蒙皮薄膜材料自然环境老化性能研究

符文贞 张金奎

摘 要：对蒙皮薄膜材料的自然环境老化性能进行了试验研究。以浮空器研制和应用为背景，获得了具有重要工程研究价值的蒙皮材料自然老化性能数据，真实反应了蒙皮薄膜材料在应用环境中的老化过程。

关键词：蒙皮薄膜材料；自然环境；老化

1 前言

由于浮空器长期处于滞空状态，且空间环境极其复杂，蒙皮薄膜材料不可避免的受到环境中多种因素的影响，飞艇工作环境十分惡劣，这对蒙皮薄膜材料老化性能提出了更高的要求。蒙皮薄膜材料环境老化性能直接影响着临近空间飞艇研制进度和应用效能，因此材料的老化问题随着浮空器研制和应用的深入越来越受到人们关注[1-3]。对此国内外学者[2-5]开展了蒙皮薄膜材料老化性能对比分析、加速老化性能测试等大量的研究工作。蒙皮薄膜材料的自然环境老化试验持续周期长、投入经费大，对试验研究的开展带了一定的困难。

本文针对环境因素对蒙皮薄膜材料老化性能的影响，开展材料自然环境老化性能研究。

2 蒙皮薄膜材料结构特点及老化研究

现代浮空器材料一般为多层复合结构，主要有耐候层、阻气层和承力层组成。影响材料老化的因素主要是日光辐射（紫外线）、高低温环境、臭氧老化和水。2006年，Said M A等人[8]研究了几种高强度纤维（Zylon、Kevlar、Vectran和Spectra）的抗紫外线性能，试验结果表明Spectra抗紫外线性能最佳。Kimito Kanaka等人还进行了飞艇材料随艇飞行检测试验，试验材料贴在飞艇气囊外侧，跟随飞艇进行临近空间飞行，实现了气囊材料的临近空间环境暴露试验，获得了具有重要价值的试验数据[9-10]。

现阶段浮空器蒙皮材料老化性能研究主要集中在材料间性能对比和材料老化性能研究；在浮空器应用较广泛的今天，特别是发展迅速的临近空间飞艇，使得气囊材料在其服役环境下的老化性能愈加重要。

3 蒙皮薄膜材料自然环境老化性能

本文利用浮空器研制和应用过程中的试验数据，对蒙皮薄膜材料的自然老化性能进行研究。蒙皮材料为URETEK，耐候层为Polyurethane，承力纤维为Vectran，密度185 g/m2，出厂断裂强力86N/mm。在浮空器球体上每间隔一段时间，进行球体材料取样，制作试验件进行单轴拉伸试验，根据GB/T3923.1测定蒙皮薄膜材料的断裂强力，监测材料的自然环境老化性能。

3.1试验结果

从表1可以看出，蒙皮材料随着自然环境老化时间的增长其断裂强力逐渐降低；由于在浮空器生产和试验阶段蒙皮材料折迭、摩擦等引入损伤导致URETEK断裂强力前期下降较快，后期下降变慢。

3.2 蒙皮薄膜材料老化性能

通过对三种浮空器履历的统计及载荷的梳理，得到了表1中强环境作用（外场使用）时间、弱环境作用（库存）时间及载荷系数。由表1可知，自然环境老化时间（强环境作用时间）和载荷系数相等时，其强弱环境作用时间不同，URETEK的剩余断裂强力有很大差异；自然环境作用时间、强环境作用时间和弱环境作用时间极其相近时，载荷系数不同，URETEK的剩余断裂强力影响也较大。