談到氣球,人們會(huì)聯(lián)想到節(jié)慶,聯(lián)想到各大廣場(chǎng)上空彩球飛舞的場(chǎng)面。這些氣球是天然膠乳制造的膨脹類大氣球和小彩球(還有一類是非膨脹類氣球)。
說(shuō)到膠乳氣球的作用,當(dāng)推一次性使用的探空氣球價(jià)值最大。它觀測(cè)耗用成本低,搭載的測(cè)試儀器安全平穩(wěn),獲取的信息精度高,回傳及時(shí)速度快,是國(guó)防、氣象及科研部門搜集高空氣象要素的重要器材;是簡(jiǎn)便又經(jīng)濟(jì)的探空儀器的攜帶工具。
在宇宙航行方面,探空氣球可以協(xié)助測(cè)定射線,如超高能射線、紅外線、X射線和高空輻射,以及進(jìn)行一些特殊物質(zhì)同大氣的混合反應(yīng)、陣風(fēng)反應(yīng)。探空氣球還能攜帶光學(xué)儀器觀測(cè)大氣能矢度,拍攝大氣層照片;也能用于無(wú)線電試驗(yàn)和測(cè)量輻射傳播。在宇宙飛行方面,探空氣球可用做飛船返回著陸器和發(fā)射火箭回收用降落傘。
總之,膠乳制造的一次性使用探空氣球在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用有著不可替代的作用,尤其在氣象探測(cè)方面已成為常態(tài)化。我國(guó)約有120個(gè)氣象探測(cè)站,需每天準(zhǔn)時(shí)在早上七時(shí)十五分和晚上七時(shí)十五分施放探空氣球。筆者曾以制造廠技術(shù)部門身份,在廣州氣象臺(tái)天河觀測(cè)站參與施放探空氣球全過(guò)程,學(xué)習(xí)不少知識(shí)。
膨脹式一次性使用的膠乳探空氣球,升空高度是關(guān)鍵。我國(guó)自主研發(fā)、以離子沉積和充氣定型方法,制造各種規(guī)格探空氣球的歷史己有近六十年。要在過(guò)去升高30000米基礎(chǔ)上,提高到40000米甚至更高,從事設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造的技術(shù)人員,正在逐步實(shí)現(xiàn),要趕上世界先進(jìn)水平。眾所周知,搜集高空氣象要素,氣球升空高度標(biāo)志著膠乳探空氣球的設(shè)計(jì)和制造水平(當(dāng)然也要相關(guān)施放條件及方法等諸多因素配合)。影響氣球升空高度的因素很多,除上述外部因素,如施放方法和天氣情況外,生產(chǎn)氣球的膠乳質(zhì)量,各種配合助劑質(zhì)量、配方設(shè)計(jì),模型的精準(zhǔn)對(duì)稱度,也是關(guān)鍵。因?yàn)槟z乳探空氣球是無(wú)縫薄膜制品,又是在膨脹、負(fù)重狀態(tài)下使用,球身不能偏,厚度要均勻,球膜絕對(duì)不能有雜質(zhì)、氣泡和劃痕。因此,在生產(chǎn)工藝上,必須嚴(yán)按規(guī)定技術(shù)條件,以一絲不茍的工匠精神操作。
膠乳探空氣球的生產(chǎn)流程十分繁瑣,從模型檢查、膠乳配合、凝固劑配制、浸劑和浸膠、熱水處理、瀝濾、脫模、泡洗、涂粉、擺放、充氣定型、硫化、檢驗(yàn)、到最后一步包裝,每一步都事關(guān)重大。凡在自檢,互檢,層檢過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)定工藝條件和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,堅(jiān)決不能流入下一工序。
生膠乳在使用前必須嚴(yán)格檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo),各種配合劑的分散體,要檢查沉降量分散度;乳濁液要檢查看乳化效果;溶液配制要檢查比例標(biāo)準(zhǔn)……配合膠乳在使用前的停放,熟成,要過(guò)濾。輸膠生產(chǎn)過(guò)程以及浸漬槽內(nèi)也要定期過(guò)濾,去除凝膠粒。凝固劑也要定期過(guò)濾和補(bǔ)加正丁醇。
充氣定型操作是一項(xiàng)細(xì)活。這一工序是濕膠膜中橡膠分子在氣體壓力作用下定向排列的過(guò)程。因此,定型時(shí)的溫度、濕度、氣球定型直徑、定型時(shí)間以及充氣壓力都會(huì)直接影響氣球規(guī)格尺寸,厚度的均勻度和氣球外形的優(yōu)劣。根據(jù)筆者操作經(jīng)驗(yàn),充氣壓力大時(shí),球形較好。在重量一定的條件下,適當(dāng)增加定型直徑,或延長(zhǎng)定型時(shí)間,對(duì)提高氣球的升空高度有較大好處。在充氣定型后的半成品進(jìn)入硫化及干燥工序,其工藝條件也會(huì)直接影響探空氣球的物理機(jī)械性能。
探空氣球爆破時(shí)的體積的大小,也是氣球升高的因素。因?yàn)榍蚯粌?nèi)充有比空氣輕得多的氫氣或氦氣,球體借助于空氣的浮力上升,隨著大氣層高度的增加,空氣密度按指數(shù)函數(shù)遞減,氣球要繼續(xù)上升,氣球的體積就必須增大,氣球體積膨脹越大,氣球升高就越高。所以說(shuō),氣球爆破時(shí)的體積大小,決定了氣球的最終升空高度。在設(shè)計(jì)配方時(shí),要考慮探空氣球在升空中不同上升高度的舉力,并提供在此舉力下,升至要求高度上所需要的體積。
要想提高升空高度,探空氣球的配方設(shè)計(jì),必須考慮球膜在嚴(yán)苛的氣象因素下的耐久性。首先要使氣球具有低溫下膨脹性能和耐寒性,因?yàn)樵跉馇蛏仙^(guò)程中,要經(jīng)受一段較長(zhǎng)時(shí)間的低溫冷凍過(guò)程,因此要考慮選用成膜性能好,玻璃化溫度低,抗結(jié)晶性能優(yōu)越的膠乳。通常可單用優(yōu)質(zhì)的高氨離心法濃縮天然膠乳,也可按比例并用合成氯丁膠乳。同時(shí)在膠乳中,采用內(nèi)增塑方法,添加少量3-5份耐寒性酯類和石油系增塑劑,如DOS,液體石蠟等(要乳化)。但是,耐寒內(nèi)增塑劑,對(duì)探空氣球膠膜的耐老化性及物理性能均有一定的負(fù)面影響,故加入量要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和工藝性能適當(dāng)選擇耐寒劑。
眾所周知,氧化作用是膠乳制品的主要老化形式。而陽(yáng)光具有強(qiáng)烈的活化作用,尤其是紫外光中的短波,對(duì)膠乳探空氣球的橡膠分子破壞最嚴(yán)重。還有O3,能與膠乳探空氣球橡膠分子的雙鍵發(fā)生反應(yīng),使其發(fā)生龜裂。因此膠乳探空氣球在高空呈膨脹和負(fù)重工作狀態(tài)下,特別是在紫外光的強(qiáng)烈照射下更加速球膜老化,以致使探空氣球過(guò)早爆破,而無(wú)法達(dá)到理想的期望高度。所以想膠乳探空氣球提高升空高度,添加針對(duì)性防老劑是必不可少的,如對(duì)苯二胺弆4010NA,三嗪類,UV系列以及光屏蔽劑等。在應(yīng)用防老劑時(shí)也必須通過(guò)試驗(yàn),掌握用量,合理確定,如一味加大防老劑用量,會(huì)適得其反。
膠乳探空氣球產(chǎn)品,不同于其它膠乳制品,在應(yīng)用領(lǐng)域和設(shè)計(jì)制造方面有它的特殊性和科技含量,目前世界上能自主設(shè)計(jì)和制造的國(guó)家不多。在升空高度上,仍在不斷地研發(fā)與追求。我國(guó)膨脹型膠乳探空氣球,經(jīng)過(guò)幾代人的努力,現(xiàn)已跨入世界先進(jìn)水平,滿足了我國(guó)現(xiàn)代國(guó)防及民用氣象需要,并有出口,同時(shí)還得到國(guó)際氣象組織認(rèn)可。筆者深信在不久將來(lái),膠乳探空氣球,在新材料,新工藝大突破的條件下,實(shí)現(xiàn)升空高度40000米的跨越將不在是夢(mèng)。(文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))