò)熱壓印方法制備的，本實(shí)施方式薄膜材料的熱壓印機(jī)理分析如下薄膜材料的熱壓印是基于聚合物的熱流動(dòng)成型來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形復(fù)制的。當(dāng)模板圖形尺寸較小，周期性強(qiáng)時(shí)，聚合物容易完全轉(zhuǎn)移，模板圖形能夠很好地復(fù)制到聚合物基底上；當(dāng)模板圖形尺寸很大，聚合物轉(zhuǎn)移不完全和內(nèi)在的松弛行為會(huì)在圖形化區(qū)域及其鄰近區(qū)域出現(xiàn)各種特殊的圖案。其機(jī)理可描述為將模板壓入聚合物中，模板凸區(qū)下的聚合物受壓擠入相鄰兩個(gè)凸區(qū)之間的空腔中，并沿著空腔側(cè)壁上升，而空腔內(nèi)原有的聚合物由于受到兩側(cè)流體的擠壓，會(huì)向上凸起變形，在兩股流體的交界處形成兩個(gè)接點(diǎn)，隨著壓印時(shí)間的延長(zhǎng)，兩側(cè)的聚合物不斷向空腔內(nèi)擠壓，原有的聚合物不斷壓縮上升，最后整個(gè)空腔被填滿，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的熱平衡，分離模板和基底，就得到了圖形化的聚合物。圖5是熱壓印過(guò)程中聚合物填充機(jī)理示意圖，向下的箭頭代表模板施加給薄膜的擠壓力，向上的箭頭代表基底施加給薄膜的擠壓力，中間的箭頭代表薄膜在壓カ下的流動(dòng)方向。如果在壓印過(guò)程施加的壓カ較大，則模板凸起下的聚合物流入空腔后，由于表面張カ的作用，首先形成一個(gè)個(gè)的山包，若聚合物足夠厚，壓印時(shí)間足夠長(zhǎng)，則山包會(huì)逐漸融合成為一體，實(shí)現(xiàn)空腔的完全填充。至今還沒(méi)有柔性薄膜表面微溝槽的制備方法，本實(shí)施方式以臨近空間飛艇蒙皮耐候?qū)硬牧蠠崴苄跃郯滨ケ∧?TPU)為柔性面，采用硬質(zhì)模版熱壓印的方法為柔性面表面復(fù)形微溝槽，實(shí)現(xiàn)了微納米尺度下在柔性薄膜上對(duì)結(jié)構(gòu)圖案的微納復(fù)制，得到高分辨率、高深寬比結(jié)構(gòu)的微溝槽，壓印薄膜的保形能力比較好，弾性回復(fù)變化比較小，溝槽減阻數(shù)值模擬結(jié)果表明，本實(shí)施方式所制備的表明帶有微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜具有減阻效果。本實(shí)施方式還提供了表面具有Al層防護(hù)層的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜，在薄膜表面蒸鍍鋁層得到鍍Al型薄膜，涂層柔軟并具有幾乎薄膜原有的彈性，涂層結(jié)合力好，表面均勻光滑，具有優(yōu)良的耐磨性和柔韌性，良好的耐高溫和耐低溫性能、耐臭氧老化、氧老化、光老化和氣候老化性，鍍Al型TPU薄膜輻照20天的拉伸強(qiáng)度值損失為39. 29%，較原TPU薄膜有較大提高，并且回弾性相對(duì)原膜降低，壓印薄膜的保形能力很好，弾性回復(fù)變化非常小，壓縮永久變形性相對(duì)提高，能很好的反射太陽(yáng)輻射的能量，可以起到隔熱降溫、反射紫外線保護(hù)蒙皮材料的效果，提高了蒙皮材料的耐候性能；在薄膜表面濺射Al層得到Al層涂覆型薄膜，Al層能很好的反射太陽(yáng)輻射的能量，可以起到隔熱降溫、反射紫外線保護(hù)蒙皮材料的效果，而且，Al層厚度為30 300nm，使飛艇在質(zhì)輕的前提下，提高了蒙皮材料的耐候性能。本實(shí)施方式還提供了表面具有TiO2防護(hù)層的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜。本實(shí)施方式中使用的溶膠凝膠法制備TiO2,具有設(shè)備簡(jiǎn)単，容易大面積涂膜，エ藝溫度低，涂層均勻、致密等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)考慮到本實(shí)施方式應(yīng)用方面上不需要高的結(jié)晶度以達(dá)到光催化或金屬防腐性能(只需滿足致密、均勻，厚度較薄，最終可以對(duì)原子氧及紫外屏蔽即可)及柔性薄膜PU或TPU高溫分解的情況，此處制備的TiO2涂層未經(jīng)高溫煅燒處理，相比煅燒處理溶膠凝膠法制備TiO2涂層，涂層回縮性更低、裂紋更小。而溶膠凝膠覆2 3層TiO2涂層，有效填補(bǔ)了因第一層涂層與基體材料熱膨脹系數(shù)相差較大而導(dǎo)致的裂紋缺陷，綜合考慮涂層制備過(guò)程溫度更低，制得的涂層致密、均勻、無(wú)裂紋，對(duì)薄膜防護(hù)效果更好。PU或TPU薄膜本身具有較好的耐老化性能，對(duì)I3U或TPU薄膜涂覆TiO2,使PU或TTO薄膜與平流層空間大量原子氧相隔離，大大緩解PU或TPU薄膜紫外輻射條件下的氧化，同時(shí)TiO2涂層本身對(duì)紫外有較強(qiáng)吸收，降低了紫外對(duì)PU或TPU薄膜的傷害。本實(shí)施方式所制得的具有TiO2涂層的PU或TPU薄膜的TiO2涂層致密、均勻、無(wú)裂紋，對(duì)原子氧、紫外線均有較好的屏蔽效果；制備的具有TiO2涂層的PU或TPU薄膜減阻微溝槽溝紋很明顯、規(guī)整性好、減阻效果突出。本實(shí)施方式所提供的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，為進(jìn)一歩降低飛艇體積、提高載荷、延長(zhǎng)駐空時(shí)間有重要作用，具有較大的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
ニ 本實(shí)施方式與今天實(shí)施方式一不同的是所述PU或TPU薄膜的厚度為25 250 μ m。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或ニ不同的是每個(gè)溝紋的寬度s為90 110 μ m，深度h為90 110 μ m。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或ニ不同的是每個(gè)溝紋的寬度s為95 100 μ m，深度h為95 100 μ m。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是所述或!PU薄膜的厚度為95 120 μ m。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是所述具有減、阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜的帶有微溝槽的表面上還設(shè)置有ー層防護(hù)層，所述防護(hù)層為Al層或TiO2層。其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是所述Al層的厚度為30nm 15μηι。其它與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是所述Al層的厚度為35nm 300nm。其它與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是所述Al層的厚度為8 10 μ m。其它與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是所述TiO2層的厚度為IOOOnm 2000nm。其它與具體實(shí)施方式
六相同。采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果實(shí)施例一本實(shí)施例飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜的熱壓印制備方法按以下步驟進(jìn)行一、采用超精密微細(xì)加工機(jī)床系統(tǒng)加工出表面具有“V”型溝槽結(jié)構(gòu)的Al制模板，所述“V”型溝槽在Al制模板表面形成交替通透的溝紋，每個(gè)溝紋的寬度s為100 μ m，深度h為100 μ m ；A1制模板的長(zhǎng)度為50mm,寬度為50mm,厚度為6mm ；A1制模板所用的Al材的型號(hào)是A1-LY12 ；ニ、將步驟一中所制備的Al制模板用丙酮超聲清洗20min，烘干后先涂覆三層潔膜劑，再涂覆三層封孔劑，最后涂覆三層水性脫模劑，每ー層的涂覆時(shí)間間隔為15min ；三、取欲壓印的TPU薄膜，用無(wú)水こ醇超聲清洗5min，自然晾干備用；四、將經(jīng)步驟ニ處理的Al制模板安裝在熱壓印機(jī)的壓頭上，在熱壓印機(jī)的承載臺(tái)上放置石英玻璃基底，將經(jīng)步驟三處理的TPU薄膜平鋪在石英玻璃基底上，預(yù)熱至130°C后，降下壓頭，待Al制模板和TPU薄膜接觸后升壓至50N，在溫度為130°C、壓カ為50N的條件下，壓印20min，停止加熱，保壓2h，撤去壓カ，抬起壓頭，完成飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜的熱壓印制備。本實(shí)施例步驟ニ中所用的潔膜劑、封孔劑和水性脫模劑是埃法比國(guó)貿(mào)(上海)有限公司生產(chǎn)銷(xiāo)售的產(chǎn)品。實(shí)施例一所用熱塑性聚氨酯薄膜(TPU薄膜)的物性如表I所示。表ITPU薄膜物性表
厚度UWnm斷裂強(qiáng)度280MPa密度 120 g/m2 初始模量 250MPa _分解溫度_ >350°C _斷裂伸長(zhǎng)率_> 490% —利用三維光學(xué)顯微觀測(cè)系統(tǒng)[基恩士公司，數(shù)碼顯微鏡(digital microscope),型號(hào)VHX-600]對(duì)模版及壓印后的蒙皮表面微溝槽形貌進(jìn)行表征，圖8是實(shí)施例一所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜表面的照片(上方觀測(cè))；圖9是實(shí)施例一所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜表面的照片(側(cè)面觀測(cè))。從圖中可以看出，TPU薄膜表面的溝紋很明顯，溝槽條紋形狀及大小與壓印模板匹配完好，三維形貌均勻。
薄膜壓印微溝槽后回彈性的探討為分析薄膜壓印微溝槽后的回彈特性，取實(shí)施例一所制備的經(jīng)過(guò)三維表征的附有較好微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜放置O天、15天、30天、45天和60天，之后觀察壓印薄膜相同部位的三維結(jié)構(gòu)的恢復(fù)變化情況，來(lái)研究薄膜溝槽的保形能力。圖10實(shí)施例一所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜放置2個(gè)月后的三維形貌(上方觀測(cè))；圖11是實(shí)施例一所制備的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的TPU薄膜放置2個(gè)月后的三維形貌(側(cè)面觀測(cè))，由圖可見(jiàn)，壓印薄膜的保形能力比較好，弾性回復(fù)變化比較小，微溝槽的尺寸隨時(shí)間的回彈變化數(shù)據(jù)如表2所示。表2微溝槽隨時(shí)間的回彈變化
權(quán)利要求
1.飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜，其特征在于飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的I3U或TPU薄膜包含有設(shè)置在表面的“ V”型溝槽，所述“V”型溝槽在PU或TPU薄膜表面形成交替通透的溝紋，每個(gè)溝紋的寬度S為20 200 μ m,深度h為20 200 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜，其特征在于所述I3U或TPU薄膜的厚度為25 250 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，其特征在于姆個(gè)溝紋的寬度s為90 110 μ m,深度h為90 110 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，其特征在于姆個(gè)溝紋的寬度s為95 100 μ m,深度h為95 100 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，其特征在于所述I3U或TPU薄膜的厚度為95 120 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜，其特征在于所述具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜的帶有微溝槽的表面上還設(shè)置有ー層防護(hù)層，所述防護(hù)層為Al層或TiO2層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，其特征在于所述Al層的厚度為30nm 15 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，其特征在于所述Al層的厚度為35nm 300nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，其特征在于所述Al層的厚度為8 10 μ m。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的或TPU薄膜，其特征在于所述TiO2層的厚度為IOOOnm 2000nm。
全文摘要
飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜，它涉及飛艇蒙皮材料。本發(fā)明要解決現(xiàn)有平流層飛艇蒙皮耐候性差、阻力大、隔熱性差的問(wèn)題。飛艇蒙皮用具有減阻微溝槽結(jié)構(gòu)的PU或TPU薄膜包含有設(shè)置在表面的“V”型溝槽，所述“V”型溝槽在PU或TPU薄膜表面形成交替通透的溝紋。所述PU或TPU薄膜的表面上還設(shè)置有Al層或TiO2防護(hù)層。本發(fā)明的薄膜表面具有高分辨率、高深寬比結(jié)構(gòu)的微溝槽，溝紋很明顯、規(guī)整性好、減阻效果突出，薄膜表面的防護(hù)層，能反射太陽(yáng)輻射、吸收紫外光、屏蔽原子氧，增加耐候性。本發(fā)明用于飛艇蒙皮材料。
文檔編號(hào)B64B1/58GK102673772SQ20121016873
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者劉宇艷, 劉少柱, 劉羽熙, 王長(zhǎng)國(guó), 譚惠豐, 邢麒麟 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)