蒙皮薄膜材料自然環境老化性能研究

符文貞 張金奎

摘 要：對蒙皮薄膜材料的自然環境老化性能進行了試驗研究。以浮空器研制和應用為背景，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據，真實反應了蒙皮薄膜材料在應用環境中的老化過程。

關鍵詞：蒙皮薄膜材料；自然環境；老化

1 前言

由于浮空器長期處于滯空狀態，且空間環境極其復雜，蒙皮薄膜材料不可避免的受到環境中多種因素的影響，飛艇工作環境十分惡劣，這對蒙皮薄膜材料老化性能提出了更高的要求。蒙皮薄膜材料環境老化性能直接影響著臨近空間飛艇研制進度和應用效能，因此材料的老化問題隨著浮空器研制和應用的深入越來越受到人們關注[1-3]。對此國內外學者[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。蒙皮薄膜材料的自然環境老化試驗持續周期長、投入經費大，對試驗研究的開展帶了一定的困難。

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

2 蒙皮薄膜材料結構特點及老化研究

現代浮空器材料一般為多層復合結構，主要有耐候層、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）、高低溫環境、臭氧老化和水。2006年，Said M A等人[8]研究了幾種高強度纖維（Zylon、Kevlar、Vectran和Spectra）的抗紫外線性能，試驗結果表明Spectra抗紫外線性能最佳。Kimito Kanaka等人還進行了飛艇材料隨艇飛行檢測試驗，試驗材料貼在飛艇氣囊外側，跟隨飛艇進行臨近空間飛行，實現了氣囊材料的臨近空間環境暴露試驗，獲得了具有重要價值的試驗數據[9-10]。

現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；在浮空器應用較廣泛的今天，特別是發展迅速的臨近空間飛艇，使得氣囊材料在其服役環境下的老化性能愈加重要。

3 蒙皮薄膜材料自然環境老化性能

本文利用浮空器研制和應用過程中的試驗數據，對蒙皮薄膜材料的自然老化性能進行研究。蒙皮材料為URETEK，耐候層為Polyurethane，承力纖維為Vectran，密度185 g/m2，出廠斷裂強力86N/mm。在浮空器球體上每間隔一段時間，進行球體材料取樣，制作試驗件進行單軸拉伸試驗，根據GB/T3923.1測定蒙皮薄膜材料的斷裂強力，監測材料的自然環境老化性能。

3.1試驗結果

從表1可以看出，蒙皮材料隨著自然環境老化時間的增長其斷裂強力逐漸降低；由于在浮空器生產和試驗階段蒙皮材料折迭、摩擦等引入損傷導致URETEK斷裂強力前期下降較快，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計及載荷的梳理，得到了表1中強環境作用（外場使用）時間、弱環境作用（庫存）時間及載荷系數。由表1可知，自然環境老化時間（強環境作用時間）和載荷系數相等時，其強弱環境作用時間不同，URETEK的剩余斷裂強力有很大差異；自然環境作用時間、強環境作用時間和弱環境作用時間極其相近時，載荷系數不同，URETEK的剩余斷裂強力影響也較大。