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CN109720068A - 具有保温层的聚乙烯薄膜及高空气球 - Google Patents

具有保温层的聚乙烯薄膜及高空气球 Download PDF

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CN109720068A CN201711027078.2A CN201711027078A CN109720068A CN 109720068 A CN109720068 A CN 109720068A CN 201711027078 A CN201711027078 A CN 201711027078A CN 109720068 A CN109720068 A CN 109720068A
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Abstract

本发明的实施例提供了具有保温层的聚乙烯薄膜，包括：焊接层；承力层，位于焊接层上；阻隔层，位于承力层上；保温层，位于阻隔层上；耐候层，位于保温层上。通过在高空气球用聚乙烯薄膜中添加含有金属粒子的保温层，利用添加的金属粒子的散射及阻隔效应，入射光经过加工成型的薄膜后大部分光线产生漫反射或阻隔，从而有效避免材料温度增高的现象，降低了气球内部的温差。此外，通过添加层，也可以进一步扩大了用于高空气球的原材料的候选范围。本发明还提供了高空气球。

Description

具有保温层的聚乙烯薄膜及高空气球
技术领域
本申请涉及材料薄膜，更具体地，涉及具有保温层的聚乙烯薄膜。
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，聚乙烯(PE)气球成为未来高空气球发展的一种趋势。
高空气球飞行过程中，由于白天和夜间太阳辐射的差别，温差很大。夜间温度降低，高温使得球体内部气体膨胀，球体压力不断上升，所增加压力由囊体来承受，当温度降低时，材料脆化，影响产品寿命。
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。
发明内容
本发明从材料保温性能角度出发，通过在高空气球用聚乙烯薄膜的膜层中引入含金属粒子的降温剂，利用添加的金属粒子的散射及阻隔效应，入射光经过加工成型的薄膜后大部分光线产生漫反射或阻隔，从而有效避免材料温度增高的现象。
本发明的实施例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；阻隔层，位于所述承力层上；保温层，位于所述阻隔层上；耐候层，位于所述保温层上。
在上述聚乙烯薄膜，其中，所述保温层由低密度聚乙烯、线性茂金属低密度聚乙烯和金属粉构成。
在上述聚乙烯薄膜，其中，所述金属粉包括铝粉、锌粉、氧化锌粉和银粉中的一种和多种。
在上述聚乙烯薄膜，其中，在所述保温层中，低密度聚乙烯、线性茂金属低密度聚乙烯和金属粉占所述保温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，其中，所述焊接层、所述承力层、所述阻隔层、所述保温层和所述耐候层的总厚度为5～80微米。
在上述聚乙烯薄膜，其中，所述焊接层、所述承力层、所述阻隔层、所述保温层和所述耐候层的厚度占所述总厚度的百分比分别为10～20％、50～70％、1～10％、4～10％和5～15％。
在上述聚乙烯薄膜，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，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，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，其中，所述阻隔层由高密度聚乙烯构成。
在上述聚乙烯薄膜，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，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。
本发明的另一实施例提供了一种高空气球，包括具有预定形状的囊体，所述囊体由如上所述的聚乙烯薄膜制作而成。
通过在高空气球用聚乙烯薄膜中添加含有金属粒子的保温层，利用添加的金属粒子的散射及阻隔效应，入射光经过加工成型的薄膜后大部分光线产生漫反射或阻隔，从而有效避免材料温度增高的现象，降低了气球内部的温差。此外，通过添加层，也可以进一步扩大了用于高空气球的原材料的候选范围。
附图说明
图1示出了用于高空气球的具有保温层的聚乙烯薄膜的结构示意图。
具体实施方式
本发明从材料保温性能角度出发，通过在高空气球用聚乙烯薄膜中增加保温层，在保温层中引入含金属粒子的降温剂，利用添加的金属粒子的散射及阻隔效应，入射光经过加工成型的薄膜后大部分光线产生漫反射或阻隔，从而有效避免材料温度增高的现象。另外，当气球外面温度降低时，由于保温层的作用，也可以减小气球内部的温度降。
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、阻隔层3、保温层4和耐候层5。该五层的原料分别经五台挤出机熔融、塑化、挤出到五层共挤模头，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，其从内至外分别为焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4和耐候层5。聚乙烯薄膜的总厚度可以为5～80微米，焊接层1由线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)构成，占聚乙烯薄膜总厚度的10～20％。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，占聚乙烯薄膜总厚度的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％。阻隔层3由高密度聚乙烯(HDPE)构成，阻隔层3占聚乙烯薄膜总厚度的1％～10％。保温层4由低密度聚乙烯(LDPE)、线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)的共混做载体并添加含金属粒子的降温剂而构成，保温层4占聚乙烯薄膜总厚度的4％～10％。在一些实施例中中，含金属粒子的降温剂为金属粉，包括但不限于铝粉、锌粉、氧化锌粉和银粉中的一种和多种。在保温层4中，低密度聚乙烯(LDPE)、线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)和金属粉的质量百分比分别为60～80％、10～20％和10～20％。
耐候层5由占耐候层5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5占聚乙烯薄膜总厚度的5～15％。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。
本发明还提供一种高空气球，包括具有预定形状的囊体，所述囊体由如上所述的聚乙烯薄膜制作而成。
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
通过以下方法制备包括焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4和耐候层5的聚乙烯薄膜：各层的原料分别经五台挤出机熔融、塑化、挤出到五层共挤模头，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。
聚乙烯薄膜的总厚度为80μm，焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4、耐候层5分别占总厚度的15％、60％、5％、10％、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％。保温层4由低密度聚乙烯(LDPE)、线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)和铝粉构成，并且它们占保温层4的质量百分比分别为60％、20％和20％。耐候层5中的光稳定剂为水杨酸酯，占耐候层5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％。
将所制备的高空气球用聚乙烯薄膜制成小袋子，并在内放置温度传感器，将所得袋子放置在高低温箱内，当箱体温度降至-47.4℃时，袋子内部温度仅为-36.8℃，当箱体温度升至52.6℃时，袋子内部温度仅为38.9℃。
实施例2
利用与实施例1类似的方法制备包括焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4和耐候层5的聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜的总厚度为5μm，焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4、耐候层5分别占总厚度的10％、65％、10％、4％、11％。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％。保温层4由低密度聚乙烯(LDPE)、线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)和锌粉构成，并且它们占保温层4的质量百分比分别为80％、10％和10％。耐候层5中的光稳定剂为二苯甲酮，占耐候层5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％。
将所制备的高空气球用聚乙烯薄膜制成小袋子，并在内放置温度传感器，将所得袋子放置在高低温箱内，当箱体温度降至-53.4℃时，袋子内部温度仅为-43.8℃，当箱体温度升至68.6℃时，袋子内部温度仅为55.9℃。
实施例3
利用与实施例1类似的方法制备包括焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4和耐候层5的聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜的总厚度为40μm，焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4、耐候层5分别占总厚度的20％、60％、5％、10％、5％。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％。保温层4由低密度聚乙烯(LDPE)、线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)和氧化锌粉构成，并且它们占保温层4的质量百分比分别为70％、15％和15％。耐候层5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％。
将所制备的高空气球用聚乙烯薄膜制成小袋子，并在内放置温度传感器，将所得袋子放置在高低温箱内，当箱体温度降至-38.9℃时，袋子内部温度仅为-25.8℃，当箱体温度升至45℃时，袋子内部温度仅为32.8℃。
实施例4
利用与实施例1类似的方法制备包括焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4和耐候层5的聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜的总厚度为20μm，焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4、耐候层5分别占总厚度的20％、50％、8％、7％、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65％、20％和15％。保温层4由低密度聚乙烯(LDPE)、线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)和银粉构成，并且它们占保温层4的质量百分比分别为75％、15％和10％。耐候层5中的光稳定剂为二苯甲酮，占耐候层5的质量百分比为4％，抗氧化剂为二丁基羟基甲苯(BHT)，添加量为0.3％。
将所制备的高空气球用聚乙烯薄膜制成小袋子，并在内放置温度传感器，将所得袋子放置在高低温箱内，当箱体温度降至-41.5℃时，袋子内部温度仅为-31.8℃，当箱体温度升至58.5℃时，袋子内部温度仅为45.9℃。
实施例5
利用与实施例1类似的方法制备包括焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4和耐候层5的聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜的总厚度为70μm，焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4、耐候层5分别占总厚度的15％、70％、1％、8％、6％。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％。保温层4由低密度聚乙烯(LDPE)、线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)和氧化锌粉构成，并且它们占保温层4的质量百分比分别为70％、15％和15％。耐候层5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％。
将所制备的高空气球用聚乙烯薄膜制成小袋子，并在内放置温度传感器，将所得袋子放置在高低温箱内，当箱体温度降至-49.9℃时，袋子内部温度仅为-38.8℃，当箱体温度升至55℃时，袋子内部温度仅为42.5℃。
实施例6
利用与实施例1类似的方法制备包括焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4和耐候层5的聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜的总厚度为10μm，焊接层1、承力层2、阻隔层3、保温层4、耐候层5分别占总厚度的15％、55％、7％、8％、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75％、10％和15％。保温层4由低密度聚乙烯(LDPE)、线性茂金属低密度聚乙烯(MLLDPE)和银粉构成，并且它们占保温层4的质量百分比分别为75％、15％和10％。耐候层5中的光稳定剂为二苯甲酮，占耐候层5的质量百分比为3％，抗氧化剂为二丁基羟基甲苯(BHT)，添加量为0.3％。
将所制备的高空气球用聚乙烯薄膜制成小袋子，并在内放置温度传感器，将所得袋子放置在高低温箱内，当箱体温度降至-44.5℃时，袋子内部温度仅为-33.7℃，当箱体温度升至53.5℃时，袋子内部温度仅为40.9℃。
由实施例1-6可知，通过在高空气球用聚乙烯薄膜中添加含有金属粒子的保温层，利用添加的金属粒子的散射及阻隔效应，入射光经过加工成型的薄膜后大部分光线产生漫反射或阻隔，从而有效避免材料温度增高的现象，降低了气球内部的温差。
通常地，本领域技术人员通过提升聚乙烯薄膜的高低温力学性能来避免高空气球飞行过程中温差较大的问题。然而，本发明的申请人发现，通过在聚乙烯薄膜中添加含有金属粒子的保温层，同样也可以达到避免高空气球温差较大的问题，并且也进一步扩大了用于高空气球的原材料的候选范围。

Claims (13)

1.一种聚乙烯薄膜，包括：
焊接层；
承力层，位于所述焊接层上；
阻隔层，位于所述承力层上；
保温层，位于所述阻隔层上；
耐候层，位于所述保温层上。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述保温层由低密度聚乙烯、线性茂金属低密度聚乙烯和金属粉构成。
3.根据权利要求2所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述金属粉包括铝粉、锌粉、氧化锌粉和银粉中的一种和多种。
4.根据权利要求2所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，在所述保温层中，低密度聚乙烯、线性茂金属低密度聚乙烯和金属粉占所述保温层的质量百分比分别为60～80％、10～20％和10～20％。
5.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、所述阻隔层、所述保温层和所述耐候层的总厚度为5～80微米。
6.根据权利要求5所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述焊接层、所述承力层、所述阻隔层、所述保温层和所述耐候层的厚度占所述总厚度的百分比分别为10～20％、50～70％、1～10％、4～10％和5～15％。
7.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。
8.根据权利要求1所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，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。
9.根据权利要求8所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，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％。
10.根据权利要求1所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，所述阻隔层由高密度聚乙烯构成。
11.根据权利要求1所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，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。
12.根据权利要求11所述的聚乙烯薄膜，其特征在于，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。
13.一种高空气球，包括具有预定形状的囊体，所述囊体由如权利要求1-12中任一项所述的聚乙烯薄膜制作而成。
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