一种太阳能无人机机翼蒙皮材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能无人机机翼蒙皮材料及其制备方法，所述蒙皮材料由上至下依次为第一耐磨层、基膜层、粘合剂层、纤维支撑层、第二耐磨层；所述第一耐磨层和第二耐磨层均为由涂布液经涂布干燥固化形成的涂层。本发明专利技术制备的太阳能无人机机翼蒙皮材料具有优异的拉伸强度、抗撕裂强度，同时最大限度降低了蒙皮材料的面密度(≤45g/m

A solar unmanned aerial vehicle wing skin material and its preparation method

The invention discloses a solar UAV wing covering material and a preparation method thereof, wherein the skin material from top to bottom: first wear-resisting layer, basal layer, adhesive layer, support layer, fiber second wear-resistant layer; coating the first layer and the second layer are wear-resistant wear-resistant coating fluid coating drying and curing is formed. The prepared solar UAV wing skin material has excellent tensile strength, tear strength, while minimizing the surface density of skin material (less than 45g/m

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能无人机机翼蒙皮材料及其制备方法
本专利技术涉及一种涂覆材料，特别是一种飞行器机翼蒙皮材料及其制备方法。
技术介绍
太阳能无人机是以太阳光辐射能为能源的高空长航时无人机，具有巡航时间长、飞行高度高、成本低、清洁无污染等特点，而且可以灵活执行各项任务，目前各国将其作为临近空间飞行器的研究热点。由于高空长航时无人机对材料有结构轻、高使用寿命等要求，以及太阳能无人机大展弦比、大翼展的特点，采用先进复合材料进行飞机结构设计是必然选择。对于大展弦比、大翼展的无人机，控制机翼的重量是减轻无人机的重量，增加其有效载荷的关键，因此，机翼蒙皮材料面密度的降低是减轻机翼整体重量的最重要手段。太阳能无人机在爬升和降落过程中会遇到低空复杂的气流环境，在临近空间飞行过程中还会遇到较强的紫外线、臭氧、放射性微粒、悬浮颗粒、宇宙射线等严酷的环境条件要求机翼蒙皮材料必须有优异的力学强度、耐摩擦性和耐候性能。目前报道太阳能无人机机翼蒙皮材料主要采用高强高模量的纤维材料或薄膜材料的复合材料。如意大利Helipat太阳能无人机结构设计中机翼蒙皮材料采用了有碳纤维/环氧树脂预浸带铺层制得的碳纤维复合材料翼盒以增强机翼的弯曲刚度，机翼蒙皮材料的面密度400g/m2，面密度过大，导致其机身重量过大，有效载荷降低。英国最新的“西风”系列太阳能无人机Zephyr7无人机的机身及机翼均采用超轻质碳纤维树脂基复合材料制造，蒙皮材料采用杜邦公司生产的Mylar聚酯薄膜，虽然所使用的蒙皮材料具有优异的柔性和低面密度，但是抗撕裂能力和耐磨性能差，薄膜本身一旦出现损伤，破坏部位即蔓延，影响无人机的使用寿命。中国专利CN201610286741.X中公开的太阳能无人机的机翼蒙皮材料为两层聚酯薄膜和纤维网格所形成的蜂窝夹心结构，该机翼蒙皮材料虽然具有优异的力学强度和耐候性能，但是蒙皮表面耐磨性差，在实际飞行中必然会与大气层产生摩擦造成蒙皮材料外层性能的降低，并且该机翼蒙皮材料的面密度较高(大于50g/m2)，增加了无人机的整体重量，减少了其有效载荷。综上所述，目前太阳能无人机机翼蒙皮材料面临的主要问题是：保证和提高机翼蒙皮材料具有优异的力学强度，同时满足蒙皮材料柔性化、低面密度的趋势，而且还有兼顾机翼蒙皮材料的耐候性能和耐磨性能，以保证无人机的长航时飞行。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种新型太阳能无人机机翼蒙皮材料。该蒙皮材料具有较低的面密度，优异的耐磨性、耐候性和柔韧性。本专利技术的技术方案为：一种太阳能无人机机翼蒙皮材料，所述蒙皮材料由上至下依次为第一耐磨层、基膜层、粘合剂层、纤维支撑层和第二耐磨层，所述第一耐磨层和第二耐磨层为由涂布液经涂布、干燥、固化形成的涂层。一种优选方案，所述涂布液的组成及质量份数为：丙烯酸酯类化合物10-60；含有羟基或氨基的低聚物30～80；光引发剂0.04～11.2；偶联剂0.2～4.2；抗静电剂0.04～4.2；不导电的无机纳米颗粒0.4～42；抗氧化剂0.04～1.12；紫外吸收剂0.08～4.2。一种优选方案，所述纤维支撑层为玻璃纤维、Vectran纤维、碳纤维、Kevlar纤维、尼龙纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种。一种优选方案，所述纤维支撑层为纤维网格结构，面密度为1～15g/m2；所述基膜层为5～25μm厚的塑料薄膜；粘合剂层为2～10μm厚的层，第一耐磨层和第二耐磨层总厚度为1～10μm厚的涂层。一种优选方案，所述丙烯酸酯类化合物为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酰胺、二甲基丙烯酸-1,6-己二醇酯、二丙烯酸-1,6-己二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、二丙烯酸三丙二醇酯、二丙烯酸对新戊二醇酯、三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基戊烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或几种。一种优选方案，所述含有羟基或氨基的低聚物为聚氨酯丙烯酸、胺基乙酸丙烯酸酯类、环氧丙烯酸酯类、硅酮丙烯酸脂类、多元醇丙烯酸酯类中的一种或几种。一种优选方案，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(BDMK)、2-异丙基硫杂蒽酮(ITX)、2-羟基甲基苯基丙烷-1-酮、安息香双甲醚、1-羟基环己基苯基酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙酮中一种或几种。一种优选方案，所述偶联剂为四乙氧基硅烷(TEOS)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)中的一种或几种。一种优选方案，所述抗静电剂是由导电聚合物和导电纳米粒子组成的复配型抗静电剂，导电聚合物和导电纳米粒子的质量比为1/1～5/1，导电聚合物为聚苯胺、噻吩类聚合物、全氟代烷基磺酸类聚合物中一种或几种，导电纳米粒子为掺锡氧化铟(ITO)、掺锑氧化锡(ATO)、碳纳米管、石墨烯、纳米银中的一种或几种。一种太阳能无人机机翼蒙皮材料的制备方法，制备按如下步骤进行：a.在基膜层的一侧表面涂布粘合剂层，干燥，将粘合剂层与纤维支撑层进行复合，得到半成品F1；b.将得到的半成品F1通过浸涂的方式同时涂布第一耐磨层和第二耐磨层，干燥，得到太阳能无人机机翼蒙皮材料。有益效果：1、本专利技术的蒙皮材料明显区别于现有技术，采用上下两层耐磨层的五层结构，两层耐磨层通过涂层实现，不需要额外使用粘合剂层进行复合，减少了蒙皮材料的层间结构，减薄了蒙皮材料的厚度，在保证蒙皮材料柔性、抗撕裂性能的前提下，有效降低了面密度，本专利技术中的蒙皮材料面密度≤45g/m2，拉伸强度为≥55N/cm，撕裂强度为≥80N。同时，提高了蒙皮材料的耐磨性能，并且耐磨层经老化后仍能保持良好的耐磨性能。2、本专利技术的蒙皮材料的两个耐磨层均为紫外光固化的涂层，两层耐磨层的加入不仅提高了机翼蒙皮材料的耐磨性能，同时第二耐磨层还可以起到很好的对纤维支撑层的保护和固定，从而提高了蒙皮材料的力学强度。3、本专利技术的耐磨涂层通过耐磨涂布液配方设计，提高了蒙皮材料的耐候性、抗静电性、耐紫外和抗氧化性能等综合性能，保证了使用寿命。4、本专利技术通过控制各层之间的厚度和材料种类，保证了蒙皮材料的抗撕裂能、耐磨和面密度，从而能够提高无人机的有效载荷和使用寿命。5、本专利技术中的耐磨层通过浸涂工艺制备，两个耐磨层可以在蒙皮材料的上下两个表面同时涂布，同时进行紫外光固化，工艺简单。附图说明图1为本专利技术太阳能无人机机翼蒙皮材料结构。图中各标号分别表示为：1-第一耐磨层；2-基膜层；3-粘合剂层；4-纤维支撑层；5-第二耐磨层。具体实施方式本专利技术提出的一种太阳能无人机机翼蒙皮材料，结构如图1所示，该蒙皮材料由上至下依次包括第一耐磨层1、基膜层2、粘合剂层3、纤维支撑层4、第二耐磨层5；所述第一耐磨层1和第二耐磨层5为由涂布液涂布干燥固化形成的涂层。涂布方式可以是凹版涂布、浸涂、喷涂等，优选浸涂。本专利技术纤维支撑层为纤维网格结构，面密度为1～15g/m2；所述基膜层为5～25μm厚的塑料薄膜；粘合剂层为2～10μm厚的层，第一耐磨层和第二耐磨层总厚度为1～10μm厚的涂层，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能无人机机翼蒙皮材料，其特征在于，所述蒙皮材料由上至下依次由第一耐磨层(1)、基膜层(2)、粘合剂层(3)、纤维支撑层(4)、第二耐磨层(5)组成；所述第一耐磨层(1)和第二耐磨层(5)均为涂布液涂布、干燥、固化形成的涂层。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能无人机机翼蒙皮材料，其特征在于，所述蒙皮材料由上至下依次由第一耐磨层(1)、基膜层(2)、粘合剂层(3)、纤维支撑层(4)、第二耐磨层(5)组成；所述第一耐磨层(1)和第二耐磨层(5)均为涂布液涂布、干燥、固化形成的涂层。2.根据权利要求1所述太阳能无人机机翼蒙皮材料，其特征在于，所述蒙皮材料的耐磨层的涂布液的组成及质量份数为：丙烯酸酯类化合物10-60；含有羟基或氨基的低聚物30～80；光引发剂0.04～11.2；偶联剂0.2～4.2；抗静电剂0.04～4.2；不导电的无机纳米颗粒0.4～42；抗氧化剂0.04～1.12；紫外吸收剂0.08～4.2。3.根据权利要求1所述蒙皮材料，其特征在于，所述纤维支撑层为玻璃纤维、Vectran纤维、碳纤维、Kevlar纤维、尼龙纤维、聚酰亚胺纤维、PBO纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种。4.根据权利要求1所述蒙皮材料，其特征在于，所述纤维支撑层为纤维网格结构，面密度为1～15g/m2；所述基膜层为5～25μm厚的塑料薄膜；粘合剂层为2～10μm厚的涂层，第一耐磨层和第二耐磨层总厚度为1～10μm厚的涂层。5.根据权利要求2所述蒙皮材料，其特征在于，所述丙烯酸酯类化合物为甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酰胺、二甲基丙烯酸-1,6-己二醇酯、二丙烯酸-1,6-己二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、二丙烯酸三丙二醇酯、二丙烯酸对新戊二醇酯、三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基戊烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或几种。6.根据权利要求2所述蒙皮材料，其特征在于，所述含有羟基或氨基的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军虎，纪雪梅，冯铭竹，刘贤豪，郑燕，
申请(专利权)人：中国乐凯集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13