[發(fā)明專利]飛艇蒙皮用Al層涂覆型TPU薄膜減阻微溝槽的熱壓印制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210168746.4
• 申請(qǐng)日: 2012-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN102673052A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宇艷;譚惠豐;劉少柱;邢麒麟;王長國;劉羽熙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B32B15/095
• 分類號(hào): B32B15/095;B29C59/02;B08B3/12;B64C1/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛艇蒙皮材料的制備方法。

背景技術(shù)

近太空也可以稱為臨近空間、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)值越來越受到世界各國的重視，各軍事大國紛紛將它視為了二十一世紀(jì)軍事斗爭的新領(lǐng)域。近年來，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程中，所涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題目前是各國致力研究的重點(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)用過程中提出了許多關(guān)鍵的科學(xué)問題亟待解決，其中，如何通過設(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航時(shí)目標(biāo)的核心問題之一。

受大自然界的啟發(fā)，研究發(fā)現(xiàn)，通過在運(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，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。因此，研究蒙皮材料表面微溝槽的制備工藝至關(guān)重要。

國內(nèi)外文獻(xiàn)中關(guān)于微溝槽制備方法的研究可分為：微細(xì)機(jī)械加工(如微雕刻、微鍛壓等)、激光刻蝕法、軟刻蝕技術(shù)和熱壓印成型法等方法。如北京航空航天大學(xué)的張德遠(yuǎn)等人以預(yù)處理的鯊魚皮為微復(fù)制模版，利用軟刻工藝中的軟模成型技術(shù)制備硅橡膠質(zhì)彈性陰模板，以水性環(huán)氧樹脂與聚丙烯酰胺的接枝共聚物為基材，對(duì)彈性陰模板進(jìn)行復(fù)型翻模，成形出一種兼具納米長鏈減阻界面與逼真微米溝槽形貌的復(fù)合減阻鯊魚皮，但是目前針對(duì)柔性薄膜材料的微溝槽制備方法還未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

TPU薄膜是現(xiàn)有的平流層飛艇蒙皮耐候?qū)硬牧现唬m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、隔熱性差的問題，而提供飛艇蒙皮用Al層涂覆型TPU薄膜減阻微溝槽的熱壓印制備方法。

本發(fā)明飛艇蒙皮用Al層涂覆型TPU薄膜減阻微溝槽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90～110μm，深度h為90～110μm；

二、將步驟一中所制備的Al制模板用丙酮超聲清洗15～20min，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，每一層的涂覆時(shí)間間隔為15～20min；

三、取欲壓印的TPU薄膜，用無水乙醇超聲清洗5～10min，自然晾干備用；

四、將經(jīng)步驟二處理的Al制模板安裝固定在熱壓印機(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130～135℃后，降下壓頭，待Al制模板和TPU薄膜接觸后升壓至50～70N，在溫度為130～135℃、壓力為50～70N的條件下，壓印15～20min，停止加熱，自然冷卻，并保壓2～2.5h，撤去壓力，抬起壓頭，得到表面具有減阻微溝槽的TPU薄膜；

五、采用磁控濺射技術(shù)，磁控濺射的電源為直流電源，在電流為0.4～0.5A、真空度為0.5～0.6Pa、氬氣流量100sccm、濺射時(shí)間為3～10min的條件下，在步驟四得到的表面具有減阻微溝槽的TPU薄膜上濺射一層Al層，完成飛艇蒙皮用Al層涂覆型TPU薄膜減阻微溝槽的熱壓印制備。

本發(fā)明薄膜材料的熱壓印機(jī)理分析如下：