一种平漂气象气球及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种平漂气象气球，制备所述平漂气象气球的原料中含有浓缩天然胶乳和机械油，还含有占原料总质量0.5～3％的有机纳米纤维。本发明专利技术提供的平漂气象气球在膨胀到一定体积后停止膨胀，维持在该体积上，根据浮力公式，随着空气密度的减小，它所受浮力也不断减小，最终与负载平衡，实现在高空的平漂状态。本发明专利技术提供的平漂气象气球施放简单，气密性好，平漂高度高，能在25km高度上平漂3小时以上。

A flat bleaching meteorological balloon and its preparation method and Application

The invention relates to a flat-bleached meteorological balloon. The raw material of the flat-bleached meteorological balloon contains concentrated natural latex and mechanical oil, and also contains organic nanofibers which account for 0.5-3% of the total mass of the raw material. The horizontal floating meteorological balloon provided by the invention stops expanding after expanding to a certain volume and maintains on the volume. According to the buoyancy formula, the buoyancy of the horizontal floating meteorological balloon decreases with the decrease of air density, and eventually balances with the load to realize the horizontal floating state at high altitude. The horizontal drift meteorological balloon provided by the invention has the advantages of simple application, good air tightness, high horizontal drift height and can be drifted flat for more than 3 hours at a height of 25 km.

【技术实现步骤摘要】
一种平漂气象气球及其制备方法与应用
本专利技术涉及高空气象探测领域，具体涉及一种平漂气象气球及其制备方法。
技术介绍
高空气象探测是气象综合探测的重要组成部分，对人类的生存和发展以及航空、航天、军事等应用密切相关。气象气球携带探空仪器进行空中气象要素(温度、湿度、风向、风力、气压等)探测是高空气象探测最便捷、经济的一种方式。我国现有探空业务系统在空间布局(东密西疏)、自动化程度、时间观测分辨率以及业务运行维持技术水平方面与国外先进国家存在差距，想通过提升放球站点和加密观测的方式提升高空气象观测水平在经费负担上难以承受。选取2015年全国120个探空站08、20时观测为样本，以10hPa(25km)为漂移起始点，以该层瞬间风为漂移风，估计夏季、冬季漂移特征。整体来看，探空气球漂移覆盖范围广，行轨迹随高度和季节划分具有显著的规律性，3小时以上即可覆盖边境。如果气球能在25km空中漂移3小时以上，能够实现对于特定时间和区域的加密观测能力。扩展到全国120个探空站每天早晚2次例行高空探测，可获得全国大部分地区的平流层连续观测资料，大大提升我国高空气象探测水平。然而，现有探空气球采用单程升空方式。例如：中国专利文献CN101526630A公开了一种气象气球及其生产方法，该专利文献提供的气象气球施放后，在上升过程中均匀膨胀，至30km左右高度爆炸，探空截止，无法实现平漂过程。现有的定高气球多采用塑料薄膜制作，定高高度在5000米以下，在高度上无法满足台站测量高空气象要素的使用要求。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术存在的缺陷，提供了一种平漂气象气球及其制作方法。本专利技术提供的平漂气象气球施放简单，气密性好，平漂高度高，能在25km高度上平漂3小时以上。具体而言，本专利技术提供了一种平漂气象气球，制备所述平漂气象气球的原料中含有浓缩天然胶乳和机械油，还含有占原料总质量0.5～3％的有机纳米纤维。优选地，制备所述平漂气象气球的原料中，浓缩天然胶乳、机械油以及有机纳米纤维的质量比为100：3～5：1～3。本专利技术在包括浓缩天然胶乳和机械油的气球生产原料中加入适量的有机纳米纤维，使其均匀分布于球皮胶膜中；这些纳米纤维具有非常大的长度-直径比率,具有超高的强度和极强的韧性，能极大的增强气球的定伸强度。气球在上升过程中，由于空气密度的减小，球内气压和球外气压的压差逐渐增大，使气球趋于膨胀；同时球皮的回弹性使气球趋于保持原有形状。当气球达到某一定伸强度的所需的力大于球内外压差施加的力时，气球就会停止膨胀。本专利技术所述有机纳米纤维为多壁碳纳米管。为了提高所述平漂气相气球的综合性能，本专利技术制备所述平漂气象气球的原料中还进一步含有表面活性剂、防老剂、促进剂、无机碱、硫磺、酪素以及氧化锌。作为本专利技术的一种具体方案，以重量份计，所述平漂气象气球由包括如下组分的原料制备而成：浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.1～0.3份，酪素0.1～0.2份，平平加O0.05～0.15份，硫磺1～2份，防老剂D(N-苯基-2-萘胺)1～2份，防老剂4010NA(N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺)1～2份，促进剂PX(乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌)1～2份，氧化锌0.5～3份，机械油3～5份，有机纳米纤维1～3份。为了实现在平流层、尤其是25km高度的平漂，本专利技术优选所述平漂气象气球由包括如下组分的原料制备而成：浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.1～0.2份，酪素0.1～0.2份，平平加O0.05～0.15份，硫磺0.8～1.2份，防老剂D0.8～1.2份，防老剂4010NA0.8～1.2份，促进剂PX1～2份，氧化锌0.3～0.7份，机械油4～6份，有机纳米纤维2～4份。作为本专利技术的一种具体优选方案，所述平漂气象气球由包括如下组分的原料制备而成：浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.15份，酪素0.15份，平平加O0.1份，硫磺1份，防老剂D1份，防老剂4010NA1份，促进剂PX1.5份，氧化锌0.5份，机械油5份，有机纳米纤维3份。本专利技术同时提供了所述平漂气象气球的制备方法，该方法包括如下步骤：将包括浓缩天然胶乳在内的原料充分混合，然后加入机械油充分混合，再加入有机纳米纤维充分混合，得组合物；将所述组合物加工成气象气球。作为本专利技术的一种具体方案，所述方法包括以下步骤：S1、将硫磺、防老剂D、防老剂4010NA、促进剂PX和氧化锌制成水分散体；S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成水溶液；S3、将机械油配制成乳状液；S4、将有机纳米纤维混合N,N-二甲基-3-全氟辛基磺酰胺基丙基铵盐碘化物进行共价键改性，将改性后的有机纳米纤维在水中超声处理得到有机纳米纤维悬浮液；S5、将所述水分散体和水溶液添加到浓缩天然胶乳中充分混合，然后加入所述乳状液充分混合，再加入所述有机纳米纤维悬浮液，混合搅拌均匀，得组合物；S6、将所述组合物加工成气象气球。本专利技术所述加工的方法为本领域加工气象气球的常规方法。例如：将气球模型先浸渍凝固剂，然后浸渍到上述组合物中，浸渍，提出，再浸渍到40～60℃热水中1～10min，把胶膜从模型上脱下，充分洗涤后涂上隔离剂，充气后定型，放气后整理硫化，即得。本专利技术同时保护所述平漂气象气球在高空气象探测中的应用，优选在平流层进行连续气象探测中的应用。本专利技术提供的平漂气象气球在实际应用时可从地面施放，也可由普通气球携带至高空后施放。普通气象气球内充氢气，靠氢气的浮力向上升空，气象气球在空气中所受浮力＝ρ空气gV，随着气球的高度越来越高，外部空气密度越来越小，气球由于内外压强差不断膨胀。本专利技术提供的平漂气象气球在膨胀到一定体积后停止膨胀，维持在该体积上，根据浮力公式，随着空气密度的减小，它所受浮力也不断减小，最终与负载平衡，实现在高空的平漂状态。本专利技术提供的平漂气象气球施放简单，气密性好，平漂高度高，能在25km高度上平漂3小时以上。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。以下各实施例中采用的各原料均为市售购得；其中，采用的有机纳米纤维为市售多壁碳纳米管(多壁碳纳米管(TNIM4)：95％，直径为10～30nm，长度为10～30μm，购自中国科学院成都有机化学有限公司。实施例1本实施例提供了一种平漂气相气球，其原料组成为：浓缩天然胶乳100kg，氢氧化钾0.15kg，酪素0.15kg，平平加O0.1kg，硫磺1kg，防老剂D1kg，防老剂4010NA1kg，促进剂PX1.5kg，氧化锌0.5kg，机械油5kg，有机纳米纤维3kg。本实施例同时提供了所述平漂气相气球的制备方法，具体为：S1、将硫磺、防老剂D、防老剂4010NA、促进剂PX和氧化锌制成水分散体；S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成水溶液；S3、将机械油配制成乳状液；S4、将有机纳米纤维混合N,N-二甲基-3-全氟辛基磺酰胺基丙基铵盐碘化物进行共价键改性，将改性有机纳米纤维在水中超声处理得到有机纳米纤维悬浮液；S5、将所述水分散体和水溶液添加到浓缩天然胶乳中充分混合，然后加入所述乳状液充分混合，再加入所述有机纳米纤维悬浮液，混合搅拌均匀，得组合物；S6、将气球模型先浸渍凝固剂，然后浸渍到上述组合物中，浸渍5min后提出，再浸渍到50℃热水中3min，把胶膜从模型上脱下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平漂气象气球，其特征在于，制备所述平漂气象气球的原料中含有浓缩天然胶乳和机械油，还含有占原料总质量0.5～3％的有机纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种平漂气象气球，其特征在于，制备所述平漂气象气球的原料中含有浓缩天然胶乳和机械油，还含有占原料总质量0.5～3％的有机纳米纤维。2.根据权利要求1所述的平漂气象气球，其特征在于，制备所述平漂气象气球的原料中，浓缩天然胶乳、机械油以及有机纳米纤维的质量比为100：3～5：1～3。3.根据权利要求1或2所述的平漂气象气球，其特征在于，所述有机纳米纤维是多壁碳纳米管。4.根据权利要求1～3任意一项所述的平漂气象气球，其特征在于，制备所述平漂气象气球的原料中还含有表面活性剂、防老剂、促进剂、无机碱、硫磺、酪素以及氧化锌。5.根据权利要求1所述的平漂气象气球，其特征在于，以重量份计，所述平漂气象气球由包括如下组分的原料制备而成：浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.1～0.3份，酪素0.1～0.2份，平平加O0.05～0.15份，硫磺1～2份，防老剂D1～2份，防老剂4010NA1～2份，促进剂PX1～2份，氧化锌0.5～3份，机械油3～5份，有机纳米纤维1～3份。6.根据权利要求1所述的平漂气象气球，其特征在于，以重量份计，所述平漂气象气球由包括如下组分的原料制备而成：浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.1～0.2份，酪素0.1～0.2份，平平加O0.05～0.15份，硫磺0.8～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨荣康，郭启云，雷勇，曹晓钟，赵培涛，潘显智，谌志鹏，
申请(专利权)人：中国气象局气象探测中心，中国化工株洲橡胶研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11