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防中远红外侦视伪装涂料的研究与制备

发表人:admin发表时间:2015-01-13
摘要:本文针对8~14μm波段的红外特征,开发研制以有机硅树脂为粘合剂,加有功能型红外辐射填料的具有一定伪装功能的涂料。测定了填料及涂料的红外发射率。同时采用红外成像仪观察了其使用效果。该涂料可满足一般野外条件下的车辆、建筑物红外迷彩要求。

    关键词:中远红外伪装涂料

    前言 

    随着各种热红外侦察设备的出现和应用,防热红外侦视伪装日趋重要。其中防中远红外侦视伪装涂料的研究尤为活跃。美同早在1967年就开始了用于金属表面的热红外涂料的研究,近年来仍在不断地研究和开发新型防热红外侦视涂料。从己发表的各类文献来看,该类涂料仍处于不断改进、推陈出新、逐步进入实际应用的研究开发阶段[1~5]

    第一代热隐身涂料以兼容可见光伪装为主,主要用于地面和海上目标。它采用传统的涂料粘合剂(如醇酸树脂,聚氨酯等),由于这类粘合剂具有较高的热发射率,只能大量添加金属颜料(含量大多为20Wt%左右),以期降低热红外发射率εTIR值。这样,涂料的可见光伪装能力便受到限制,只能用于有限的场合。

    热隐身涂料的另一个发展方向是在保持优良的可见光伪装性能的同时,进一步降低εTIR值,以满足目标对热隐身性能的更高要求。例如探索具有高红外反射率的有机着色颜料,从理论上说,通过改变有机物的结构和成分,使其在红外波段高反射不是没有可能。除此之外,作为涂料添加剂的相变材料如能研制成功,则可从温度上对热辐射能量加以控制,更有希望降低热红外发射率εTIR值点击此处查看全部新闻图片

    任何类型的伪装,其基本目的都是使目标与背景尽可能达到一致。防中远红外、侦视伪装涂料也不例外,其基本原理是:通过控制目标的温度和发射率,使目标和背景的辐射波长和强度尽可能相一致。因此,理想的防中远红外伪装涂料应具备满意的热红外发射率或较强的控温能力,较低的太阳能吸收率以及具有对热辐射可进行漫反射的表面结构和能与其他波段的伪装相兼容。

    本文研究选择了不同红外发射率的树脂及填料,研制出具有多种发射率的新型红外迷彩涂料。

    2.1实验

    2.1.1原料

    选用聚酯树脂漆、有机硅树脂清漆、有机硅树脂含铝粉漆、高氯化聚乙烯树脂漆、石油树脂漆、氯化橡胶树脂漆、醇酸树脂漆、环氧树脂漆、聚氨酯树脂漆等树脂作为粘合剂。

    选用球状铝粉、片状铝粉、防红外粉、铝箔,Al2O3、CaCO3、MoSi2、Sb2O3、PbO、Bi2O3、CdS、TiO2、ZnO、ZnS、Cr2O3、SiC、等作为功能性添加剂。

    2.1.2实验仪器

    QCJ型漆膜冲击器、125M/M旋转式台虎钳、QBY型摆杆式漆膜硬度计、QZM—1型锥型磨、IR—1型红外发射率测量仪,红外成像仪(军内通用Ⅱ类组件8~14μm)等。

    2.2实验方法

    2..2.1力学性能实验方法 

    漆膜附着力测定方法

    按GB1727—79《漆膜一般制备法》在马口铁板上制备样板3块,待漆膜实干后,于恒温的条件下测定。

    漆膜耐冲击测定方法

    按GB1727—79《漆膜一般制备法》在50*120*0.2~0.3毫米的马口铁板上制备漆膜。在恒温恒湿的条件下进行。

    漆膜硬度测定方法

    根据HG2—507—67标准,使用QBY型摆杆式测定仪。

    漆膜柔韧性测定方法

    按GB1727—79《漆膜一般制备法》在马口铁板上制备漆膜。待漆膜实干后,在恒温恒湿的条件下,用样板在不同直径的轴棒上弯曲而不引起漆膜破坏的最小的直径表示。

    2.2.2红外发射率的测定方法

    红外发射率的测试:采用中国科学院上海技术物理研究所研制的IR—1型红外发射率测量仪,待仪器预热20min以后,温度保持在40℃,测量样品表面在8~14μm波段的红外发射率。

   2.3红外成像仪

    采用军内通用Ⅱ类组件,波长为8~14μm,观察涂料对靶标的伪装效果.

    3.结果及分析

    3.1树脂的性能测试

    3.1.1基本树脂的力学性能及耐化学试剂性能测试

    在常温条件下,按GB1727—79《漆膜一般制备法》在马口铁上制备漆膜,厚度在10~20μm,待漆膜实干后,于恒温的条件下测定,耐高温实验的温度在170℃/2h,在各种条件下,得到表1.数据:

    表1.树脂的力学性能及耐化学试剂性能测试


  附着力 耐冲击 柔韧性 硬度 氯化钠 盐水 (3%,24h) 硫酸 (1mol/L,24h) 氢氧化钠 (1mol/L,24h)
聚酯漆 一级 ≥ 50cm ≤ 3mm 0.11 漆膜完好 漆膜完好 漆膜完好
有机硅漆(高温前) 一级 ≥ 50cm ≤ 3mm 0.801 漆膜完好,失去光泽 漆膜完好、失光、有少量斑点 漆膜完好、失光
有机硅清漆(高温后) 一级 ≥ 50cm ≤ 3mm 0.81 漆膜完好 漆膜完好、失光、有少量斑点 漆膜完好
有机硅含铝粉(高温前) 一级 ≥ 50cm ≤ 1mm 0.611 漆膜完好 漆膜失去光泽、变暗、其余完好 漆膜损坏严重
有机硅含铝粉(高温后) 一级 ≥ 50cm ≤ 1mm 0.651 漆膜完好 漆膜失去光泽、变暗、其余完好 漆膜损坏严重、大部分脱落

    从上表中可以看出聚酯树脂漆的硬度相对于有机硅树脂漆来说是比较低的.然而就有机硅清漆和有机硅含铝粉树脂漆而言,含铝粉漆的耐碱性比较差,实验后,漆膜有大部分脱落,但是有机硅清漆在1mol/LNaoH溶液中24h后,漆膜只有斑点或少量脱落。由此表可以看出,有机硅清漆是比较理想的选择。

    3.1.2加入填料的树脂漆的力学性能测试

    在常温条件下,按GB1727—79《漆膜一般制备法》在马口铁板上制备漆膜,待漆膜实干后,漆膜的厚度在10~20μm,于恒温的条件下测定其力学性能,得到表2。数据。

    表二加入助剂的树脂的力学性能测试



编号 项目 附着力 冲击力 柔韧性 硬度
1 7 级 几乎全脱落 ≤ 2mm 0.529
2 4 级 50cm 冲击点 ≤ 1mm 0.426
3 4 级 50cm 冲击点 ≤ 2mm 0.437
4 7 级 几乎全脱落 ≤ 2mm 0.523
5 6 级 50cm 冲击点 ≤ 2mm 0.448
6 7 级 50cm 冲击点 ≤ 2mm 0.432
7 6 级 50cm 冲击点 ≤ 2mm 0.452


    注:1.底层有机硅清漆,二层为红外功能型填料和清漆的混合层

    2.有机硅清漆和铝粉混合树脂

    3.有机硅清漆和氧化铅混合树脂

    4.低比例有机硅和红外粉的混合树脂.

    5.有机硅30%和氧化铅的混合树脂

    6.高比例有机硅和铝粉的混合树脂

    7.有机硅与氧化铅和铝粉的混合树脂.

    从上表中可以看出2号和3号涂料的附着力相对较好,就几种树脂的耐冲击性而言,除了1,2号树脂的冲击性比较差外,其余几种树脂的耐冲击基本能够符合要求,至于柔韧性方面几种树脂的柔韧性都符合要求,由于硬度基本相差不大,因而主要考虑前面几个方面的因素。这样而言,实验筛选出2号和3号两种树脂的配方作为基本的树脂。

    3.2各种树脂和填料的红外发射率的测试

    在常温条件下,按GB1727—79《漆膜一般制备法》在马口铁板上制备漆膜,实干后,测定其红外发射率,得到表3数据:

    表3.各种树脂漆红外发射率



树脂 高氯乙烯 石油树脂 氯化橡胶 醇酸树脂 环氧树脂 聚氨酯 有机硅清漆
发射率 ε TIR 0.93 0.82 0.92 0.932 0.94 0.94 0.89


    就上表而言,在树脂的红外发射率一栏内,其红外发射率比较低的有2号的石油树脂0.82和7号有机硅树脂0.89,

    各种红外功能性填料的红外发射率测定如下表4。

    表4.各种填料的红外发射率


填料 铝粉 Al 2 O 3 (细) Al 2 O 3 CaCO 3 MoSi 2 Sb 2 O 3 PbO
发射率 ε TIR 0.57 0.87 0.87 0.74 0.80 0.80 0.59
填料 Bi 2 O 3 CdS TiO 2 ZnO 铝箔 ZnS Cr 2 O 3
发射率 ε TIR 0.75 0.89 0.90 0.89 0.89 0.77 0.85
    在填料的红外发射率中,可以看到红外发射率比较低的粉末有铝粉0.57和氧化铅粉末0.59。因此,采用石油树脂、有机硅树脂和铝粉、氧化铅粉末的组合作为涂料的基本材料。

    3.3几种加有填料的树脂漆红外发射率的测试

    在常温条件下,按GB1727—79《漆膜一般制备法》在马口铁板上制备漆膜,漆膜的厚度在10~20μm,红外发射率测定是在温度为40℃的恒温箱里进行的,在上述条件下得到表5数据。

    表5.几种加有填料的树脂红外发射率测试


实验号 1 2 3 4 5 6
发射率 ε TIR 0.86 0.94 0.93 0.92 0.93 0.94
实验号 7 8 9      
发射率 ε TIR 0.72 0.97 0.80      
     注:1.有机硅清漆+铝粉;2.有机硅清漆+CaCO3;3.有机硅清漆+PbO;

    4有机硅清漆+SiC;5.有机硅清漆+红外粉;6.石油树脂+PbO

    7.有机硅底漆,再涂有机硅+铝粉;8.有机硅底漆,再涂有机硅+PbO

    9.有机硅底漆,再涂PbO+石油树脂和铝粉+石油树脂

    从中可以发现,有机硅树脂和氧化铅以及铝粉的组合树脂的红外发射率是相对较低的。


  3.4.红外成像仪观察结果

    在130℃热源靶标下,采用军内通用Ⅱ类组件红外成像仪观察不同温度下的成像结果。如图1~5。

    图1~2为130℃热源靶标下,钢板和条状涂料钢板对靶标的成像图。从图2。可见中间条状区域明显已被遮盖。

图1.普通钢板遮盖图

图1.普通钢板遮盖图

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    图1.普通钢板遮盖

图2.条状涂料钢板

图2.条状涂料钢板

    图2.条状涂料钢板

    图3~5钢板在为不同表面温度下的成像图。

图3.条状涂料钢板(50℃)

图3.条状涂料钢板(50℃)

    图3.条状涂料钢板(50℃)

图4.条状涂料钢板(80℃)

图4.条状涂料钢板(80℃)

    图4.条状涂料钢板(80℃)

图5.条状涂料钢板(90℃)

图5.条状涂料钢板(90℃)

    图5.条状涂料钢板(90℃)

    从实验中可以看到,该涂料在90℃下,仍具有良好的迷彩特性,可以满足一般野外车辆,房屋的红外迷彩需要。

    4.结论

    本文采用降低目标热辐射强度的技术手段,开发出可满足一般野外车辆、建筑物使用要求的红外密彩涂料。经红外成像仪实用测试,具有良好的红外密彩特性。


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