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浅谈胶乳探空气球的制造与改善
  浏览次数:4891  发布时间:2018年06月28日 16:22:16
[导读] 谈到气球,人们会联想到节庆,联想到各大广场上空彩球飞舞的场面。这些气球是天然胶乳制造的膨胀类大气球和小彩球(还有一类是非膨胀类气球)。
谈到气球,人们会联想到节庆,联想到各大广场上空彩球飞舞的场面。这些气球是天然胶乳制造的膨胀类大气球和小彩球(还有一类是非膨胀类气球)。
 
说到胶乳气球的作用,当推一次性使用的探空气球价值最大。它观测耗用成本低,搭载的测试仪器安全平稳,获取的信息精度高,回传及时速度快,是国防、气象及科研部门搜集高空气象要素的重要器材;是简便又经济的探空仪器的携带工具。
 
在宇宙航行方面,探空气球可以协助测定射线,如超高能射线、红外线、X射线和高空辐射,以及进行一些特殊物质同大气的混合反应、阵风反应。探空气球还能携带光学仪器观测大气能矢度,拍摄大气层照片;也能用于无线电试验和测量辐射传播。在宇宙飞行方面,探空气球可用做飞船返回着陆器和发射火箭回收用降落伞。
 
总之,胶乳制造的一次性使用探空气球在各个领域应用有着不可替代的作用,尤其在气象探测方面已成为常态化。我国约有120个气象探测站,需每天准时在早上七时十五分和晚上七时十五分施放探空气球。笔者曾以制造厂技术部门身份,在广州气象台天河观测站参与施放探空气球全过程,学习不少知识。
 
膨胀式一次性使用的胶乳探空气球,升空高度是关键。我国自主研发、以离子沉积和充气定型方法,制造各种规格探空气球的历史己有近六十年。要在过去升高30000米基础上,提高到40000米甚至更高,从事设计和生产制造的技术人员,正在逐步实现,要赶上世界先进水平。众所周知,搜集高空气象要素,气球升空高度标志着胶乳探空气球的设计和制造水平(当然也要相关施放条件及方法等诸多因素配合)。影响气球升空高度的因素很多,除上述外部因素,如施放方法和天气情况外,生产气球的胶乳质量,各种配合助剂质量、配方设计,模型的精准对称度,也是关键。因为胶乳探空气球是无缝薄膜制品,又是在膨胀、负重状态下使用,球身不能偏,厚度要均匀,球膜绝对不能有杂质、气泡和划痕。因此,在生产工艺上,必须严按规定技术条件,以一丝不苟的工匠精神操作。
 
胶乳探空气球的生产流程十分繁琐,从模型检查、胶乳配合、凝固剂配制、浸剂和浸胶、热水处理、沥滤、脱模、泡洗、涂粉、摆放、充气定型、硫化、检验、到最后一步包装,每一步都事关重大。凡在自检,互检,层检过程中,发现不符合规定工艺条件和相应标准的产品,坚决不能流入下一工序。
 
生胶乳在使用前必须严格检验各项指标,各种配合剂的分散体,要检查沉降量分散度;乳浊液要检查看乳化效果;溶液配制要检查比例标准……配合胶乳在使用前的停放,熟成,要过滤。输胶生产过程以及浸渍槽内也要定期过滤,去除凝胶粒。凝固剂也要定期过滤和补加正丁醇。
 
充气定型操作是一项细活。这一工序是湿胶膜中橡胶分子在气体压力作用下定向排列的过程。因此,定型时的温度、湿度、气球定型直径、定型时间以及充气压力都会直接影响气球规格尺寸,厚度的均匀度和气球外形的优劣。根据笔者操作经验,充气压力大时,球形较好。在重量一定的条件下,适当增加定型直径,或延长定型时间,对提高气球的升空高度有较大好处。在充气定型后的半成品进入硫化及干燥工序,其工艺条件也会直接影响探空气球的物理机械性能。
 
探空气球爆破时的体积的大小,也是气球升高的因素。因为球腔内充有比空气轻得多的氢气或氦气,球体借助于空气的浮力上升,随着大气层高度的增加,空气密度按指数函数递减,气球要继续上升,气球的体积就必须增大,气球体积膨胀越大,气球升高就越高。所以说,气球爆破时的体积大小,决定了气球的最终升空高度。在设计配方时,要考虑探空气球在升空中不同上升高度的举力,并提供在此举力下,升至要求高度上所需要的体积。
 
要想提高升空高度,探空气球的配方设计,必须考虑球膜在严苛的气象因素下的耐久性。首先要使气球具有低温下膨胀性能和耐寒性,因为在气球上升过程中,要经受一段较长时间的低温冷冻过程,因此要考虑选用成膜性能好,玻璃化温度低,抗结晶性能优越的胶乳。通常可单用优质的高氨离心法浓缩天然胶乳,也可按比例并用合成氯丁胶乳。同时在胶乳中,采用内增塑方法,添加少量3-5份耐寒性酯类和石油系增塑剂,如DOS,液体石蜡等(要乳化)。但是,耐寒内增塑剂,对探空气球胶膜的耐老化性及物理性能均有一定的负面影响,故加入量要根据设计要求和工艺性能适当选择耐寒剂。
 
众所周知,氧化作用是胶乳制品的主要老化形式。而阳光具有强烈的活化作用,尤其是紫外光中的短波,对胶乳探空气球的橡胶分子破坏最严重。还有O3,能与胶乳探空气球橡胶分子的双键发生反应,使其发生龟裂。因此胶乳探空气球在高空呈膨胀和负重工作状态下,特别是在紫外光的强烈照射下更加速球膜老化,以致使探空气球过早爆破,而无法达到理想的期望高度。所以想胶乳探空气球提高升空高度,添加针对性防老剂是必不可少的,如对苯二胺弆4010NA,三嗪类,UV系列以及光屏蔽剂等。在应用防老剂时也必须通过试验,掌握用量,合理确定,如一味加大防老剂用量,会适得其反。
 
胶乳探空气球产品,不同于其它胶乳制品,在应用领域和设计制造方面有它的特殊性和科技含量,目前世界上能自主设计和制造的国家不多。在升空高度上,仍在不断地研发与追求。我国膨胀型胶乳探空气球,经过几代人的努力,现已跨入世界先进水平,满足了我国现代国防及民用气象需要,并有出口,同时还得到国际气象组织认可。笔者深信在不久将来,胶乳探空气球,在新材料,新工艺大突破的条件下,实现升空高度40000米的跨越将不在是梦。(文章来源于网络)