蒙皮薄膜材料自然環(huán)境老化性能研究

符文貞　張金奎

摘 要：對蒙皮薄膜材料的自然環(huán)境老化性能進(jìn)行了試驗研究。以浮空器研制和應(yīng)用為背景，獲得了具有重要工程研究價值的蒙皮材料自然老化性能數(shù)據(jù)，真實反應(yīng)了蒙皮薄膜材料在應(yīng)用環(huán)境中的老化過程。

關(guān)鍵詞：蒙皮薄膜材料 自然環(huán)境 老化

1 前言

由于浮空器長期處于滯空狀態(tài)，且空間環(huán)境極其復(fù)雜，蒙皮薄膜材料不可避免的受到環(huán)境中多種因素的影響。蒙皮薄膜材料環(huán)境老化性能直接影響著臨近空間飛艇研制進(jìn)度和應(yīng)用效能，因此材料的老化問題隨著浮空器研制和應(yīng)用的深入越來越受到人們關(guān)注[1-3]。對此國內(nèi)外學(xué)者[2-5]開展了蒙皮薄膜材料老化性能對比分析、加速老化性能測試等大量的研究工作。

本文針對環(huán)境因素對蒙皮薄膜材料老化性能的影響，開展材料自然環(huán)境老化性能研究。

2 蒙皮薄膜材料結(jié)構(gòu)特點及老化研究

現(xiàn)代浮空器材料一般為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，主要有耐候?qū)?、阻氣層和承力層組成。影響材料老化的因素主要是日光輻射（紫外線）、高低溫環(huán)境、臭氧老化和水。2006年，Said M A等人[8]研究了幾種高強(qiáng)度纖維（Zylon、Kevlar、Vectran和Spectra）的抗紫外線性能，試驗結(jié)果表明Spectra抗紫外線性能最佳。

現(xiàn)階段浮空器蒙皮材料老化性能研究主要集中在材料間性能對比和材料老化性能研究；在浮空器應(yīng)用較廣泛的今天，特別是發(fā)展迅速的臨近空間飛艇，使得氣囊材料在其服役環(huán)境下的老化性能愈加重要。

3 蒙皮薄膜材料自然環(huán)境老化性能

本文利用浮空器研制和應(yīng)用過程中的試驗數(shù)據(jù)，對蒙皮薄膜材料的自然老化性能進(jìn)行研究。蒙皮材料為URETEK，耐候?qū)訛镻olyurethane，承力纖維為Vectran，密度185 g/m2，出廠斷裂強(qiáng)力86N/mm。在浮空器球體上每間隔一段時間，進(jìn)行球體材料取樣，制作試驗件進(jìn)行單軸拉伸試驗，根據(jù)GB/T3923.1測定蒙皮薄膜材料的斷裂強(qiáng)力，監(jiān)測材料的自然環(huán)境老化

性能。

3.1試驗結(jié)果

從表1可以看出，蒙皮材料隨著自然環(huán)境老化時間的增長其斷裂強(qiáng)力逐漸降低；由于在浮空器生產(chǎn)和試驗階段蒙皮材料折迭、摩擦等引入損傷導(dǎo)致URETEK斷裂強(qiáng)力前期下降較快，后期下降變慢。

3.2 蒙皮薄膜材料老化性能

通過對三種浮空器履歷的統(tǒng)計及載荷的梳理，得到了表1中強(qiáng)環(huán)境作用（外場使用）時間、弱環(huán)境作用（庫存）時間及載荷系數(shù)。由表1可知，自然環(huán)境老化時間（強(qiáng)環(huán)境作用時間）和載荷系數(shù)相等時，其強(qiáng)弱環(huán)境作用時間不同，URETEK的剩余斷裂強(qiáng)力有很大差異；自然環(huán)境作用時間、強(qiáng)環(huán)境作用時間和弱環(huán)境作用時間極其相近時，載荷系數(shù)不同，URETEK的剩余斷裂強(qiáng)力影響也較大。

4 結(jié)論

（1）本文使用的蒙皮薄膜材料URETEK老化性能數(shù)據(jù)為浮空器真實使用環(huán)境下得到的，具有重要的工程研究價值，且真實反應(yīng)了浮空器蒙皮薄膜材料的老化性能。

（2）自然環(huán)境老化時間和載荷系數(shù)相等時，其強(qiáng)弱環(huán)境作用時間不同，URETEK的剩余斷裂強(qiáng)力有很大差異；自然環(huán)境作用時間、強(qiáng)環(huán)境作用時間和弱環(huán)境作用時間極其相近時，載荷系數(shù)不同，URETEK的剩余斷裂強(qiáng)力影響也較大。

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