平流层飞艇蒙皮材料的研究现状_刘军虎
平流层飞艇优化方法和设计参数敏感性分析
第28卷第6期2007年11月 宇 航 学 报Journal of As tronauticsV ol.28N ov ember No.62007平流层飞艇优化方法和设计参数敏感性分析姚 伟,李 勇,王文隽,郑 威(中国空间技术研究院研究发展中心,北京100094) 摘 要:平流层飞艇优化设计对飞艇体积、重量、成本、工作能力、承载能力等有重要影响。
提出采用总重最小的优化目标对平流层飞艇进行优化,给出了平流层飞艇总体参数估算方法,建立了平流层飞艇优化流程,编制了计算程序,并对平流层飞艇进行了尺寸优化。
分析表明:(1)为达到最小代价(总重或成本)的目标,平流层飞艇设计不能片面追求阻力最小或者浮力最大,应综合考虑浮力与推力,进行尺寸优化;(2)平流层飞艇运行地理纬度、在一年中的运行时段、抗风能力、有效载荷重量、再生燃料电池比能量、蒙皮比重量等参数对飞艇优化设计尺寸有重要的影响。
关键词:平流层飞艇;总体优化;参数分析中图分类号:V247 文献标识码:A 文章编号:100021328(2007)0621524205收稿日期622; 修回日期2520 引言近空间目前还是人类活动涉及很少的空间领域。
近年来,在区域大气环境监测、防灾减灾、高分辨率实时监视、预警和导弹防御、反恐、区域通信等需求的驱动下,美国、欧洲、日本、韩国、以色列等国都在努力进行近空间资源的开发[1,2]。
平流层飞艇作为近空间飞行器系统的核心,各国投入大量经费对之进行论证和研制,近期取得了很大的进展。
目前我国也非常重视发展平流层飞艇技术。
2005年底,美国洛克希德马丁公司与导弹防御局M DA 已签订1.47亿美元的H A A 平流层飞艇合同,预计2009年研制成功原型艇,并进行飞行演示验证。
E SA 、JAX A 、韩国航空宇航研究院、Lindastrand 公司、Sans wire Netw orks 公司、Raven 工业公司、马来西亚国家浮空器技术中心等单位也开展了研究工作。
温度对平流层飞艇蒙皮渗透的影响研究
温度对平流层飞艇蒙皮渗透的影响研究李天骐;潘雁频;陈联;李海阳;王先进【摘要】The stratosphere airship moves in the near space environment, radiated by the sun, the temperature of enve-lope changes a lot, as a result, the penetrability of He changes a lot.The penetrability of He influences the lifetime of the stratosphere airship.This article, analyses the connection of the temperature and the penetrability.The results, such as the shape of airship, the range of pressure and the average penetrability have been showed after numerical calculation, mean-while, the lifetime of the airship is calculated according to the conditions above.%氦气填充的平流层飞艇在临近空间环境中运行，受到太阳辐照，蒙皮温度变化较大。
蒙皮的氦气渗透关系着平流层飞艇运行的时间等问题。
从理论分析与实验角度得到温度与蒙皮渗透性的关系，通过数值计算平均渗透率，结合飞艇外形及内部压力范围，估算飞艇的寿命。
【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P120-124)【关键词】平流层飞艇;温度;渗透性;寿命【作者】李天骐;潘雁频;陈联;李海阳;王先进【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000;兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】V2740 引言平流层飞艇由于要实现浮力和速度的控制，需要设计气囊，并在气囊内填充氦气。
平流层飞艇载荷舱电子设备散热仿真分析
平流层飞艇载荷舱电子设备散热仿真分析鲁思远 于峰*孟庆亮 王阳（北京空间机电研究所，北京 100094）摘 要 飞艇载荷舱电子设备的温度极大地影响了其工作可靠性，随着飞艇载荷舱应用途径的拓展，载荷总功率不断增长，设备设计功耗及热流密度显著提升，但平流层气体密度仅为地面的1/18，对流散热能力差，散热问题逐渐成为制约技术发展的关键问题。
文章为了解决高载荷功率下的散热痛点，引入了两相流体回路散热方法，探究其与风扇强迫散热的散热能力，在分析载荷舱电子设备传热特性的基础上，基于计算流体力学，设计了风扇强迫对流散热系统，同时提出一种采用1,1,1,2-四氟乙烷（R134a ）流体回路对平流层载荷舱电子设备散热的方法，并使用表观热容法对其进行仿真，计算了两种散热方式下飞艇载荷舱的温度场和流场，得到了两种方式的散热能力。
仿真结果表明，风扇的散热极限工率约为591 W ，两相流体回路方式散热可以解决700 W 的散热需求，使用风扇散热可以满足基本散热需求；使用两相流体回路方式散热可以对平流层飞艇载荷舱电子设备进行有效热控，为平流层大功率电子设备散热的设计和计算提供思路。
关键词 遥感载荷 平流层飞艇 强迫风冷 两相流体回路 散热设计 数值模拟中图分类号：V247 文献标志码：A 文章编号：1009-8518(2024)02-0041-12DOI ：10.3969/j.issn.1009-8518.2024.02.004Stratospheric Airship Payload Compartment Electronic EquipmentThermal Simulation Analysis ResearchLU Siyuan YU Feng *MENG Qingliang WANG Yang（ Beijing Insititute of Space Mechanics & Eletricity, Beijing 100094, China ）Abstract The temperature of electronic equipment in the payload compartment of an airship greatly affects its operational reliability. As the application scope of the airship payload compartment expands, the total power of the payload continues to increase, leading to significant increases in equipment design power consumption and heat flux density. However, the density of the atmosphere in the stratosphere is only 1/18 of that at the ground level, resulting in poor convective heat dissipation capability. Heat dissipation has gradually become a key issue restricting technological development. To address the thermal pain points under high payload power, this article introduces the two-phase fluid loop heat dissipation method and explores its heat dissipation capability compared to fan-forced heat dissipation. Based on the analysis of the heat transfer characteristics of electronic equipment in the payload compartment, a fan-forced convection heat dissipation system is designed based on computational fluid dynamics. Simultaneously, a method for using a 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R134a) fluid loop to dissipate heat in the stratospheric payload compartment for electronic equipment is proposed, and its simulation is conducted using the apparent heat capacity method. The temperature and flow fields of the airship payload收稿日期：2023-10-30引用格式：鲁思远, 于峰, 孟庆亮, 等. 平流层飞艇载荷舱电子设备散热仿真分析[J]. 航天返回与遥感, 2024, 45(2): 41-52.LU Siyuan, YU Feng, MENG Qingliang, et al. Stratospheric Airship Payload Compartment Electronic Equipment Thermal Simulation Analysis Research[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2024, 45(2): 41-52. (in Chinese)第 45 卷 第 2 期航天返回与遥感2024 年 4 月SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING4142航 天 返 回 与 遥 感2024 年第 45 卷compartment under the two heat dissipation methods are calculated, obtaining the heat dissipation capabilities of the two methods. Simulation results indicate that the heat dissipation limit of the fan is approximately 591 W, while the two-phase fluid loop heat dissipation method can meet the heat dissipation requirement of 700 W, thus fulfilling the basic heat dissipation needs. The use of the two-phase fluid loop heat dissipation method can effectively control the temperature of electronic equipment in stratospheric airship payload compartments, providing insights into the design and calculation of heat dissipation for high-power electronic equipment in the stratosphere.Keywords remote sensing payload; stratospheric airship; forced air cooling; two-phase fluid circuit; heat dissipation design; numerical simulation0 引言平流层指的是对流层顶至距离地表大约50 km距离之间的大气层，其下部边界距离地表约10 km。
平流层飞艇热敏感因素分析
关键词： 飞艇；影响因素；热特性；平流层
中图分类号： V 274
文献标志码： A
文章编号： 1008−973X（2020）01−0202−11
Thermal sensitivity factors analysis of stratospheric airships
CHENG Chen, WANG Xiao-liang
(School of Aeronautics and Astronautics, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)
Abstract: A thermal characteristics model of the airship was established and the main thermal influence factors were analyzed by taking stratosphere airship as the research object. A complete thermal model of the stratospheric airship was established with the finite split method. The shape was modeled and the surface was discretized in order to make the established thermal model applicable to different types of airships. The distribution parameter method and the lumped parameter method were used to calculate the thermal characteristics of the skin cell and the internal filling gas. The reliability and effectiveness of the established model and its solution method were verified by relevant experimental data. The changes in the surface temperature of the airship and the temperature of the internal filling gas under the influence of 8 different thermal influence factors were calculated, and the qualitative and quantitative effects of each factor were analyzed. The conditions for extreme temperature of the airship skin were summarized. The effects and laws of different heat sources on the thermal characteristics of airships were compared, and a simplified part of the thermal characteristics model of airships was given. Key words: airship; sensitivity factors; thermal characteristics; stratosphere
平流层飞艇建模关键问题研究
器建模 复杂得 多 。 主要体 现在 ： 坐标 原点取 在 体积 中
心而非 重心 引起 的速度 、 重力及 重 力矩 、 转动 惯量及
取在体 积 中心 而非 重心 引起 的速 度 、 力及 重力矩 、 动惯 量及 惯性 积 的 变换 ； 于大惯性 导 致 的 重 转 由
附加质 量计算 ； 飞艇 升 空及 降落对 浮 力及 飞艇 质量 的影 响等 。 以此 为基 础 ， 建立 了飞艇 的六 自由度 动力 学模 型 。经仿真 验 证 ， 型 能准确描 述 飞艇 实际情 况。 模 关 键 词 ： 流层 飞艇 ， 平 附加 质量 ， 转动 惯量 ， 自由度动 力 学模 型 六
（ ） １
１ １ ２ 坐标 原 点 非 重 心 的 重 力 及 重 力 矩 转 换 ． ．
１ 飞艇 建模 中关 键 问题
飞艇 ， 体积／ 质量 比大 ， 性显 著 ， 惯 飞行 速度较 慢 且 主要依靠 浮力提 供静 升力 。飞 艇数 学模 型的建立 虽 然与 传统 飞行 器 数学 模 型 的建 立 相 似 ， 都是 根据 动量 、 动量矩定 理 利用机 理分 析法 建立 ， 但要 比飞行
迄今 为 止 ， 内外有 关 平 流层 飞 艇 建模 的资 料 国 较少 ， 且在这 些文 献［ 中 ， 模 方法 完全 仿照 普通 并 ３ 建 ］
飞机 ， 忽略 因素较 多 ， 以至于不 能精 确地 描述 飞艇 的 实际情 况 ， 本文 就此 问题 展 开研 究 。
（ ＋ Ｐ ｃ— ｑ ｖ ｊ＋ （ ＋ Ｐ ｃ— ｑ ｖ ｋ Ｙ ｘ） Ｙ ｘ ）
浅谈浮空器平台在预警监视领域应用
浅谈浮空器平台在预警监视领域应用飞艇是具有推进装置的浮空器，由艇体、尾翼、吊舱和推进装置等部分组成。
推进装置包括发动机、减速器和螺旋桨，为飞艇提供前进动力。
其关键技术涉及材料、结构、能源、控制技术等方面。
控制技术包括动力控制、压力控制、姿态控制、定点控制、温度控制等。
标签：平流层;飞艇;关键技术1 飞艇平台概述飞艇是具有推进装置的浮空器，由艇体、尾翼、吊舱和推进装置等组成。
推进装置包括发动机、减速器和螺旋桨，为飞艇提供前进动力。
控制飞艇升降的方法有多种，如抛掉水或沙袋等压舱物或冷却回收发动机尾气中的水分补充压舱物;经排气门放掉一些气体或用储气罐补充气体;操纵螺旋桨转向，改变推力矢量方向产生垂直方向的升力等。
2 平流层飞艇平台发展现状美国对于平流层飞艇平台的探索较早，最先提出飞艇平台概念。
美国Sky Station International（SSI）公司首先提出轻于空气的高空平台计划。
ANGEL TECHNOLOGIES 与SKYSAT 公司基于不同技术进行平流层平台的研制。
Lockheed Martin 公司的核心工作是开发宇航、航空技术装置及进行系统综合，该公司与其他公司于1998 年开始进行可行性研究，完成后，进入验证飞艇的组装、试验阶段。
日本对平流层飞艇平台的研究也起步较早，由于政府大力支持，已取得丰硕研究成果，在诸如材料、能源、结构设计、控制及热解析等多项关键技术方面走在世界前列。
进入新世纪，日本实施了“千年计划”，即从2000年开始，在系统及关键技术基础上，开发平流层飞行试验艇和低空定点试验艇。
3 平流层飞艇平台的关键技术3.1 材料技术飞艇所处环境要求艇体的材料与一般飞行器不同，飞艇艇体结构所使用的轻质、高强度材料，必须具备：轻质且高强度，抗老化，抗紫外线;对氦气密封性好;能适应平流层大气环境。
在高海拔，由于浮力小，若要使机体规模小，则需轻质高强度膜材，浮力小和机体规模小是长滞空不可缺少的条件，故单一素材很难满足，须开发具有多性能的薄膜素材组合而成的积层膜。
飞艇气囊压力与蒙皮张力的估算
社 ,1990 : 10 - 11 [ ZHANG Yuan2j un. Handbook of Flui d Dynamics
X 方向的应变率为 :
Rx = Rz =
根据公式 ( 3) 和 (4) , 鼻部蒙皮张力系数为 : σ Π m; x = σ z = 9468N 该张力系数大约是每厘米 9 公斤。 腰部的曲率半径 Rx = 部蒙皮张力系数为 : σ Π m ,σ Π m; x = 4715N z = 75440 N 可以看出 Z 方向的张力系数大约是每厘米 75 公斤 。这是一个很大的力 , 已经逼近了现在已知材 料的强度 ( 每厘米 100 公斤) 。 这说明内外压差是大气压的 3 % 的说法 , 有值 得商榷的余地 。 2. 2 分析 假定两个方向的曲率半径有以下关系 :
� F - z 的投影 :
F - z ×sin (
z
考虑到分析对象是足够小的蒙皮 , 即 θ和 β 足够 小的假设 ,以上公式使用了弧度和正弦相等的近似。 在 Y方向受力是平衡的 ,据此可以得出如下结论 :
P × Rx × θ × Rz × β
θ = F x ×2 + F β F - z ×2
F x ×sin (
z
图 1 中的 (B ) 是 (A) 在 XY平面内的视图 , (A) 在
YZ 平面内的视图与在 XY 平面内的视图完全一致 ,
在 Y 方 向上的 投
图 1 中没有画出。 图 1 中的符号的意义 : � P 是气囊内向气囊外的气压 ; � Fx 、 F - x 和 Fz 、 F - z 是沿蒙皮切向的 , 大致沿
P × Rx × θ × Rz × β = Fx × θ + Fz × β (2)
设σ x 是 X 方向上张力系数 ,即单位长度上的张 力 , 则 Fx = σ β ,同理可以的到 Fz = σ x ×R z × z ×Rx θ ,代入公式 ( 2) 得到 : ×
平流层飞艇SAR成像优化策略研究
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
能特点，并结合当前研究现状对蒙皮材料的研究和制备工艺进行了总结，最后提出了我国平流层飞艇蒙皮材料研
究和研制中还应考虑的问题。
【关键词】平流层飞艇；蒙皮材料；复合工艺
【中图分类号】V217+.22
【文献标识码】A
【文章编号】1009-5624-（2016）02-0001-05
Research Status of Stratospheric Airship Envelop Material LIU Jun-hu, LIU Zhen-hui, JI Xue-mei, WANG Qun, FENG Ming-zhu, LIU Xian-hao (China Lucky Group Corporation, Hebei Province, Baoding 071054, China) 【Abstract】Preparation of envelop materials is one of the key technologies for the development of stratospheric airship. The structural composition and characteristics of stratospheric airship envelop materials are introduced in this paper. The research and preparation process of stratospheric airship envelop materials are summarized based on current research status. In the end, the problems in the research and development of the stratospheric envelop materials in our country should be considered. 【Key words】 Stratospheric airships; Envelope material; Compound technology
图 1 平流层飞艇的蒙皮材料结构 Fig. 1 The structure of stratospheric airship envelop material
2.蒙皮材料的研究现状 由于飞艇在严酷环境条件下工作，对蒙皮
材料的性能提出了很高的要求，一般要求有高 强度、高比强度 ( 强度与面密度之比 )、高模 量、高比刚度 ( 模量与密度之比 )， 抗老化力 强，抗撕裂、 抗氦渗透和低蠕变特性。其中 蒙皮材料的高强度决定了飞艇可以达到的最大 直径；高比强度可以减少因材料重力造成的浮 力损失，从而可以达到平流层高度；高比刚度 可以使飞艇变形小，蠕变小，从而延长在低气 压环境中的使用寿命，同时蒙皮材料的耐候性 和阻氦性对蒙皮材料性能也很重要，表 1 中所 示为最近国际上报导的一些飞艇所使用的蒙皮 材料相关性能 [5]。
0.44
5.25
Skyship 系列 5153
6666
0.37 ～ 0.40
1.85
Goodyear GZ-20
-
0.37
1.45
Lindstrand HALE
1.8×105
0.295
7.3
平流层飞艇（200m级） 2×105 ～ 4×105
0.21
6.8
2.1 承力层 承力层又可称为增强体或基布层，几乎承受蒙 皮材料的全部强力，均由织物构成。织物的结构 形式一般采用平纹织物，因为平纹织物的粘结性 和撕裂强度相对较好。同时织物的纱线粗细、捻 数和在布中的排列密度对材料的性能也有影响。 目前应用于平流层飞艇蒙皮材料的织物主要是一 些高强度、高模量的合成纤维，主要有芳香族聚 酰胺纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维等 。 [6,7] 2.1.1 芳香族聚酰胺纤维 芳香族聚酰胺纤维兴起于 70 年代，用芳香族单 元取代聚酰胺的某些脂肪族链段而具有优异性能的 聚合物。芳香族聚酰胺纤维中由于芳基的引入使分 子链的柔性减少，刚性增大，从而得到化学稳定性 优异的高强高模量纤维。目前可以采购的芳族聚酰 胺纤维商品织物主要有 Kevlar、Nomex、Twaron、 Technora 等，它们的机械性能如表 2 所示：
平 流 层 飞 艇 的 工 作 环 境 十 分 严 酷： 温 度 低 ( 最 低 温 度 约 -55 ℃ )， 昼 夜 温 差 大； 大 气稀薄密度约为 0.0889 k g / m3，仅为地面的 1/14；紫外辐射、臭氧作用强烈。在这种环境 下飞艇若长期工作，蒙皮材料必须具有高的强 度和耐候性以及低的面密度和氦气渗透率。目 前各国均处于研发阶段，其中西方国家的技术 相对先进。关于蒙皮材料的技术指标没有一个 统一的标准，日本国家航天实验室在给平流层 氦气飞艇项目设定的技术指标中，断裂强力为 1000 N·cm-1，面密度为 180 g·cm-2，透氦 率≤ 0.2L·(m2·d·0.1MPa)-1。由于任何一种 单一材料均无法同时满足这些要求，蒙皮材料 均 采 用 多 层 复 合 结 构 ，其 结 构 一 般 包 括 承 力 层 、 阻隔层、耐候层以及各层之间的粘结层 [3,4]（图 1）。本文重点讨论蒙皮材料各层材料的研究现 状和复合工艺。
信息记录材料 2016年4月 第17卷第2期 综述·论著
DOI:10.16009/13-1295/tq.2016.02.001
平流层飞艇蒙皮材料的研究现状
刘军虎 刘振辉 纪雪梅 王群 冯铭竹 刘贤豪 （中国乐凯集团有限公司 河北 保定 071054）
【摘要】蒙皮材料的研制是发展平流层飞艇的关键技术之一。文章介绍了平流层飞艇蒙皮材料的结构组成及性
1.引言 平流层飞艇是指飞行于大气平流层的飞艇，
工作高度一般为 18 ～ 24 km 左右，主要依靠静 升力驻空工作。由于平流层飞艇在军事侦察、 空间预警、通信中继和空间探测等领域的应用 优势，近些年来日益受到人们的关注。蒙皮材 料作为飞艇的主体结构材料，其性能的高低直 接影响飞艇的应用效能，如浮空高度、持续飞 行 时 间 、 有 效 载 荷 、 服 役 寿 命 等 。 [1,2]
表 3 新型高强高模量纤维机械性能
Tf new high strength and high
1
综述·论著 信息记录材料 2016年4月 第17卷第2期
表 1 一些飞艇的蒙皮材料性能
Table 1 The performance of some envelop materials
飞艇
飞艇体积 / m3 面密度 /(kg/ m3) 抗拉强度 /(kN/5cm)
美国海军飞艇 YEZ2A
70800
第六研究院自主研制，具有完全自主知识产权的 高科技产品 F -12 高强度有机纤维其性能已经可以 与 Kevlar 相媲美，这将极大推动我国蒙皮材料的 发展 [8]；另外荷兰阿克苏公司研制的 Twaron 系列 和日本帝人公司研制的 Technora 系列纤维都具有 非常优异的力学性能。
2.1.2 聚酯纤维 聚酯纤维是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚 反应制得的一类线性高分子缩聚物，品种繁多、 因原料或中间体而异，共同特点是大分子的各个 链节间都是以酯基“－ C O O －”相连，所以通称 为聚酯，在我国商品称为涤纶。聚酯类纤维耐光 耐热性能优异，近年来还开发出了一些高强度高 模量的聚酯纤维如上海石化公司采用对聚酯部分 的改性和调整生产出超强 P E T 短纤维，其单纤维 断裂强度超过 6.4G P a。目前应用较多聚酯纤维织 物是由日本可乐丽公司和美国 Celanese 公司共同 研发的商品名为 V e c t r a n 的聚酯纤维。它是一种 热致液晶聚芳酯（T L C P）纤维，不仅强度和模量 可以与 Kevlar 纤维相媲美，而且具有独特的耐湿 热性能，振动衰减性能，以及优良的耐酸碱、耐 腐蚀性，制备工艺简单环保。最近哈尔滨工业大 学 的 万 志 敏 等 人 [9] 和 东 华 大 学 的 陈 南 梁 等 人 [10] 对 V e c t r a n 纤维复合材料机械性能进行了报道， 对比了 V e c t r a n 纤维织物与其复合材料在拉伸， 撕裂、冲击等性能改变，这对其应用到蒙皮材料 中有很好的指导作用。 2.1.3 聚乙烯纤维 高强高模量聚乙烯纤维材料在化学上与平常的 高密度聚乙烯相似，但在结构上以伸直链结构代 替原有的沿纤维轴向排列的折叠连接晶区和无定 形区的两相结构，这种结构是纤维具有高强高模 量的技术关键。目前由荷兰的帝斯曼公司和日本 的东洋纺织 /DSM 合资公司以商品名 Dyneema 以及 美国的霍尼韦尔的特种材料公司以商品名 Spectra 两 种 品 牌 在 市 面 销 售 ，该 纤 维 制 成 的 织 品 强 度 大 ， 重量轻，具有非常优异的耐磨损和抗疲劳性，并 且耐化学腐蚀和紫外光及其他强辐射的性能也很 优异，作为蒙皮材料的承力层会有很好效果。 2.1.4 新型的高性能高模量的纤维材料 近年科学家们开发出一些新型的高性能纤维材 料，对飞艇蒙皮材料的发展起到了很好的支撑作 用，例如 PBO 和 PIPD，其中 PBO 纤维在蒙皮材料
2
信息记录材料 2016年4月 第17卷第2期 综述·论著
的应用研究较为多。
图 2 PBO 和 PIPD 聚合物的结构图 Figure 2 The structure of PBO and PIPD polymers
P B O 全称聚对苯撑苯并双噁唑啉，是 20 世纪 末开发出来的超级纤维，原是美国空军作为飞机 用的机构材料而着手研究产品，随后美国道化学 公司进行了工业性开发，并授权日本东洋纺织公 司生产，其商品名为 Z y l o n。P B O 纤维具有高强 度，拉伸强度可达到 7.0G P a，弹性模量达到 300 ～ 400G P a，并且具有非常高的耐热性和热稳定性 ( 分解温度在 600 ～ 700℃）、耐化学和磨损性、 抗蠕变性。西安交通大学的王斌等人 [11] 采用 P B O 纤维的复合材料的拉伸强度可达到 2950M P a，比 F -12 高出了 28.3%；李斌太等 [4] 人采用进口 P B O 织物与 P E T / P V F 复合膜复合制成的蒙皮材料拉伸 强度大于 1300N / c m；曹旭等人 [12] 采用自制 P B O 织物作为承力层应用到蒙皮材料中拉伸强度大于 1000N/cm，相比进口原料性能要差一些。PIPD 又 称“M5”硬杆聚合物，其结构与 P B O 相似但是在 苯环上引入了羟基和杂环上氧被氮取代，这样使 聚合物链之间可以形成氢键，研究发现分子内之 间的氢键增强纤维的压缩性能，这样与 P B O 相比 其不仅表现出高强度高模量，还具有优异的压缩 性能（如表 3）。该纤维最初是 Akzo-Nobel 实验 室的研发成果，目前正由东京纺织公司进行商品 化生产，相信不久将来该类产品会有很大的发展 空间。