[发明专利]飞艇蒙皮用TiO2涂覆型PU或TPU薄膜减阻微沟槽的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞艇蒙皮材料的制备方法。

背景技术

近太空也可以称为临近空间、近空间，同时，这一高度也是平流层所在的区域，处在风雨雷电等自然现象作用层之上，属于高安全地带。进入21世纪后，近太空这个特殊领域的价值越来越受到世界各国的重视，各军事大国纷纷将它视为了二十一世纪军事斗争的新领域。近年来，以临近空间飞艇作为通讯导航平台的应用研究引起了世界范围的普遍关注。目前在研制临近空间飞艇的过程中，所涉及的关键技术问题是各国致力研究的重点。由于临近空间飞艇不是低空飞艇，在研制的许多概念上，如工作环境、蒙皮材料、能源、动力推进等关键技术上都截然不同于低空飞艇，许多方面面临着极大的挑战。已有的四次进入临近空间的飞艇验证试验，证明了临近空间飞艇平台的可行性和应用价值，其应用过程中提出了许多关键的科学问题亟待解决，其中，如何通过设计蒙皮表面微沟槽有效减小风阻是实现大型临近空间飞艇长航时目标的核心问题之一。

受大自然界的启发，研究发现，通过在运动物体表面合理的铺设一定的沟槽可有效减小运动物体表面摩擦阻力。近年来，世界范围内对刚性面沟槽减阻效果和减阻机理进行了一定量的研究，并部分进行了工程应用数值仿真和实验验证，并认为沟槽减阻技术是目前最理想的表面减阻方法。

目前，沟槽减阻技术虽然已应用于飞机和舰艇上，但是针对于蒙皮这种柔性基体的沟槽减阻的研究尚未见报道。不同于一般刚性面高雷诺数飞行器表面沟槽减阻，临近空间飞艇表面的流场主要是稀薄低速气体，具有低雷诺数运行特性；同时，临近空间飞艇是一类典型的柔性结构，囊体在风载作用下局部极易发生大变形，囊体表面的沟槽亦是柔性微褶皱，外流场作用下具有可变形的特质，易与外流场发生耦合。大型临近空间飞艇由柔性蒙皮材料包围而成，其阻力主要有压差阻力和艇体表面摩擦阻力组成。由于飞艇具有较大的表面积，减小表面摩擦阻力能够较大幅度的减小艇体的总阻力。因此，研究蒙皮材料表面微沟槽的制备工艺至关重要。

国内外文献中关于微沟槽制备方法的研究可分为：微细机械加工(如微雕刻、微锻压等)、激光刻蚀法、软刻蚀技术和热压印成型法等方法。如北京航空航天大学的张德远等人以预处理的鲨鱼皮为微复制模版，利用软刻工艺中的软模成型技术制备硅橡胶质弹性阴模板，以水性环氧树脂与聚丙烯酰胺的接枝共聚物为基材，对弹性阴模板进行复型翻模，成形出一种兼具纳米长链减阻界面与逼真微米沟槽形貌的复合减阻鲨鱼皮，但是目前针对柔性薄膜材料的微沟槽制备方法还未见相关文献报道。

溶胶凝胶法制备TiO₂涂层主要应用于光催化与金属防腐领域，常用的TiO₂涂层制备工艺有溶胶凝胶法、溅射法、水热法、沉淀法、气相沉积法等，其中溶胶凝胶法制备Ti0₂涂层和其他方法相比，具有设备简单，容易大面积涂膜，工艺温度低，涂层均匀、致密，化学成分容易控制等优点，是目前研究与应用较为广泛的一种湿法化学方法。但当前对TiO₂涂层耐候性研究相对较少，对高复杂平流层环境的耐候性研究就更少。

发明内容

本发明要解决现有平流层飞艇蒙皮耐候性差、阻力大、隔热性差、载荷低和体型大的问题，而提供一种飞艇蒙皮用TiO₂涂覆型PU或TPU薄膜减阻微沟槽的制备方法。

本发明飞艇蒙皮用TiO₂涂覆型PU或TPU薄膜减阻微沟槽的制备方法按以下步骤进行：

一、制备TiO₂溶胶前驱液：

a、称取钛酸四丁酯、无水乙醇、强酸、去离子水及冰醋酸，其中钛酸四丁酯、无水乙醇、去离子水及冰醋酸的物质的量的比为1∶10∶3∶1，钛酸四丁酯的物质的量与强酸中H⁺的物质的量的比例为1∶(0.6～1)；所述强酸为浓盐酸、浓硝酸或浓硫酸；

b、取两个锥形瓶，标记为A和B，将步骤a中量取的无水乙醇分为3份，其中2份置于锥形瓶A中，1份置于锥形瓶B中，然后将步骤a中量取的冰醋酸加入到锥形瓶A中，在搅拌的条件下，向锥形瓶A中加入步骤a中量取的钛酸四丁酯，搅拌20～25min；

c、将步骤a中量取的强酸和去离子水加入到锥形瓶B中，摇匀后，将锥形瓶B中的混合液转移至经步骤b处理的锥形瓶A中，搅拌5～10min后，将锥形瓶A中的混合液转移至三口瓶内；

d、将步骤c中的三口瓶置于40～45℃的水浴中，搅拌1h，自然冷却，静置5～7天，得到TiO₂溶胶前驱液；