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作者: 谈珍，李博文
来源: 中国腐蚀与防护网
发布时间: 2016-12-14
关键词: 低发射率, 红外, 隐身, 涂层, 制备
领域: 腐蚀领域
摘要: 低发射率红外隐身涂层的制备
正文: 0　引言温度高于绝对零度（即-273 ℃）的任何物体，组成它们的原子和分子都处于无规则的热运动状态中，这种无规则运动随温度的升高而加剧。分子、原子在热运动的同时，带电粒子不停地发生能级跃迁，于是不断地以电磁波的形式向外释放能量，这称为热辐射。不同物体的热辐射的强度和波谱不同，这成为侦查设备探测与识别不同目标的重要依据。一般而言，物体的温度越高，其红外辐射越强。所以说，包括作战人员在内的所有军事目标都能产生红外辐射，因此，热红外探测在现代军事侦查监视中正发挥着越来越重要的作用。随着红外探测技术的提高，红外隐身材料研发和应用的重要性与日俱增。红外隐身材料按照作用机理分为控制比辐射率和控制温度两类，控制比辐射率红外隐身材料主要有涂料和薄膜，红外隐身涂料由于其突出的优点，成为红外隐身材料中最重要的品种之一。本文采用自制高支化度聚酯为成膜物质，选用BYK 164及BYK P104S混合助剂作为润湿分散剂，研究了基料树脂对涂层机械性能的影响；另外低发射率涂料红外特性的影响因素很多，颜料就是其中一个重要的因素，本文分别研究了应用于红外隐身涂层的着色颜料、金属颜料的添加量以及金属颜料在涂层表面排布状态对涂层红外发射率的影响。 1 试验部分 1.1 试验原料聚酯：自制，羟基含量为8.6%；N-75，拜耳；钛白粉：金红石型；氧化铬绿：JM-205，石家庄冀荣化工有限公司；透明氧化铁黄：浙江神光材料科技有限公司；铁红；气硅：SYLDID7000，格雷斯；BYK 164；BYK P104S；二甲苯；醋酸丁酯。 1.2 主要试验及检测设备涂料快速分散机，KS370，广州德满亿仪器有限公司；高速分散机，SDF400，四川赛可隆试验设备有限公司；IR-2双波段发射率测量仪，上海成波光电技术科技有限公司；扫描电镜，JSM-IT100，日本电子株式会社。 1.3 低发射率涂料的制备将聚酯用二甲苯和醋酸丁酯溶解后加入BYK 164，搅匀后加入除透明氧化铁黄以外的颜填料，研磨分散4 h后加入透明氧化铁黄以及BYK 104S再分散30 min，过滤后加入铝粉，以300 r/min分散10 min。涂料颜基比为0.8 ∶ 1.0，固含量为65%。 1.4 涂层的制备该涂料为双组分聚氨酯漆，以n（NCO） ∶ n（OH） =1.2∶1.0配漆，用二甲苯 ∶ 醋酸丁酯=1 ∶ 1的混合溶剂兑稀至喷涂黏度后静置15 min，用压缩空气喷涂法喷涂于基材表面。 2 结果与讨论 2.1 试验配方红外隐身涂料色浆配方见表1。 2.2 结果分析 2.2.1 涂层机械性能通过试验线性己二酸聚酯、高支化度聚酯两种树脂，当成膜物质为高支化度聚酯时，涂层机械性能最佳，试验结果如表2所列。由于高支化度聚酯的支化结构，使其存在大量的端基官能团，具有较好的流动性，不仅可以在研磨分散时对颜料粒子有较好的润湿包覆性，增强了对底材的粘结力，也赋予了该树脂很好的交联成膜性能。本试验通过控制高支化聚酯的支化度，合成羟基含量为8.6%的高支化聚酯，调整颜基比为0.8 ∶ 1.0时，涂层具有很好的机械性能以及热红外性能。 2.2.2 助剂的选用及用量色浆分散时，由于选用颜料的密度差异、润湿分散性能等的差异，尤其是透明氧化铁黄，粒径很小，比表面积很大，很难分散，色浆研磨分散后罐中状态不均匀，喷涂后漆膜浮色发花，通过试验最终确定BYK 164及BYK P104S混合助剂为该涂料的润湿分散剂，使用该混合助剂后，涂层表面状态及贮存稳定性较好。具体试验结果见表3。以上结果表明，单纯使用一种润湿分散剂均不能完全解决该涂层浮色发花现象，由于BYK P104S可以使色浆中颜料粒子共沉降，因此选用混合助剂BYK 164及BYK P104S，漆膜浮色发花现象得到解决，同时具有很好的贮存稳定性。 2.2.3 着色颜料的选择根据以上配方制得色浆，与N-75配漆后喷涂于马口铁板，涂层厚度约为30 μm，检测8 ～ 14 μm波段涂层发射率分别为0.491（土黄色）、0.845（草绿色）。以上试验结果可知，彩色颜料的加入会使涂层的发射率急剧升高，因此要想得到低发射率的红外隐身涂层，应制备发射率较低的浅色涂层，目前的研究情况是比较容易得到发射率极低的白色或灰色涂料样品。但是很多情况下需要得到与可见光兼容的隐身涂层（如丛林迷彩，沙漠迷彩等），为了满足与可见光伪装兼容的要求，红外隐身涂料必须选用相对应的着色颜料，因此，对于着色颜料仅能要求其不损害涂料的隐身性能。 2.2.4 金属颜料的选择及添加量对涂层发射率的影响光学研究表明，电磁波入射到不同介质的交界面上，发生反射、吸收、透射后有：α+ρ+τ=1，其中α为吸收率，ρ为反射率，τ为透射率，对于不透明表面τ=0，根据基尔霍夫定律有α=ε（ε为发射率），则α=ε=1-ρ，因此具有较高反射率的金属填料在低发射率红外隐身涂料研究中受到青睐，而铝粉为红外隐身涂料中应用较多的金属填料。铝粉的形貌和粒径对涂层红外发射率的影响很大，目前生产的铝粉主要有球形、棒状、鳞片状以及无规则结构，由于鳞片状铝粉径厚比较大，铺展性较好，很容易浮到涂层表面，因此本试验选用漂浮型鳞片状铝粉为金属填料。其中，若粒径太小（如10 μm、12 μm），铝粉径厚比很大，成膜后铝粉紧密地排布在涂层表面，很多应用领域很难做到与背景颜色相近，不利于可见光隐身。通过试验，最终确定所用铝粉为粒径28 μm，厚度约0.8 μm的浮型铝粉。铝粉添加量对涂层红外发射率亦有很大影响，试验结果见表4。表4结果表明，铝粉添加量越大，涂层红外发射率越低。铝粉添加量越大，更容易在涂层表面形成紧密排列的金属层，对电磁波的反射更高，涂层发射率越低。 2.2.5 涂层的表面形貌对发射率的影响涂层表面铝粉的分布以及涂层的平整度均对涂层红外发射率的影响很大。若一束入射波辐射在凹凸不平的表面上，则会发生多次漫反射，增加了物体表面对红外辐射吸收的机会；另一方面，凹凸不平的表面使辐射体的相对辐射面积增大，从而增加了其辐射能，相应的发射率也会增大。因此，表面越粗糙不平，涂层红外发射率越大，为了得到低发射率红外隐身涂层，应尽可能使涂层表面平整光滑且铝粉整齐排列。本试验中铝粉添加量为颜料质量分数的35%时，涂层表面铝粉分布及涂层表面状态如图1 ~ 4所示。图1 ~ 2为电镜下检测结果，图3 ~ 4分别为草绿色和土黄色在100倍放大镜下看到的涂层表面铝粉分布情况。通过以上检测结果不难看出，制得的低发射率红外隐身涂层表面铝粉分布均匀，涂层表面结构致密平整，该涂层具有优异的红外性能。 3 结语 1）合成超支化聚酯作为低发射率红外隐身涂层的成膜物质，使涂层具有优异的机械性能。 2）助剂选用德国毕克的BYK 164和BYK P104S 混合助剂，改善了涂层浮色发花问题。 3）对于着色颜料的选择仅能要求其不损害涂层的红外隐身性能。 4）铝粉选用粒径为28 μm，厚度约为0.8 μm的浮型铝粉，添加量占涂层颜料质量百分数的35%时，涂层8 ～ 14 μm发射率约为0.491。 5）要想得到低发射率红外隐身涂层，涂层表面应尽可能平整光滑，铝粉应尽可能整齐排列于涂层表面。更多关于材料方面、材料腐蚀控制、材料科普等等方面的国内外最新动态，我们网站会不断更新。希望大家一直关注中国腐蚀与防护网http://www.ecorr.org 责任编辑：王元《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事投稿联系：编辑部电话：010-62313558-806 邮箱：ecorr_org@163.com 中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414

低发射率红外隐身涂层的制备

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