低发射率红外隐身涂料的研究解析

第２０卷第３期２００８年６月军械工程学院学报Ｊｏｕｍａｌｏｆ０ｒｄｎ锄ｃｅＥｎ矛ｎｅｅｆｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅＶ０１．２０Ｎｏ．３Ｊｕｎ．．２００８文章编号：１００８—２９５６（２００８）０３一００７６一０３低发射率红外隐身涂料的研究施冬梅１’３，游毓聪２，鲁彦玲３，杜仕国３（１．西安交通大学材料科学与工程学院，陕西西安７ｌ００４９；２．６３８７ｌ部队，陕西华阴７１４２００；３．军械工程学院弹药工程系，河北石家庄０５０００３）摘要：随着红外探测技术的飞速发展，未来战场的各种武器系统面临着严峻的考验。从抗红外探测的角度出发。分析实现红外隐身的技术途径；选择酚醛树脂作为基体，以铝粉、还原铁粉和铜粉为填料，研究制备了涂料，并测苣涂层的红外发射率，结果表明：以铝粉和还原铁粉为填料的涂层红外发射率较低。关键词：发射率；酚醛树脂；红外隐身涂料中图分类号：ＴＱ６３０．７文献标识码：ＡＡＳｔｕｄｙｏｎＬｏｗＩｎｆ｜ａｒｅｄＥｍｉｓｓｉＶｉｔｙｏｆＣｏａｔｉｎｇＳＨＩＤｏｎｇ．ｍｅｉｌ”，ＹＯＵＹｕ．ｃｏｎ９２，ＬＵＹａｎ．１ｉｎ９３，ＤＵＳｈｉ．ｇｕ０３（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓｃｉｅｎｃｅ扑ｄＥｎ舀ｎｅｅｒｉｎｇ，ｘｉ’ａ１１Ｊｉ∞ｔｏｎｇｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｘｉ’ａｎ７１００４９，ｃｈｉｎａ；２．Ｕｎｉｔ６３８７ｌ，Ｈｕａｙｉｎ０ｒｄｎａｎｃｅ７１４２００，Ｃｈｉｌｌａ；３．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｍｍｕｎｉｔｉｏｎＥｎｇｅｎｅ而ｎｇ，Ｅｎ舀ｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉ配ｈｕ肌ｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＷｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｆ溉ｄｄｅｔｅｃ“ｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｗｅ印ｏｎｓｙｓｔｅｍｓｗｉＵｂｅａｒｅｃｏｎｆ而ｎｔｅｄｗｉｔｈｉｎｔｈｅｆ．ｕｔｕｒｅｂａｔｔｌｅｎｅｌｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｐｐｒｏａｃｈｓｏｆｉｎｆｈＩｅｄｓｈｉｅｌｄｉｎｇｌｙｚｅｄｆ而ｍｔｈｅａｎｔｉ—ｉｎｆ｝ａＩ℃ｄｄｅｔｅｃｔｉｎｇｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ．Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎｉｕｍｐｏｗｄｅｒ，Ｉ．ｅｄｕｃｔｉｏｎａｓａｎａ－ｔｈｅｂａｓｅ，ｕｓｉｎｇｔｈｅａｌｕｍｉｎ—ａｒｅｆｅ肿ｕｓｐｏｗｄｅｒａｎｄｃｏｐｐｅｒｐｏｗｄｅｒａｓｔｈｅ６ｌｌｉｎｇ，ｃｏａｔｉｎｇｓｐＩｅｐａＩ．ｅｄａｎｄｉｎｆｔａｒｅｄｅｍｉｔｔａｎｃｅｉｓｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｓｃｏｎｔａｉｎａｎｄａｌｕｍｉｎｉｕｍｐｏｗｄｅｒｈａｓｔｈｅｌｏｗｅｒｉｎｆｒａｒｅｄｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｍｉｓｓｉＶｉｔｙ；ｐｈｅｎ０１ｉｃｒｅｓｉｎ；ｉｎｆｈｒｅｄｓｈｉｅｌｄｉｎｇｃｏａｔｉｎｇｓ２０％（叭％）ｏｆｒｅｄｕｃｔｉｏｎｆｅｒｍｕｓｐｏｗｅｒ红外隐身技术（ｉｎｆＩ．ａｒｅｄｓｔｅａｌｔｈｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）是指同程度的吸收，使得红外线在大气中的传播仅在几个波段可以通行，即近红外（Ｏ．７６—３．００“ｍ）、中红外（３—６斗ｍ）、远红外（６一１５斗ｍ）和极远红外（１５—１显著减小被探测目标的红外光辐射特征，降低被探测目标与环境之间的红外光辐射差异，使探测系统难以发现或使探测系统探测效果降低的综合技术…。红外隐身技术的发展，主要体现在红外隐身涂料、红外隐身网和遮障以及红外对抗３个方面。笔者主要研究低发射率红外隐身涂料。０００斗ｍ）４个波段。由斯忒藩一玻耳兹曼定律可知，物体的红外辐射能量为Ｍ＝８口Ｐ。１红外辐射原理和隐身基本技术途径温度在绝对零度以上的一切物体都要向外辐射电磁波，波长在ｏ．７６～ｌ０００¨ｍ波谱范围的电磁波称为红外线辐射。由于空气中水分和二氧化碳的不收稿日期：２００８们舶；修回日期：２００８拼－２１作者简介：施冬梅（１９６７一），女，硕Ｌ，副教授式中：肘为物体的辐射出射度；盯为玻耳兹曼常数；占为物体韵发射率；丁为物体的绝对温度。因此，从红外辐射原理分析，实现军用装备红外隐身的基本技术途径有：降低军用装备的红外发射率；降低军用装备的表面温度；降低红外探测器至目标光路上的红外大气窗口的透过率；改变辐射特征及调节红外辐射的传输过程。第３期施冬梅等：低发射率红外隐身涂料的研究２树脂基体选择原则和实验涂料一般分为基体（粘合剂）、挥发份（溶剂）、颜料和助剂４个部分。粘合剂是使涂料牢固附着于被涂物表面、形成连续薄膜的物质，是构成涂料的基础。据研究，涂料在红外波段的吸收至少有６０％取决于粘合剂旧Ｊ。因此，粘合剂除了要满足力学性能和加工性能等一般要求外，还应具有在所选红外波段辐射率低、与填料相容性好、与底材粘结性好和工艺性好等特点。可供选择的粘合剂分为有机和无机２大类，其中以有机粘合剂种类最多，目前应用的也最多。与有机粘合剂相比，无机粘合剂的主要缺点就是物理机械性能和工艺性差，若能克服这些缺点，无机粘合剂仍有着较大的应用前景。红外吸收率低、物理机械性能好的有机树脂是有机粘合剂的理想选择。一般来说，有机树脂的红外发射率均较高。虽然大多数树脂在近红外波段无强烈吸收，但由于其中官能团的分子振动，如碳氢在３．３斗ｍ处、羰基在５．７斗ｍ处、碳氧在８．０斗ｍ处的伸缩振动以及碳氢在７．０¨ｍ处的变形振动都能引起树脂在热红外波段的强烈吸收。如聚氨酯（ＰＵ）是分子链中含有氨酯基（一ＮＨＣＯ）和异氰酸酯基（一ＮＣＯ）类的高分子化合物。由于这２个基团的高度不饱和，其红外吸收光谱在热红外波段出现了明显而尖锐的吸收峰，使得聚氨酯虽具有各方面的优异性能，却并不适合用作红外隐身材料。因此，选用不含这些官能基团的树脂可以减少材料在热红外波段的强烈吸收。实验中备选的涂料基体树脂有聚酰胺树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、环氧树脂、醇酸树脂和酚醛树脂。称取一定量树脂，放人烧杯，然后加入稀释剂，搅拌至完全稀释后，按ＧＢｌ７２７－７９（漆膜的一般制备法）涂于载玻片上，常温或高温固化，得到成膜样品。采用ＨｗＦ一１型红外发射率测量仪，测量成膜样品在常温下，波长为８一１４“ｍ时的平均红外发射率。测量结果见表１。表ｌ有机树脂的红外发射率从表１中的测量结果可以看出：聚苯乙烯和酚醛树脂清漆的发射率最低，环氧树脂１、２（１５０℃高温固化）的发射率其次，环氧树脂３和醇酸树脂清漆的发射率都偏高。对于红外发射率较低的酚醛树脂和聚苯乙烯，进行红外光谱分析，观察其在红外波段的吸收峰。红外光谱分析见图１、２。图１中酚醛树脂于８～１４斗ｍ（１２５０～７１４．３ｃｍ“）波段只在１１６９．０ｃｍ。１（９．４斗ｍ）处有３个中强度吸收峰，其透过率一般在３０％一５０％之间。这说明酚醛树脂红外透明性比较好，可用作红外透明粘合剂。图２中聚苯乙烯在１１８１．１６ｃｍ“（８．５斗ｍ），１０６９．４０ｃｍ“（９．３斗ｍ），１０２８．６３ｃｍ“（９．７恤ｍ），９０６．１１ｃｍ“（１１．０¨ｍ），７５６．０１ｃｍ。１（１３．２斗ｍ）等处有弱的吸收峰，大多为苯环在该波段的吸收峰。在该波段的红外透过率可达到６０％～７０％，这说明聚苯乙烯的红外透明性很好。枣｛薹卜趔蜊图１酚醛树脂红外吸收光谱图波数／ｃｍ４图２聚苯乙烯的红外吸收光谱图聚苯乙烯常温下呈固态，硬度非常大，高温能使其熔化，一般溶剂均不能与其相溶，如乙醇、丙酮、乙酸丁酯等，只有极少数溶剂能溶。用二甲苯与２００＃汽油按体积比约１：２配成混合溶剂，聚苯乙烯溶解效果较好，但也要２ｄ左右才能完全溶解。因此，尽管聚苯乙烯的发射率最低，但由于它加工工艺困难，７８军械工程学院学报实验中最终选用酚醛树脂作为涂料的树脂基体。３低发射率涂料的制备和红外发射率测量称取５ｇ酚醛树脂，依次向其中加入０．２ｇ，０．４ｇ，０．６ｇ，０．８ｇ，１．Ｏｇ，１．２ｇ铝粉（２００目）、还原铁粉（２００目）和铜粉（２００目），以ｌｇ乙醇作为稀释剂，经充分研磨后，按ＧＢｌ７２７－７９（漆膜的一般制备法）刷涂于载玻片上，于６０℃固化１２ｈ，得到成膜样品。采用ＨｗＦ一１型红外发射率测量仪，测量成膜样品在常温下波长为８—１４斗ｍ时的平均红外发射率。测量结果见表２—４。表２铜粉一酚醛树脂涂层的红外发射率测量值铜粉质量分数／％Ｏ４８１２１６２０２４红外发射率Ｏ．９３０．９ｌＯ．８８０．８６０．８５Ｏ．８４Ｏ．８４表３还原铁粉一酚醛树脂涂层的红外发射率测最值表４铝粉一酚醛树脂涂层的红外发射率测量值铝粉质量分数／％Ｏ４８１２１６２０２４红外发射率Ｏ．９３Ｏ．８９Ｏ．８６０．８５Ｏ．８３Ｏ．８２Ｏ．８ｌ由表２一中数据可以看出。用铝粉和还原铁粉制备的涂层发射率稍低，而用铜粉制得的涂层发射率稍高一些。有研究数据显示，铝粉粉体的发射率最低为ｏ．４８，而铜粉和还原铁粉的发射率也仅仅为０．６５左右旧Ｊ。将粉体添加到树脂中制成涂料以后，以还原铁粉为填料的涂层发射率最低能到０．８０左右；以铜粉为填料的涂层发射率都在ｏ．８４以上，所以还原铁粉也是一种较好的红外隐身涂料用填料。４结论１）酚醛树脂在８—１４斗ｍ波段只在１１６９．Ｏｃｍ。１（９．４¨ｍ）处有３个吸收峰，透过率在３０％～５０％之间，红外透明性较好。２）聚苯乙烯树脂在８—１４“ｍ波段的吸收峰大多为苯环的吸收峰，红外透过率可达到６０％～７０％，红外透明性很好。７３）以还原铁粉为填料的涂层发射率最低在０．８０左右，以铜粉为填料的涂层发射率都在０．８４以上，所以还原铁粉也是一种较好的红外隐身涂料用填料。参考文献：［１］胡传圻．隐身涂层技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４：３．［２］游毓聪，杜仕国，施冬梅，等．红外隐身涂料粘合剂的应用与研究［Ｊ］．现代涂料与涂装，２００６（７）：５０．５１．［３］费逸伟，黄之杰，唐卫红，等．颜料对低发射率涂料红外辐射特性的影响［Ｊ］．材料科学与工程，２００２，２０（３）：４４９４５２．（责任编辑：陈北宁）低发射率红外隐身涂料的研究作者：作者单位：施冬梅，游毓聪，鲁彦玲，杜仕国，SHIDong-mei，YOUYu-cong，LUYan-ling，DUShi-guo施冬梅,SHIDong-mei(西安交通大学材料科学与工程学院,陕西,西安,710049;军械工程学院弹药工程系,河北,石家庄,050003，游毓聪,YOUYu-cong(63871部队,陕西,华阴,714200，鲁彦玲,杜仕国,LUYan-ling,DUShi-guo(军械工程学院弹药工程系,河北,石家庄,050003军械工程学院学报JOURNALOFORDNANCEENGINEERINGCOLLEGE2008，20(30次刊名：英文刊名：年，卷(期：引用次数：参考文献(3条1.胡传炘隐身涂层技术20042.红外隐身涂料黏合剂的应用与研究[期刊论文]-现代涂料与涂装2006(73.费逸伟.黄之杰.唐卫红.李华强.朱富进颜料对低发射率涂料红外辐射特性的影响[期刊论文]-材料科学与工程2002(3相似文献(5条1.学位论文张帆红外隐身涂料研制及配方发射率的关系研究2004本文运用均匀设计的试验方法对红外隐身涂料的一般性原料进行配方设计,希望找出配方与发射率之间的关系,制作出具有较满意发射率的红外隐身涂料.在低发射率红外隐身涂料的配方研究中,我们采用金属颜料铝粉和锌粉,常规涂料用粘合剂环氧树脂和酚醛树脂为原料,根据不同的原料加入填料、固化剂、增塑剂和稀释剂等助剂.分别对不同的原料通过均匀设计得到以下四组配方:1.铝粉作颜料、环氧树脂作粘合剂的红外低发射率涂料配方;2.锌粉作颜料、环氧树脂作粘合剂的红外低发射率涂料配方;3.铝粉作颜料、酚醛树脂作粘合剂的红外低发射率涂料配方;4.锌粉作颜料、酚醛树脂作粘合剂的红外低发射率涂料配方.通过配方均匀设计、红外隐身涂料的制作、发射率数值的测定和DPS试验数据处理系统对数据的分析研究,得到了红外隐身涂料配方和发射率之间的关系,为今后红外隐身涂料的研究工作奠定了部分理论基础.基本达到了本课题的研究目的.2.期刊论文施冬梅.游毓聪.鲁彦玲.ShiDongmei.YouYucong.LuYanling红外隐