高發(fā)射率紫色涂層織物的制備與性能研究

高發(fā)射率紫色涂層織物的制備與性能研究

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和先進(jìn)控制技術(shù)的頻帶性，傳統(tǒng)作戰(zhàn)武器的威脅越來(lái)越嚴(yán)重。在以衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)和高空高速偵察機(jī)為主的全天候、全天時(shí)的偵察條件下，地面軍事目標(biāo)面臨異常嚴(yán)峻的戰(zhàn)場(chǎng)生存條件。因此，它們的防護(hù)技術(shù)需要不斷提高，才能應(yīng)對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的作戰(zhàn)環(huán)境目前，地面軍事目標(biāo)主要針對(duì)光學(xué)、熱紅外和雷達(dá)偵察，通過(guò)應(yīng)用隱身材料來(lái)減少自身的特征信號(hào)，降低被敵方偵察的概率，從而有效提高戰(zhàn)場(chǎng)生存能力本文制備了紅外低發(fā)射率填料，并通過(guò)表面改性技術(shù)改善其分散性，然后以它為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)色，制得具有典型自然背景光譜反射特征的顏料體系，其光學(xué)特征符合GJB1082–1991《偽裝網(wǎng)用顏色》的要求；然后優(yōu)選性能優(yōu)異的骨架基料──紅外高透過(guò)水性聚氨酯樹(shù)脂，制得可見(jiàn)光紅外一體化偽裝隱身涂料，并將其涂覆在滌綸織物上。通過(guò)對(duì)低發(fā)射率填料含量的調(diào)控，使得3種顏色的涂層織物在8～14μm波段的發(fā)射率梯度之差不小于0.13，實(shí)現(xiàn)了熱圖分割效果，并對(duì)它們進(jìn)行了理化及環(huán)境性能測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了實(shí)用要求。1實(shí)驗(yàn)1.1試劑、儀器和儀器水性聚氨酯樹(shù)脂(固含量36%，紅外發(fā)射率0.860，工業(yè)級(jí))，安徽安大華泰新材料有限公司；鈷綠(223#，工業(yè)級(jí))，美國(guó)薛特；黃顏料(HGR，工業(yè)級(jí))，杭州映山花顏料化工有限公司；永固紅(F4RK，工業(yè)級(jí))，鄭州金鴻化工原料有限公司；永固紫(RL，工業(yè)級(jí))，蘇州卡博精細(xì)化工品有限公司；有機(jī)硅消泡劑、聚氨酯締合型增稠劑、球形鋁粉(粒徑15μm)，山東誠(chéng)旭新材料有限公司；銅粉(樹(shù)枝狀，粒徑20μm)，漯河市華通粉末有限公司；硝酸銀(分析純)，蘇州鑫運(yùn)來(lái)；氨水，滕州潤(rùn)祥化工；酒石酸鉀鈉(分析純)，天津凱通；聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)，南京瑞澤；乙二胺四乙酸二鈉(分析純)，天津福晨化工；硅烷偶聯(lián)劑(KH550，分析純)、滌綸織物，市售。HH-WO數(shù)顯水浴鍋：鄭州市煜城儀器有限公司；MS-ZN320涂布機(jī)：廈門(mén)茂森自動(dòng)化設(shè)備有限公司；TYJB-2000-D分散攪拌機(jī)：韜越機(jī)械科技有限公司；DHG-9145A烘箱：上海善志儀器設(shè)備有限公司；MITR-YXQM-8L球磨機(jī)：長(zhǎng)沙米淇?jī)x器設(shè)備有限公司；千分測(cè)厚儀：川陸量具有限公司。1.2銀包銅粉的制備采用化學(xué)鍍工藝，在室溫下將100g銅粉依次經(jīng)過(guò)50g/L稀H1.3復(fù)合填料的制備將KH550加到無(wú)水乙醇中配制成體積分?jǐn)?shù)為2%的稀溶液，再按m(偶聯(lián)劑溶液)∶m(填料)=10∶1加入復(fù)合填料(鋁粉和銀包銅粉的質(zhì)量比為1∶1)，室溫下磁力攪拌2h，令硅烷偶聯(lián)劑均勻分散在粉體表面，抽濾得到復(fù)合粉體，經(jīng)去離子水和酒精洗滌數(shù)次后在80°C下烘干8h，得到改性復(fù)合填料。1.4水性聚氨酯樹(shù)脂、脫色顏料和低發(fā)射率填料的球磨合成網(wǎng)配方依據(jù)GJB1082–1991，分別選擇深綠色(DG0847)、黃綠色(YG1357)和黃土色(YE2345)進(jìn)行配色。涂料的配方見(jiàn)表1。將稱(chēng)量好的水性聚氨酯樹(shù)脂、著色顏料和低發(fā)射率填料放入分散罐中，加入適量的消泡劑，使用球磨機(jī)以400r/min的轉(zhuǎn)速球磨30min，再加入增稠劑調(diào)節(jié)涂料的黏度至9000mPa·s，使其達(dá)到刮涂的要求。將涂料置于織物上，用刮刀刮平，優(yōu)選厚度為1.0mm的刮刀，涂布速率為7m/min，然后在120°C下烘3min，涂層厚度在40μm左右。1.5涂層織物的外觀1.5.1層織物反射率測(cè)試采用廣州標(biāo)旗電子科技有限公司的光譜反射率測(cè)試儀測(cè)試涂層織物在380～1100nm波段內(nèi)的反射率ρ，并用其自帶的測(cè)色軟件測(cè)試其顏色；采用深圳市三恩時(shí)科技有限公司的NHG60光澤度儀測(cè)量涂層的光澤(60°)。1.5.2紅外吸收效率測(cè)試采用中科院物理所的IR-2雙波段發(fā)射率測(cè)量?jī)x測(cè)量涂層織物的紅外發(fā)射率(測(cè)量波段8～14μm)，通過(guò)主動(dòng)黑體輻射源測(cè)定待測(cè)物表面的法向反射率，進(jìn)而計(jì)算出其在特定紅外波段的吸收率σ。根據(jù)基爾霍夫定律，物體吸收率在數(shù)值上與其發(fā)射率相等，即σ=ε，從而得到被測(cè)物體紅外波段的法向發(fā)射率ε2結(jié)果與討論2.1樹(shù)枝及銅粉形貌采用HITACHI公司的TM3030型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察樹(shù)枝狀銅粉，其形貌如圖1a所示，包覆銀后的形貌如圖1b所示?？梢钥闯?，銀層包覆致密、均勻，基本無(wú)漏鍍、空洞現(xiàn)象，銀層的有效包覆可大大提升銅粉的耐蝕性和導(dǎo)電性。2.2低發(fā)射率填料對(duì)涂層織物紅外發(fā)射率的影響本文選用的著色顏料具有較高的紅外發(fā)射率，由表2可知，僅通過(guò)調(diào)配著色顏料比例難以實(shí)現(xiàn)涂層織物的紅外發(fā)射率梯度設(shè)計(jì)，因此，需要添加低發(fā)射率填料來(lái)調(diào)控它們的紅外發(fā)射率。首先在未加入著色顏料的前提下，考察了低發(fā)射率填料含量(分別為12%、18%、25%、30%、35%和40%，按體系的質(zhì)量計(jì)算)對(duì)涂層織物紅外發(fā)射率的影響。由圖2可見(jiàn)，在填料還未用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)其表面進(jìn)行改性的條件下，當(dāng)填料含量在12%～25%時(shí)，隨著填料增多，涂層織物的紅外發(fā)射率顯著降低；填料的含量增至30%時(shí)，紅外發(fā)射率的降速放緩；當(dāng)填料含量繼續(xù)增至40%，紅外發(fā)射率反而出現(xiàn)升高的趨勢(shì)。這可能是因?yàn)榻饘俜劬哂休^高的反射率，在一定含量的條件下，隨著金屬粉含量增多，涂層織物的反射率升高，因而其紅外發(fā)射率降低了；但當(dāng)涂層織物表面已經(jīng)排列好致密的金屬層時(shí)，填料用量進(jìn)一步增加反而對(duì)紅外發(fā)射率的影響不大，并且體系的黏度隨之變大，不利于填料在樹(shù)脂基料中的分散，反而導(dǎo)致紅外發(fā)射率升高，這也與相關(guān)文獻(xiàn)采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)填料進(jìn)行表面改性后，涂層織物的紅外發(fā)射率均有一定程度的降低，當(dāng)填料含量為35%時(shí)，紅外發(fā)射率最低達(dá)0.545。這可能是由于偶聯(lián)劑一方面改善了粉體在基料中的分散性，另一方面增強(qiáng)了與樹(shù)脂的界面相容性。與顏料配合后，當(dāng)填料用量為30%時(shí)，黃土色與黃綠色涂層織物，以及深綠色與黃綠色涂層織物的紅外發(fā)射率之差大于0.13，實(shí)現(xiàn)了分割效果。再繼續(xù)加入低發(fā)射率填料，一方面會(huì)在一定程度上增大涂層織物的鏡面光澤，不利于可見(jiàn)光隱身；另一方面，由于它是金屬，密度大，過(guò)多的加入會(huì)增大織物的質(zhì)量，不利于實(shí)際應(yīng)用。因此最終確定填料的用量不多于30%。2.3涂層織物的隱藏性能2.3.1織物反射率測(cè)試用數(shù)碼相機(jī)拍得的3種涂層織物照片如圖3所示。可見(jiàn)它們的顏色能較好地模擬綠色植被和土壤。由表3可知，3種涂層織物的色差、可見(jiàn)光亮度比和鏡面光澤(60°)均能達(dá)到GJB1082–1991的要求。由圖4可知，織物在480～630nm之間的反射率小于8%，在630～800nm波段的反射率急劇上升，800～1100nm內(nèi)反射曲線變化不大，基本趨于穩(wěn)定。其中深綠色和黃綠色織物的光譜曲線基本符合標(biāo)準(zhǔn)中光譜通道的要求，黃土色的反射率譜圖也與文獻(xiàn)2.3.2涂層織物的發(fā)射率由表4可知，3種涂層織物的紅外發(fā)射率為0.923、0.789和0.577，高、中、低3種涂層織物的發(fā)射率梯度分別為0.134和0.212。2.4物理和環(huán)境性能選取黃綠色織物為代表，測(cè)試了其理化及環(huán)境性能。由表5可知，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足實(shí)用要求。3光學(xué)模擬性能通過(guò)調(diào)配