一种气象气球及其制备方法和含有该气象气球的组合式气球

摘要

本发明提供了一种气象气球，气象气球包括如下组份及重量份：离心浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0~0.30份，酪素0~0.2份，平平加O 0~0.15份，硫磺1~2份，N-苯基-2-萘胺1~2份，乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌1~2份，N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺1~2份，氧化锌0.5~3份，机械油3~5份，乳化石蜡3~7份。本发明还提供了该气象气球的制备方法和组合式气象气球。本发明提供的750克规格气象气球平均升空高度达到了30450米，升空高度达到26000米的有效率为88.2%，1600克规格气象气球雨天平均升空高度达到了33481米，升空高度达到30000米的有效率为91.7%，均达到目前对气象气球的要求。

说明书

技术领域

本发明属于气象探测领域，尤其涉及一种气象气球及其制备方法和含有该气象气球的组合式气象气球。

背景技术

气象气球是研究大气、发展气象、航空、宇宙飞行技术和进行空间科学研究重要而不可或缺的运载工具。

目前，常规气象气球在雨雪、冰冻、大风等恶劣气候条件下的平均升空高度比晴好天气条件下的平均升空高度要低很多，造成了台站高空数据的缺失。如果能够在雨雪、冰冻、大风等恶劣气候下更多的了解高低层大气相互影响和扰动传输过程，观察太阳紫外辐射在平流层和中层大气中的传输、吸收和光化反应等过程，将有利于对大气整体物理过程及平流层环流的变化的研究，从而进一步提高探测高度和探测水平，为气象预警预报提供准确及时的服务，提高全社会防御灾害事件的能力和水平，最大程度地保护人民生命财产安全。这就需要能够在恶劣气候条件下使用的高空气象气球。

现有技术中的气象气球虽然在一般的天气情况下能够达到30000米左右的高度，但是在雨雪、冰冻、大风等恶劣气候条件下，气球的升空高度大幅降低，且不稳定，例如750克的气球，平均探测高度约为18000米，最低探测高度为12000米左右，即使增加气球的质量，也难以有效解决升空高度问题，与探测规范要求的26000米探测高度差距很大，26000米高度有效率不足50%，造成台站高空数据的缺失，影响天气预报的准确率和气象科学研究。

其原因在于上述气球的球皮不具有疏水性能，在雨雪天施放时，气球球皮表面会凝聚雨水，在低温区水结成冰，球皮表面的冰层严重影响气球的伸张率和回弹性能，气球抗结晶性能差，提前炸裂，影响升空高度。

如公开号为CN102352060A的中国专利公开了一种气象气球及其制备方法，该气象气球由下列重量份的物料构成：天然离心浓缩胶乳100、酪蛋白0.10-0.25、氢氧化钾0.15-0.40、分散剂NF0.05-0.10、四硼酸钠0.01-0.05、拉开粉BX0.5-1.0、平平加O 0.05-0.15、硫磺1.5-2.5、促进剂PX0.7-3.0、防老化剂1.5-2.5、4010NA 1.5-3.1、氧化锌0.1-2.5、抗寒剂3.0-5.0以及氯丁乳胶与异戊二烯聚合物3-8。按上术述方法制得的气象气球不具有疏水性能，在恶劣天气情况下无法满足高度有效率的使用要求。

发明内容

本发明为解决上述存在的技术问题，提供一种能够适应恶劣天气使用的气象气球及其制备方法和含有该气象气球的组合式气象气球。

本发明提供了一种气象气球，所述气象气球包括如下组份及重量份：

离心浓缩天然胶乳100份

氢氧化钾0~0.30份

酪素0~0.2份

平平加O  0~0.15份

硫磺1~2份

防老剂D（N-苯基-2-萘胺） 1~2份

PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌）1~2份

4010NA（N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺） 1~2份

氧化锌0.5~3份

机械油3~5份

乳化石蜡3~7份。

本发明还提供了一种组合式气象气球，所述组合式气象气球包括外球和位于其内的内球，所述外球为本发明所述的气象气球。

本发明还提供了所述的气象气球的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1、将硫磺、N-苯基-2-萘胺、N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺、乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌和氧化锌制成水分散体；

S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成溶液；

S3、将机械油和乳化石蜡配制成乳状液；

S4、将水分散体及溶液添加到浓缩天然胶乳中，然后再加入乳状液，混合搅拌均匀，得到组合物；

S5、将组合物制备得到气象气球。

本发明充分利用石蜡具有疏水性的特点，在气球生产原料中加入乳化石蜡，使其均匀分布于球皮胶膜中，由于石蜡在硫化胶中的溶解度比硫化前小得多，因此,在气球硫化过程中，部分未溶解的石蜡在硫化胶中发生结晶化变化形成石蜡结晶体，这些石蜡结晶体受到周围胶料的压力而对其内部产生应力，该带有内应力的石蜡结晶体与周围直接接触的胶料之间以局部平衡而存在，而与此相反，处于表面的胶料却与无应力状态的石蜡保持平衡。因此，在气球生产完成后停放过程中，就会产生使带有内应力石蜡结晶体重新溶解到胶料中而变成无应力石蜡析出表面的作用力。在这种作用力的作用下，发生石蜡在胶料中向表面迁移的现象。即石蜡逐步迁移到气球表面，因此，在气球生产完成之后停放一定时间，这些迁移到气球表面的石腊形成了一层防水的隔层。该隔层能随同球皮膨胀或回弹。

因此，即使在恶劣气候条件下，在升空过程中，气球表面的雨雪附着量比较少，那么在进入低温区后，在气球表面结冰层的量也就变少，进而可以改善气球在低温条件下的伸张率和回弹性能，使气球可以在恶劣天气情况下，达到需要的高度。

附图说明

图1是本发明组合式气象气球的结构示意图。

图中：1-外球、2-内球。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种气象气球，所述气象气球包括如下组份及重量份：

离心浓缩天然胶乳100份

氢氧化钾0~0.30份

酪素0~0.2份

平平加O 0~0.15份

硫磺1~2份

防老剂N-苯基-2-萘胺 1~2份

乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌1~2份

N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺 1~2份

氧化锌0.5~3份

机械油3~5份

乳化石蜡3~7份。

本发明中，气象气球生产完成后停放过程中，乳化石蜡可以发生迁移，在气球表面形成隔离层，能有效的隔离水分，该隔离层能随同球皮膨胀或回弹，适应于恶劣天气下使用，组合式气象气球的外球在雨天升空过程中能有效保护内球。

为了进一步增强气球的性能，优选地，所述乳化石蜡的含量为4~5重量份。其含量过少，达不到理想的效果，过多则会影响气球加工中的成膜性能。

为了进一步增强气球的防老性能，优选地，所述外球中还包括5~15重量份氯丁胶乳。

优选地，所述气象气球的质量700~800克，球柄长度为13~16厘米，球柄宽度8~10厘米，球体长度为210~250厘米。

优选地，所述气象气球的质量1550~1650克，球柄长度为12~16厘米，球柄宽度9~13厘米，球体长度为305~355厘米。

 

本发明还提供了一种组合式气象气球，如图1所示，包括外球1和位于外球1内部的内球2。所述外球1为本发明所述的气象气球。

优选地，所述外球1的质量为85~115克，球柄长度为8~11厘米，球柄宽度8~10厘米，球体长度为57~69厘米，所述内球的质量为700~800克。

优选地，所述外球1的质量为270~330克，球柄长度为8~11厘米，球柄宽度9~11厘米，球体长度为130~150厘米，所述内球的质量为1550~1650克。

本发明中，组合式气象气球本发明的发明人通过对探空数据的长期观察，发现雨雪等恶劣气候与晴天气象要素差别主要在10000米以下的区段内，10000米以上高度的气象要素与天气良好时几乎无差别。针对这一特性，发明人设计了一种组合模式，利用类似火箭多级升空的原理进行施放。即在充气正常的内球的外面套一个特殊制作的外球，即上述的气象气球，让外球接触雨水层，以克服湿度较大的不利气象要素；当组合式气象气球通过了10000米高度的恶劣气象要素层后，外球炸掉脱离，内球继续升空，继续携带仪器升空到所需高度，探测高空气象要素。

当外球质量为85~115克时，优选地，所述内球的质量为700~800克。优选地，所述内球的举力为1.5~2.6千克，所述气象气球的总举力为2.2~3.1千克。这样能很好的满足外球在10000米左右爆炸，内球继续升空，达到26000米以上的要求。

当外球质量为270~330克时，优选地，所述内球的质量为1550~1650克。优选地，所述内球的举力为2.0~2.4千克，所述气象气球的总举力为2.9~3.4千克。这样能很好的满足外球在10000米左右爆炸，内球继续升空，达到30000米以上的要求。

本发明还提供了本发明所述的气象气球的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1、将硫磺、N-苯基-2-萘胺、N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺、乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌和氧化锌制成水分散体；

S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成溶液；

S3、将机械油和乳化石蜡配制成乳状液；

S4、将水分散体及溶液添加到浓缩天然胶乳中，然后再加入乳状液，混合搅拌均匀，得到组合物；

S5、将组合物制备得到气象气球。

优选地，该方法还包括在步骤S5之前，在组合物中加入氯丁胶乳。

步骤S5的具体步骤为：

1、模具浸渍：将气球模具在凝固剂中浸渍；

2、贴膜：将表面粘有凝固剂的模具在配置的组合物中浸泡，使组合物均匀的黏在气球模具上；

3、凝固脱模：粘有组合物的气球模具表干后置于热水中浸泡脱模，并将脱模后的气球毛坯置于水温为20-30℃的水槽中浸泡40-50分钟；

4、充气定型：将气球毛坯充气并定型，放气后并硫化形成气象气球，该气象气球停放一个月以上；

5、形成气象气球：采用现有的气象气球作为内球，并将其放置在步骤4中得到的外球内形成组合式气象气球。

下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

1、气象气球的组成

离心浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.15份，酪素0.2份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚 ） 0.1份，硫磺1份，防老剂D（N-苯基-2-萘胺）1.5份，PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌）1份，4010NA（N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺）2份，氧化锌1.5份，机械油重量比为3.00份，乳化石蜡5份；

2、制备方法

（1）制备组合物

S1、将硫磺、防老剂D、4010NA、PX和氧化锌制成水分散体；

S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成溶液；

S3、将机械油和乳化石蜡配制成乳状液；

S4、将水分散体及溶液添加到浓缩天然胶乳中，然后再加入乳状液，混合搅拌均匀，得到组合物；

（2）制备气象气球

1、模具浸渍：将气球模具在凝固剂中浸渍；

2、贴膜：将表面粘有凝固剂的模具在配置的组合物中浸泡，使组合物均匀的黏在气球模具上；

3、凝固脱模：粘有气球组合物的气球模具表干后置于热水中浸泡脱模，并将脱模后的气球毛坯置于水温为20-30℃的水槽中浸泡40-50分钟；

4、充气定型：将气球毛坯充气并定型，放气后并硫化形成气象气球的外球，该外球停放一个月以上；

5、形成气象气球：采用现有的气象气球作为内球，并将其放置在步骤4中得到的外球内形成组合式气象气球A1。

外球的质量100克，球柄长度8厘米，球柄宽度8厘米，球体长度63厘米；内球的质量750克。

实施例2

1、气象气球的组成

离心浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.30份，酪素0.1份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚 ） 0.15份，硫磺2份，防老剂D（N-苯基-2-萘胺）1份，PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌）1.5份，4010NA（N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺）1份，氧化锌3份，机械油重量比为5.0份，氯丁胶乳5份，乳化石蜡7份；

2、制备方法

（1）制备组合物

S1、将硫磺、防老剂D、4010NA、PX和氧化锌制成水分散体；

S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成溶液；

S3、将机械油和乳化石蜡配制成乳状液；

S4、将水分散体及溶液添加到浓缩天然胶乳中，然后再加入乳状液和氯丁胶乳，混合搅拌均匀得到组合物。

（2）制备气象气球

1、模具浸渍：将气球模具在凝固剂中浸渍；

2、贴膜：将表面粘有凝固剂的模具在配置的组合物中浸泡，使组合物均匀的黏在气球模具上；

3、凝固脱模：粘有组合物的气球模具表干后置于热水中浸泡脱模，并将脱模后的气球毛坯置于水温为20-30℃的水槽中浸泡40-50分钟；

4、充气定型：将气球毛坯充气并定型，放气后并硫化形成气象气球的外球，该外球停放一个月以上；

5、形成气象气球：采用现有的气象气球作为内球，并将其放置在步骤4中得到的外球内形成组合式气象气球A2。

外球的质量115克，球柄长度11厘米，球柄宽度10厘米，球体长度69厘米；内球的质量800克。

实施例3

1、气象气球的组成

离心浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.1份，酪素0.15份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚 ） 0.1份，硫磺1.5份，防老剂D（N-苯基-2-萘胺）2份，PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌）2份，4010NA（N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺）1.5份，氧化锌0.5份，机械油重量比为4份，氯丁胶乳15份，乳化石蜡3份；

2、制备方法

（1）制备组合物

S1、将硫磺、防老剂D、4010NA、PX和氧化锌制成水分散体；

S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成溶液；

S3、将机械油和乳化石蜡配制成乳状液；

S4、将水分散体及溶液添加到浓缩天然胶乳中，然后再加入乳状液和氯丁胶乳，混合搅拌均匀得到组合物。

（2）制备气象气球

1、模具浸渍：将气球模具在凝固剂中浸渍；

2、贴膜：将表面粘有凝固剂的模具在配置的组合物中浸泡，使组合物均匀的黏在气球模具上；

3、凝固脱模：粘有组合物的气球模具表干后置于热水中浸泡脱模，并将脱模后的气球毛坯置于水温为20-30℃的水槽中浸泡40-50分钟；

4、充气定型：将气球毛坯充气并定型，放气后并硫化形成气象气球的外球，该外球停放一个月以上；

5、形成气象气球：采用现有的气象气球作为内球，并将其放置在步骤4中得到的外球内形成组合式气象气球A3。

外球的质量85克，球柄长度10厘米，球柄宽度9厘米，球体长度57厘米；内球的质量700克。

实施例4

1、气象气球的组成

离心浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.15份，酪素0.2份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚 ） 0.1份，硫磺1份，防老剂D（N-苯基-2-萘胺）1.5份，PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌）1份，4010NA（N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺）2份，氧化锌1.5份，机械油重量比为3.00份，氯丁胶乳5份，乳化石蜡5份。

2、制备方法

（1）制备组合物

S1、将硫磺、防老剂D、4010NA、PX和氧化锌制成水分散体；

S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成溶液；

S3、将机械油和乳化石蜡配制成乳状液；

S4、将水分散体及溶液添加到浓缩天然胶乳中，然后再加入乳状液和氯丁胶乳，混合搅拌均匀，得到组合物；

（2）制备气象气球

1、模具浸渍：将气球模具在凝固剂中浸渍；

2、贴膜：将表面粘有凝固剂的模具在配置的组合物中浸泡，使组合物均匀的黏在气球模具上；

3、凝固脱模：粘有气球组合物的气球模具表干后置于热水中浸泡脱模，并将脱模后的气球毛坯置于水温为20-30℃的水槽中浸泡40-50分钟；

4、充气定型：将气球毛坯充气并定型，放气后并硫化形成气象气球的外球，该外球停放一个月以上；

5、形成气象气球：采用现有的气象气球作为内球，并将其放置在步骤4中得到的外球内形成组合式气象气球A4。

外球的质量300克，球柄长度11厘米，球柄宽度11厘米，球体长度150厘米；内球的质量1600克。

实施例5

1、气象气球的组成

离心浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.1份，酪素0.15份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚 ） 0.1份，硫磺1.5份，防老剂D（N-苯基-2-萘胺）2份，PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌）2份，4010NA（N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺）1.5份，氧化锌0.5份，机械油重量比为4份，氯丁胶乳15份，乳化石蜡3份；

2、制备方法

（1）制备组合物

S1、将硫磺、防老剂D、4010NA、PX和氧化锌制成水分散体；

S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成溶液；

S3、将机械油和乳化石蜡配制成乳状液；

S4、将水分散体及溶液添加到浓缩天然胶乳中，然后再加入乳状液和氯丁胶乳，混合搅拌均匀得到组合物。

（2）制备气象气球

1、模具浸渍：将气球模具在凝固剂中浸渍；

2、贴膜：将表面粘有凝固剂的模具在配置的组合物中浸泡，使组合物均匀的黏在气球模具上；

3、凝固脱模：粘有组合物的气球模具表干后置于热水中浸泡脱模，并将脱模后的气球毛坯置于水温为20-30℃的水槽中浸泡40-50分钟；

4、充气定型：将气球毛坯充气并定型，放气后并硫化形成气象气球的外球，该外球停放一个月以上；

5、形成气象气球：采用现有的气象气球作为内球，并将其放置在步骤4中得到的外球内形成气象气球组合式A5。

外球的质量270克，球柄长度8厘米，球柄宽度9厘米，球体长度130厘米；内球的质量1550克。

实施例6

1、气象气球的组成

离心浓缩天然胶乳100份，氢氧化钾0.30份，酪素0.1份，平平加O（十二烷基聚氧乙烯醚 ） 0.15份，硫磺2份，防老剂D（N-苯基-2-萘胺）1份，PX（乙基-苯基-二硫代氨基甲酸锌）1.5份，4010NA（N-苯基-N’-异丙基-对苯二胺）1份，氧化锌3份，机械油重量比为5.0份，乳化石蜡7份；

2、制备方法

（1）制备组合物

S1、将硫磺、防老剂D、4010NA、PX和氧化锌制成水分散体；

S2、将氢氧化钾、酪素和平平加O配制成溶液；

S3、将机械油和乳化石蜡配制成乳状液；

S4、将水分散体及溶液添加到浓缩天然胶乳中，然后再加入乳状液，混合搅拌均匀得到组合物。

（2）制备气象气球

1、模具浸渍：将气球模具在凝固剂中浸渍；

2、贴膜：将表面粘有凝固剂的模具在配置的组合物中浸泡，使组合物均匀的黏在气球模具上；

3、凝固脱模：粘有组合物的气球模具表干后置于热水中浸泡脱模，并将脱模后的气球毛坯置于水温为20-30℃的水槽中浸泡40-50分钟；

4、充气定型：将气球毛坯充气并定型，放气后并硫化形成气象气球的外球，该外球停放一个月以上；

5、形成气象气球：采用现有的气象气球作为内球，并将其放置在步骤4中得到的外球内形成组合式气象气球A6。

外球的质量330克，球柄长度10厘米，球柄宽度10厘米，球体长度140厘米；内球的质量1650克。

对比例1

用公开号为CN102352060A中的方法制备得到气象气球CA1。

测试方法及数据

1、将气象气球A1-A3及CA1在2013.2.28.19阴雨天气的长沙同时施放，测试其最终的升高高度，结果见表1。

2、雨天将内球单独施放和组合球A1-A6对比施放，测试其升空高度，结果见表2。

3、气象站施放情况

气象气球：A1球

时间：2013.2-2013.4；

地点：长沙

天气状况：气象条件比较恶劣，雨水、大风天气比较多。

具体施放数据见表3。

4、气象站施放情况

气象气球：A4球

时间：2013.2-2013.3；

地点：长沙

天气状况：气象条件比较恶劣，雨水、大风天气比较多。

具体施放数据见表4。

表1

 最终高度（m）A133587A231845A330984CA118996

表2

组合球最终高度（米）单放球最终高度（米）A130505A1内球28323A231230A2内球18560A329879A3内球20430A434976A4内球23750A533875A5内球20165A633795A6内球28450

表3

时间天气状况内球举力总举力外球炸高度最终高度2013.2.28.19雨1.652.2114500335872013.3.1.07雨2.383.1513000315062013.3.1.19雨2.022.8310000313072013.3.17.19雨1.722.8510500322302013.3.19.12雨1.502.9312000341002013.3.22.19雨1.602.8511000319152013.3.23.07雨1.682.946000311712013.3.23.19雨1.722.9710500243152013.3.26.01雨1.812.899000308482013.3.26.19雨2.302.729500299082013.3.29.19雨2.263.059000324322013.3.31.19雨2.603.0310500305062013.3.23雨//11000348042013.3.23雨///326922013.4.19雨2.603.011000295382013.2.19雨2.63.058000178952013.4.21雨2.352.75900028912

表4

时间天气状况内球举力总举力外球炸高度最终高度2013.2.28.19雨2.102.9212000365002013.3.1.07雨2.083.159500351202013.3.1.19雨2.023.1510000334892013.3.17.19雨2.403.2511000351892013.3.19.12雨2.002.9310500359752013.3.22.19雨2.153.0610000240232013.3.23.07雨2.102.948700348702013.3.23.19雨2.302.979000360702013.3.26.01雨2.283.409500344962013.3.26.19雨2.163.3510500326782013.3.29.19雨2.263.059500331092013.3.31.19雨2.353.031150030257

从表1中可以看出，本发明中，规格750克的组合式气象气球的升高高度达到26000米以上，而对比例的气象气球的高度仅有18996米。

从表2中可以看出，组合球的外球在雨天施放时对内球有明显的保护作用，能有效提高其高度。

从表3中可以看出，内球规格750克的组合式气象气球在长沙恶劣气候条件下进行的施放实验，平均升空高度达到了30450米，升空高度达到26000米的有效率（750克球台站要求雨天施放高度为26000米，26000米以上的除以总数得到的即为有效率）为88.2%，达到目前对气象气球的要求。

从表4中可以看出，内球规格1600克的组合式气象气球在长沙恶劣气候条件下进行的施放实验，平均升空高度达到了33481米，升空高度达到30000米的有效率（1600克球台站要求雨天施放高度为30000米，30000米以上的除以总数得到的即为有效率）为91.7%，达到目前对气象气球的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。