铝粉对红外隐身涂料的发射率影响研究

data-full-width-responsive="true"> 铝粉对红外隐身涂料的发射率影响研究孙瑞，何效凯，高萌，黄震，魏乃影(天津灯塔涂料有限公司，天津 300400)0 前言随着红外侦查技术的迅速发展，各种军事目标正面临着日趋严重的威胁。针对该问题，世界各国已提出了许多红外抑制技术，而作为红外抑制技术中的主要手段和材料，红外隐身涂料以其制造方便、成本低廉等优势在红外隐身技术研究中占有重要位置。物体的红外辐射遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律：E=T 4其中，为物体的红外发射率，为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T为绝对温度。由此定律可知，物体的温度和发射率两个因素决定了其红外辐射强度。对于涂料而言，温度属于环境参数，降低红外辐射强度主要靠改变发射率来实现。所以，红外隐身涂料研究的一个重要内容是制备低发射率的涂料。低发射率涂料的优点就是可以大大降低被涂物的红外辐射强度，从而使其与背景之间的红外辐射反差为零或趋近于零，令红外探测器无法发现或不易发现其存在，达到隐身的效果。提到红外隐身性能，首先考虑使用的是金属填料。实验了多种金属粉及其涂层在8～14 m波段的红外发射率，其中包括铝粉、锌粉、铜粉和镍粉。从材料的性价比及其后备储量的角度来看，铝和铜是隐身材料中应用最多的金属，但是铝粉的发射率最低，所以它是降低涂层发射率的最理想添加剂。1 实验部分11 原材料和设备原材料：氟碳树脂、各种铝粉填料、硅油、流平剂、定向剂、催干剂、HDI三聚体固化剂、氟稀释剂等。设备：电子天平、高速分散机、烘箱、测厚仪、红外发射率测量仪。12 基础配方(见表1)注：m(A)∶m(B)=100∶135。13 生产工艺在干净的调漆罐内，按照A组分配方加入铝粉填料和氟稀释剂，进行充分搅拌，低速分散至铝粉被稀释剂溶解完全，无结块。然后加入助剂和氟树脂，再次低速分散至罐内各原材料混合均匀，再用氟稀释剂调节不挥发物含量至38%～40%，过滤、包装为A组分。将HDI三聚体固化剂与氟稀释剂经搅拌均匀并过滤后，得B组分。14 施工工艺使用前，按m(A)∶m(B)=100∶135进行混合，充分搅拌，兑稀至合适的喷涂黏度，熟化10～20 min再使用，喷涂施工，23 ℃时适用期为6 h。喷涂完成后将样板表干30 min，再放入120 ℃烘箱中1 h烘干，选取涂膜厚度为30～35 m的样板，待测红外发射率。15 红外发射率的测试方法本实验采用红外发射率测量仪，对样板进行红外发射率测试。该仪器是采用反射率法的测试原理，即通过采用主动黑体辐射源测定待测物表面的法向反射率，进而测出其在特定红外波段的法向发射率的。本实验只选择在常温8～14 m波段的条件下，将样板水平放置测试。2 结果与讨论21 不同形态铝粉制成涂膜对涂层红外发射率的影响本实验选取铝粉的3种形态，分别是鳞片状、银元型和闪烁型，粒径均为60 m，进行同等添加量实验。图1表明，铝粉的形态对其红外发射率有较大影响，在同等粒径同等添加量下，鳞片状发射率最低。22 不同粒径铝粉制成涂膜对涂层红外发射率的影响此实验选取不同粒径的鳞片状铝粉，分别为60m、40 m、20 m，进行同等加量实验。图2表明，铝粉粒径对其红外发射率的影响不显著，30 m的铝粉发射率最低。23 不同添加量铝粉制成涂膜对涂层红外发射率的影响我们以22 m的片状铝粉为基础考察不同添加量对涂层红外功能的影响。图3表明，铝粉的添加量对红外发射率起决定性作用，红外发射率随铝粉添加量的增加而显著降低。当铝粉的含量超过一定范围之后，使发射率下降的作用就减弱了，而且过高的铝粉含量不利于可见光和雷达隐身。因此铝粉的含量以25%～30%为宜，最大不超过40%。24 片状铝粉金属粒子在涂层中的取向排布片状金属粒子低红外发射率填料在涂层中的取向排布，对涂层发射率也具有一定的影响。定向剂作为一种特殊合成聚合物分散液，能把金属粒子平托于涂膜表面，使之排列并且定向取向，产生更均匀的金属闪光效果。本实验考察了不同定向剂及添加量对片状铝粉金属粒子在涂层中的不同取向排布对涂层发射率及涂层光泽的影响。根据表2测试数据，选择添加配方含量为15%的定位剂3可使涂层获得较低的红外发射率，且涂膜光泽也较低。从图4可以看出，涂层具有良好的相容性，定位剂有效地调节了铝粉与树脂的浸润性和界面张力，良好地控制了铝粉金属粒子在涂层中近表面的致密平铺取向。此外，不同施工人员由于对走枪速度、出漆量与进气量调整的不同导致喷涂板面效果不同，也就是涂层中的片状铝粉金属粒子在涂层中取向排布不同，从而影响涂膜的红外发射率和表面光泽度。图5和表3为使用同一个配方涂料，分别由两位施工人员喷涂板面的扫面电镜效果图及红外发射率和表面光泽度测试结果，可以明显看出B组的喷涂效果较佳，片状铝粉金属粒子在涂层中取向排布更为致密均匀，红外发射率及表面光泽也更低。3 结语(1)铝粉的形态对红外隐身涂料的发射率有较大影响，鳞片状铝粉的发射率为最低的。(2)铝粉的粒径对红外隐身涂料的发射率影响不显著，30 m的铝粉发射率最低，结合考虑涂料体系细度因素，控制铝粉粒径在20～30 m。(3)铝粉的添加量对红外隐身涂料的发射率的影响至关重要，随着铝粉添加量增加，发射率不断降低。但同时导电性也增加，与雷达吸波涂料的兼容性下降。故铝粉添加量应在25%～30%为宜。(4)片状铝粉金属粒子在涂层中的取向排布，对红外隐身涂料的发射率也具有一定的影响。配合加入适量有效的定向剂，以及优秀的喷涂施工工艺，可以控制片状铝粉金属粒子在涂层中近表面的平铺取向更为致密均匀，发射率可以做到更低。