红外隐身涂料组成的性能与影响因素
日期：2019-05-10 16:04
用于光学迷彩的伪装涂料,国外多采用磁漆、油漆、干性矿物涂料、各种溶剂和颜料作原料调制而成,由它们制成的迷彩涂层一般都具有可见光、近红外性能。近年来发展起来的变色龙伪装涂料可以有效地防止空中和地面的彩色照相和电视侦探。美国研究的异色异构色素—光变色性色素、热变色性色素和化学变色性色素最有希望制成“变色龙”式伪装材料。异色异构色素是可逆光变色性色素,是双硫腙的金属络合物,特别是二价汞的络合物。这种聚合物可使尼龙染色,染色后的尼龙随入射光的强度、环境温度和湿度而在橙、灰、蓝色之间变色。
据称硒卡巴腙金属配合物具有更快的光变色和热变色速度,色差更加明显对光的稳定性更好,是一种极好的变色龙涂料随着热红外成像技术的不断发展,用于热伪装的具有低辐射率的彩色涂料正在加紧研究。据报道,由环状结构的橡胶、异丁烯橡胶、聚♂烯、乙烯和醋酸乙烯共聚物、氮化聚丙烯等热透明黏合剂和金属颜料制成的低辐射涂料在35m、8-14m两个大气窗口的辐射率大约在0.6。
发射率是物体本身的热物性之一,其数值变化与物体的种类、性质等因素有很大关系。因此,组成材料的元素、化学键形式、晶体结构以及晶体中存在的缺陷等因素都会对材料的发射率产生影响。不仅如此,涂层材料的发射率还与颗粒度、环境温度、涂料所依附的衬底等表观因素有关,在某些情况下,这些因素甚至会起决定性的影响。
(1)材料体因素的影响
由基尔霍夫定律可知,一个好的吸收体,同时也是一个好的辐射体。对于般材料来说,材料的吸收率与材料的微观结构有一定的关联。如果辐射源的频率与物质原子(分子)运动的固有频率相等时,则材料的红外吸收率变高,发射率也会升高。
(2)颗粒度的影响
涂层中各种颜料的浓度、形状、粒度等是涂层热红外特性的决定性因素。填料尺寸应尽量不要选择在近红外和中远红外波段之间。这样,填料才会既有良好的红外透明性,又有一定的可见光和近红外反射能力。对于散射力为m的填料来说,其最大散射能力的粒子径d与波长入的关系为A=d/k,其中,k=0.9(m2+2)/x(m2+1)n],n是树脂的散射率。
(3)涂层厚度的影响
涂层厚度对辐射带的强度和谱带的分辨率影响极大。Khan发现在常温下涂料的红外辐射性能主要取决于35~40μm厚的表面层。当涂层厚度小于此值时,发射率与基体的性质和粗糙度有关;当涂层厚度大于160~170m时,涂层厚度般对其辐射性能不再有影响。在涂料研究中,不能把吸收光谱当作选择辐射涂料的唯一依据。研究发现,某些涂层的发射率是随涂层厚度的增加而增加的。不仅如此,当厚度达到一定程度时,涂层将会变成黑体。
(4)温度的影响
对于发射率随温度变化的关系,有关专著中曾有一些定性的论述。一般认为:发射率与温度的关系对金属和非金属而言是不一样的。由于金属对红外辐射是不透明的,故金属的发射率是随温度的上升而增加的。若表面形成氧化层,则发射率可以成10倍或更大倍数地增加;非金属的发射率较高,在T<350K时般多超过0.8,并随温度的升高而减小。填料的发射率一旦增大,必然会影响涂料的发射率。
(5)衬底的影响
红外隐身材料通常不能单独使用,它总是被涂覆在某一衬底(或载体)上。为了准确研究各种涂料的红外辐射特性,应考虑衬底对涂料辐射特性的影响。郦江涛等通过对铜、铝、铁、铂等材料在300℃下进行辐射光谱实验,发现大部分金属的发射率都很低。因此,金属是非常好的载体。很多资料表明,抛光的金属具有更低的发射率和更高的反射率,但抛光的金属表面黏附性不好,因此在进行涂覆时,先要在其表面形成一层氧化膜,从而增加其黏附性。但新形成的氧化膜又会使涂料的红外发射率增大。
(6)涂覆工艺的影响
涂覆工艺会直接影响涂层表面的微观结构和取向。有人曾注意到,仅操作工艺的不同就可使同种配方涂料的发射率出现10%的偏差。从降低T值的角度考虑,要求涂层表面尽可能光滑,但光滑表面对太阳辐射会呈镜面反射,使目标在某一方位的辐射能量增加,反而增大了目标的可探测性。因此,在考虑目标对环境辐射能量的反射时,涂层表面应有一定的粗糙度,使之呈漫反射。施工时应保证制得的涂层具有适当的粗糙度,同时尽量使颜料颗粒排列整齐,使涂层表面在不同的热辐射极化方向形成许多小平面,以促进热辐射的极化。
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