CN207825651U - 聚乙烯薄膜和高空气球 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种聚乙烯薄膜，包括：焊接层；承力层，位于焊接层上；耐候层，位于承力层上；光反射层，位于耐候层上。本实用新型提供的聚乙烯薄膜不仅可避免因球体薄膜吸收太阳光导致球体温度明显上升，而且大大降低了对耐候层性能的要求，可减少光稳定剂、抗氧化剂等助剂的用量，提高聚乙烯薄膜的力学性能。本实用新型还提供一种由上述聚乙烯薄膜制作而成的高空气球。

Description

聚乙烯薄膜和高空气球

技术领域

本实用新型申请涉及材料薄膜，更具体地，涉及聚乙烯薄膜。

背景技术

高空气球是一种无动力浮空器，是目前能在平流层工作的极少的几种飞行器之一，是一种非常重要的空间探测及与运载工具。在高空气球材料的选择上，通常以纤维织物为载体的复合蒙皮材料有着很高的可靠性，但其成本高昂，应用受到很大限制。而成本低廉的聚乙烯薄膜应用于高空气球，可大幅度降低成本，因而，开发出性能优异的聚乙烯薄膜成为高空气球发展的关键。

根据气球内外压差的不同，高空聚乙烯气球可以分为零压气球和超压气球。零压气球囊体下部有排气管与外部大气相通，囊体内外压差大体为零，高空飞行过程中，由于白天和夜间太阳辐射的差别，温差很大。夜间温度降低，囊体内浮升气体收缩，浮力减小，气球高度下降，为维持原来的高度，需抛掉一些压舱物，以减轻气球重量。到了白天，又需排掉一部分浮升气体。这样每经过一昼夜就要损失部分浮升气体，因而零压式气球难于长时间保持设计飞行高度。超压气球囊体与大气不相通，昼夜温差变化导致的压差由囊体来承受，飞行中不需要像零压式气球那样不断排放浮升气体，因而能长时间在设计高度飞行(100天以上)。超压气球较零压气球有着更大的优越性，但其对聚乙烯薄膜的要求也高得多，需具备优异的综合性能。

对于高空气球用聚乙烯薄膜，通常要求尽可能高的透光率、尽可能低的雾度。以免太阳辐射过程中，球体薄膜大量吸收太阳光，使球体温度大幅度升高，导致球体内部气压快速增大，这对于高空气球是很不利的。对于零压气球，囊体内需要排除更多的浮升气体，缩短了其飞行时间；对于超压气球，超压量增大，囊体薄膜承受压差增大，一旦超过囊体设计允许的耐压值，可能导致囊体薄膜变形/囊体破裂。然而，对于聚乙烯薄膜材料，透光率、雾度通常为80～90％、5％左右，要进一步提高薄膜的透光率/降低雾度是比较困难的。

此外，高空气球用聚乙烯薄膜对综合性能(如透光率、力学性能、耐候性能、焊接加工性能等)要求较高，用于其他领域的聚乙烯薄膜通常难以满足。

实用新型内容

本申请从光反射的角度出发，通过在高空气球用聚乙烯薄膜最外层镀上一层铝膜用于反射太阳光，反射量可以达到90％以上，可避免因球体薄膜吸收太阳光而导致球体温度明显上升，效果显著。此外，通过在薄膜表面增加镀铝光反射层，大大降低了对耐候层性能的要求，可减少光稳定剂、抗氧化剂等助剂的用量，提高聚乙烯薄膜的力学性能。

本申请提供了一种聚乙烯薄膜，包括：焊接层；承力层，位于所述焊接层上；耐候层，位于所述承力层上；光反射层，位于所述耐候层上。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，所述光反射层为铝膜。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，所述铝膜的厚度为30～300nm。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，所述焊接层、所述承力层和所述耐候层的总厚度为5～80微米。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，所述焊接层、所述承力层和所述耐候层的厚度占所述总厚度的百分比分别为20～30％、50～70％和10～20％。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，所述焊接层由线性茂金属低密度聚乙烯构成。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，所述承力层为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性茂金属低密度聚乙烯的共混层。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，在所述承力层中，高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性茂金属低密度聚乙烯占所述承力层的质量百分比分别为60～80％、10～20％和10～20％。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，所述耐候层由占所述耐候层的质量百分比为2～5％的光稳定剂、0.1～0.4％的抗氧化剂和剩余的线性茂金属低密度聚乙烯构成。

在上述聚乙烯薄膜中，其中，所述光稳定剂包括水杨酸酯、二苯甲酮和二氧化钛的一种或多种，所述抗氧化剂包括丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯和叔丁基对苯二酚中的一种或多种。

本申请还提供了一种高空气球，包括囊体，囊体由上述的聚乙烯薄膜制作而成。

本实用新型提供的聚乙烯薄膜不仅可避免因球体薄膜吸收太阳光导致球体温度明显上升，而且大大降低了对耐候层性能的要求，可减少光稳定剂、抗氧化剂等助剂的用量，提高聚乙烯薄膜的力学性能。

附图说明

图1示出了用于高空气球的聚乙烯薄膜的结构示意图。

图2示出了高空气球常用的焊接接头的结构示意图，其中，5为焊缝。

具体实施方式

本申请从光反射的角度出发，通过在高空气球用聚乙烯薄膜最外层镀上一层铝膜用于反射太阳光，反射量可以达到90％以上，可避免因球体薄膜吸收太阳光导致球体温度明显上升。此外，高空气球薄膜对耐候性能同样有着较高的要求，传统上通常通过在薄膜中添加光稳定剂、抗氧化剂等来提高其耐候性能，但该类助剂添加过多会影响材料的力学性能，而在薄膜表面增加镀铝光反射层，不仅颠覆了传统上高空气球用聚乙烯薄膜对透光率、雾度的要求，同时也大大降低了对耐候层性能的要求，可减少光稳定剂、抗氧化剂等助剂的用量，提高聚乙烯薄膜的力学性能。

如图1所示，提供了一种高空气球用聚乙烯薄膜，它包括焊接层1、承力层2、耐候层3和光反射层4。原料分别经三台挤出机熔融、塑化、挤出到三层共挤模头，挤出复合成膜，挤出的薄膜再经吹塑、牵引、折叠、收卷而得到聚乙烯薄膜基材，其从内至外分别为焊接层1、承力层2和耐候层3。聚乙烯薄膜基材总厚度可以为5～80微米，焊接层1由线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)构成，占基材总厚度的20～30％。承力层2为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)的共混层，占基材总厚度的50～70％。在承力层2中，高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)占承力层2的质量百分比分别为60～80％、10～20％和10～20％。耐候层3由占耐候层3的质量百分比为2～5％的光稳定剂、0.1～0.4％的抗氧化剂和剩余的线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)构成，耐候层3占基材总厚度的10～20％。其中，光稳定剂可以包括水杨酸酯、二苯甲酮和二氧化钛的一种或多种；抗氧化剂可以包括丁基羟基茴香醚(BHA)、二丁基羟基甲苯(BHT)和叔丁基对苯二酚(TBHQ)中的一种或多种。

聚乙烯薄膜的基材经真空镀铝后得到高空气球用聚乙烯薄膜成品，镀铝层即为光反射层4，光反射层4的厚度为30～300nm。

图2示意性地示出了聚乙烯薄膜焊接后的结构。

本发明实施例还提供一种高空气球，包括囊体，所述囊体由如如上所述的聚乙烯薄膜制作而成。本实施例中的高空气球可以为飞艇如系留飞艇、对流层飞艇、平浪层飞艇等，或高空圆形球、欧拉球等。

下面结合具体的实施例对本申请进行说明，以使本领域技术人员更好地理解本申请。

实施例1

制备了一种包括聚乙烯薄膜基材和光反射层的高空气球用聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜基材的厚度为80μm，光反射层的厚度为300nm，焊接层1、承力层2、耐候层3分别占总厚度的20％、70％、10％。承力层2中的高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)占承力层2的质量百分比分别为80％、10％和10％。耐候层3中的光稳定剂为水杨酸酯，占耐候层3的质量百分比为2％，抗氧化剂为丁基羟基茴香醚(BHA)，添加量为0.1％。

所制的高空气球用聚乙烯薄膜采用分光光度计测量可见光波长范围内的光反射率，可达97％左右。在万能拉伸机上进行力学性能测试，结果显示：纵向室温拉伸强度为40.6MPa、屈服强度为16.5MPa、断裂伸长率为523％，横向室温拉伸强度为39.2MPa、屈服强度为15.7MPa、断裂伸长率为616％。在紫外老化箱(波长290-400nm、辐照度50w/㎡、常温、放置360h)，老化后的样品在万能拉伸试验机上进行力学性能测试，并与未进行老化的样品力学性能进行对比，得到紫外老化后样品横纵向室温拉伸强度下降百分比均＜2％。

实施例2

一种包括聚乙烯薄膜基材和光反射层的高空气球用聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜基材的厚度为5μm，光反射层的厚度为30nm，焊接层1、承力层2、耐候层3分别占总厚度的30％、50％、20％。承力层2中的高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)占承力层2的质量百分比分别为60％、20％和20％。耐候层3中的光稳定剂为二苯甲酮，占耐候层3的质量百分比为5％，抗氧化剂为二丁基羟基甲苯(BHT)，添加量为0.4％。

所制的高空气球用聚乙烯薄膜采用分光光度计测量可见光波长范围内的光反射率，可达90％左右。在万能拉伸机上进行力学性能测试，结果显示：纵向室温拉伸强度为37.3MPa、屈服强度为14.1MPa、断裂伸长率为502％，横向室温拉伸强度为36.4MPa、屈服强度为13.2MPa、断裂伸长率为584％。在紫外老化箱(波长290-400nm、辐照度50w/㎡、常温、放置360h)，老化后的样品在万能拉伸试验机上进行力学性能测试，并与未进行老化的样品力学性能进行对比，得到紫外老化后样品横纵向室温拉伸强度下降百分比均＜4％。

实施例3

一种包括聚乙烯薄膜基材和光反射层的高空气球用聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜基材的厚度为40μm，光反射层的厚度为200nm，焊接层1、承力层2、耐候层3分别占总厚度的25％、60％、15％。承力层2中的高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)占承力层2的质量百分比分别为70％、15％和15％。耐候层3中的光稳定剂为二氧化钛，占耐候层3的质量百分比为3％，抗氧化剂为叔丁基对苯二酚(TBHQ)，添加量为0.2％。

所制的高空气球用聚乙烯薄膜采用分光光度计测量可见光波长范围内的光反射率，可达90％左右。在万能拉伸机上进行力学性能测试，结果显示：纵向室温拉伸强度为38.9MPa、屈服强度为15.4MPa、断裂伸长率为515％，横向室温拉伸强度为37.5MPa、屈服强度为14.6MPa、断裂伸长率为604％。在紫外老化箱(波长290-400nm、辐照度50w/㎡、常温、放置360h)，老化后的样品在万能拉伸试验机上进行力学性能测试，并与未进行老化的样品力学性能进行对比，得到紫外老化后样品横纵向室温拉伸强度下降百分比均＜2.5％。

对比例1

制备的聚乙烯薄膜与实施例1类似，除了在基材表面没有镀铝膜。

在万能拉伸机上进行力学性能测试，结果显示：纵向室温拉伸强度为28.2MPa、屈服强度为11.5MPa、断裂伸长率为400％，横向室温拉伸强度为27.5MPa、屈服强度为10.9MPa、断裂伸长率为490％。在紫外老化箱(波长290-400nm、辐照度50w/㎡、常温、放置360h)，老化后的样品在万能拉伸试验机上进行力学性能测试，并与未进行老化的样品力学性能进行对比，得到紫外老化后样品横纵向室温拉伸强度下降百分比均＞10％。

对比例2

制备的聚乙烯薄膜与实施例2类似，除了在基材表面没有镀铝膜。

在万能拉伸机上进行力学性能测试，结果显示：纵向室温拉伸强度为26.9MPa、屈服强度为10.2MPa、断裂伸长率为395％，横向室温拉伸强度为26.0MPa、屈服强度为9.6MPa、断裂伸长率为475％。在紫外老化箱(波长290-400nm、辐照度50w/㎡、常温、放置360h)，老化后的样品在万能拉伸试验机上进行力学性能测试，并与未进行老化的样品力学性能进行对比，得到紫外老化后样品横纵向室温拉伸强度下降百分比均＞15％。

对比例3

制备的聚乙烯薄膜与实施例3类似，除了在基材表面没有镀铝膜。

在万能拉伸机上进行力学性能测试，结果显示：纵向室温拉伸强度为27.6MPa、屈服强度为11.1MPa、断裂伸长率为405％，横向室温拉伸强度为27.2MPa、屈服强度为10.9MPa、断裂伸长率为485％。在紫外老化箱(波长290-400nm、辐照度50w/㎡、常温、放置360h)，老化后的样品在万能拉伸试验机上进行力学性能测试，并与未进行老化的样品力学性能进行对比，得到紫外老化后样品横纵向室温拉伸强度下降百分比均＞12％。

实施例1-3与对比例1-3的力学性能结果也在下表1中示出。

表1

由实施例1-3可知，通过在高空气球用聚乙烯薄膜最外层镀上一层铝膜用于反射太阳光，反射量可以达到90％以上，可避免因球体薄膜吸收太阳光导致球体温度明显上升。

由上表1可知，通过在聚乙烯薄膜的基材表面上镀一层铝膜作为光反射层，聚乙烯薄膜的拉伸强度、断裂伸长率等有明显的改善，同时经过老化之后，拉伸强度下降较少，说明耐候性能较佳，可满足高空气球的需求，而不必通过添加更大量的光稳定剂和抗氧化剂来提高其耐候性能，因为光稳定剂和抗氧化剂的大量添加会降低聚乙烯薄膜的力学性能。

Claims (7)

1.一种聚乙烯薄膜，包括：

焊接层；

承力层，位于所述焊接层上；

耐候层，位于所述承力层上；

光反射层，位于所述耐候层上。

2.根据权利要求1所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述光反射层为铝膜。

3.根据权利要求2所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述铝膜的厚度为30～300nm。

4.根据权利要求1所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述焊接层、所述承力层和所述耐候层的总厚度为5～80微米。

5.根据权利要求4所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述焊接层、所述承力层和所述耐候层的厚度占所述总厚度的百分比分别为20～30％、50～70％和10～20％。

6.根据权利要求1所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述焊接层由线性茂金属低密度聚乙烯构成。

7.一种高空气球，包括囊体，其特征在于，所述囊体由如权利要求1至6任一项所述的聚乙烯薄膜制作而成。