織物用水性多波段偽裝印花涂料的研究與應用

唐繼海，鄭紅川，楊騏，石浩，冉洪武，李希

（1.西南技術工程研究所，重慶 400039；2.重慶嘉陵華光光電科技有限公司，重慶 400700）

隨著各種先進偵察系統及精確打擊武器系統的相繼問世及各種高技術手段的綜合應用，地面武器裝備及固定軍事實施面臨紅外導彈預警衛星、超高分辨率光學偵察衛星、高空無人偵察機、空間軌道飛行器等偵察裝備的全天候、全天時、多頻譜的偵察威脅。偽裝帳篷、偽裝服、偽裝器材等織物類偽裝器材具有使用方便、工藝穩定、易于批量生產、可實現多頻譜偽裝功能等優點，應用于軍事裝備與設施，可改變形體特征，顯著降低與背景的紅外、可見光等目標特性差異，是提高其戰場生存能力、充分發揮作戰效能的有效技術手段，世界各國均將偽裝器材研制作為裝備偽裝防護領域重點研究的方向[1―3]。

現役的印染織物類偽裝材料，如篷布、偽裝服等，隱身性能方面只具有可見光、近紅外隱身性能，不具備熱紅外隱身性能；或只具備熱紅外隱身性能，而不具備可見光、近紅外隱身[4―7]。為了降低偽裝織物的可探測性和被打擊概率，紡織品類偽裝材料必須向可見光、近紅外、紅外兼容隱身的方向發展。在織物類迷彩實現形式上，一般采用圓網印花的方式在織物表面進行迷彩印染。目前采用較多的方式有染料印染和涂料印染兩種。然而，要實現紅外偽裝，通常要使用到高反射低吸收功能的紅外低發射率顏料，此類顏料多為片狀金屬粉，從原理上來說并不適用于染料印染方式[8―9]。基于這個原因，本文采用涂料印花工藝，將印花粘合劑、增稠劑、紅外低發射率顏料、近紅外高反射顏料、著色顏料、分散劑等配制成印花涂料，通過圓網印花工藝在滌棉混紡織物上制備了可見光/近紅外/熱紅外兼容偽裝印花織物，并對印花織物的偽裝性能和各項理化性能進行了表征。

1 實驗

1.1 水性多波段偽裝印花涂料的制備

根據林地型背景需要，將印花粘合劑、紅外低發射率顏料、近紅外高反射顏料、著色顏料、分散劑等按一定配比攪拌均勻，配制成符合多波段偽裝要求的綠色 1、綠色2、土色 1、土色 2四色印花涂料，其中紅外低發射率顏料按一定梯度添加，從而使四色印花涂層發射率形成一定的梯度，最后加入增稠劑，調節印花涂料的黏度為80～90 dPa·s。

1.2 多波段偽裝織物的制備

采用圓網涂料印花工藝，在圓網印花機上將四色印花涂料印染在滌棉混紡織物上。具體印花工藝步驟如下：基布縫頭→水洗/溢流（除油）→濕布定型→圓網印花（烘干溫度90 ℃）→焙烘（160～180 ℃，2 min）→驗布。圓網印花后織物外觀如圖1所示。

圓網印花刮刀或磁棒壓力參數設置要適中，過低的壓力易導致印花涂層漏印，過高的壓力易導致印花涂層過厚，影響印花質量。焙烘溫度不宜超過180 ℃，否則會破壞印花涂層，影響印花涂層色牢度。

1.3 測試與表征

織物涂層的微觀形貌采用 Quanta 200型環境掃描電鏡（荷蘭，FEI儀器公司）進行表征?？椢锿繉拥目梢姽馍畈捎?CM-2600d分光式測色儀（日本，柯尼卡美能達）進行表征?？椢锿繉拥慕t外反射率光譜曲線采用 lambda 950UV/Vis/NIR分光光度計（美國，PE儀器公司）進行表征。織物涂層的紅外性能采用IR913A紅外熱像儀（武漢高德公司）在典型背景環境中測試熱紅外圖像進行表征。其他織物涂層理化性能采用相關國家標準進行表征。

2 結果與討論

2.1 印花涂層微觀形貌分析

為了研究涂層表面的微觀形貌，本文對滌棉混紡織物圓網印花前后進行了環境掃描電鏡分析，結果見圖2。從圖2a可以看出，在100倍放大倍數下，涂料印花前滌棉混紡織物表面纖維呈經緯向有序排列，纖維表面光滑且無任何雜質，經緯向纖維交錯處有微孔。從圖2b可以看出，在100倍放大倍數下，涂料印花后滌棉混紡織物纖維表面已被一層均勻連續的涂層所覆蓋，不再有任何纖維裸露，經緯向纖維交錯處的微孔也被涂層覆蓋。從圖2c可以看出，在5000倍放大倍數下，涂層中高反射、低吸收功能的無機片狀金屬顏料均勻分布其中，正是由于這些片狀金屬顏料的存在，增加了涂層對熱紅外光譜的反射，降低了涂層的紅外發射率[10―11]。

2.2 偽裝性能

2.2.1 可見光波段偽裝

偽裝織物在可見光波段（0.38～0.78 μm）實現偽裝的條件是，迷彩顏色與環境背景相似，置于背景中后目標難以與背景區分。在可見光條件下，本文設計了四種印花迷彩斑塊，分別為深綠色、淺綠色、褐土色、黃土色，其中，深綠色、淺綠色用來模擬綠色植被和灌木，褐土色、黃土色用來模擬裸露地表的土壤和砂石。為了研究印花后織物的可見光偽裝性能，將印花后滌棉混紡織物置于具有綠色植被、裸露地表的林地型區域，并在300 m距離下對目標織物實施了可見光成像，如圖3所示。從圖3可以看出，印花后滌棉混紡織物的可見光顏色、迷彩斑塊分布與背景極其相似，在遠距離下難以與背景區分開，具有較好的融合效果。而且探測距離越遠，印花后滌棉混紡織物與林地型背景越難以區分，即印花后滌棉混紡織物被探測概率越小。表1為滌棉混紡織物印花后各色斑 CIE1976L*a*b*勻色空間坐標值，從表1中可以看出，四色顏色色差均滿足環境背景使用要求?？梢?，印花后滌棉混紡織物在可見光波段實現了偽裝。

表1 迷彩印花后滌棉混紡織物迷彩顏色色差Tab.1 The color difference of polyester-cotton blended fabrics coated with the multichannel camouflage printing coating

2.2.2 近紅外波段偽裝

偽裝織物在近紅外波段（0.4～1.2 μm）偽裝的條件是，與植物、土壤等環境背景光譜反射特性實現同色同譜。圖4為深綠色、淺綠色、褐土色、黃土色的近紅外光譜反射曲線分別與樹葉、土壤的特征反射光譜的對比。從圖 4a可以看出，樹葉在0.40～0.70 μm波段的光譜反射率比較低，其中，在0.55 μm 處具有典型葉綠素的綠色反射峰；在0.70～0.78 μm波段光譜反射率急劇上升，且譜帶位置與斜率基本一致；在0.78～1.20 μm波段，光譜反射率維持在較高的位置。深綠色和淺綠色在 0.55 μm出現了綠色反射峰，在0.70～0.78 μm波段光譜反射率急劇上升，在0.78～1.20 μm波段光譜反射率維持在較高的位置，與樹葉的近紅外光譜反射特性趨勢較一致。其中，深綠色的近紅外特征光譜反射曲線與樹葉的反射特性曲線較吻合；而淺綠色的近紅外特征光譜反射曲線與樹葉的反射特性曲線略有差異，這是因為淺綠色中含有高反射低吸收功能的無機金屬顏料，在1.2 μm以后波段的反射率略高[12―13]。從圖 4b可以看出，土壤與樹葉的近紅外特征反射曲線明顯不同，在0.55 μm不再出現綠色反射峰，在0.70～0.78 μm波段光譜反射率不再是急劇上升的趨勢。而印花后織物表面褐土色和黃土色斑塊的近紅外光譜反射曲線與土壤的反射特性曲線較吻合?？梢姡』ê鬁烀藁旒徔椢锼姆N迷彩斑塊特征光譜反射率基本滿足近紅外偽裝的要求。

2.2.3 熱紅外波段偽裝

林地型背景中的樹木、灌木、草地、土壤、砂石等，由于紅外輻射能量的差異，在紅外熱像儀下呈明暗相間的斑塊分割。紅外發射率是材料表面單位面積的輻射能力和同一溫度相同條件下黑體的輻射能力之比。偽裝織物在熱紅外波段（8～14 μm）實現偽裝的條件是，各迷彩顏色紅外發射率形成一定的梯度，從而在熱紅外成像儀下形成熱紅外斑塊分割，達到與背景有效融合的效果[14―16]。為了檢驗印花后滌棉混紡織物的紅外偽裝實際效果，將偽裝織物置于植被、土壤并存的背景中。采用 IR913A紅外熱像儀，對偽裝織物進行可見光和紅外對比拍攝，拍攝距離為 20 m，環境溫度為 30 ℃。圖 5為印花后滌棉混紡織物在環境背景中的可見光和紅外熱像圖。從圖 5a可以看出，可見光圖下印花后滌棉混紡織物和采用具有可見光/近紅外功能的迷彩涂料噴涂的涂層樣板被放置在植被背景下，它們的可見光迷彩斑塊顏色能較好地模擬周圍環境顏色，達到了較好的可見光偽裝效果。從圖5b可以看出，無紅外偽裝效果的普通迷彩樣板在紅外成像下沒有紅外分割效果，且紅外斑塊亮度比四周環境高，紅外輪廓、形狀特征明顯，沒有紅外偽裝性能。相比之下，可見光/近紅外/熱紅外兼容偽裝印花織物在紅外成像下形成有效梯度分割，且與背景較好融合，起到了很好的紅外偽裝效果。這是因為，四種印花涂層斑塊中含有不同含量的高反射、低吸收功能的無機片狀金屬顏料，能夠不同程度地降低印花涂層的紅外發射率，并使涂層間發射率形成一定梯度，從而不同程度地抑制自身的紅外輻射，達到熱紅外斑塊分割分割的效果。

2.3 理化性能測試

印花織物各項理化性能測試結果見表2。由表2可知，印花織物斷裂強力、撕破強力較普通織物高，印花涂層摩擦色牢度、日曬色牢度較好，達到了實際應用的要求。由于多波段偽裝印花涂料中采用的顏料多屬無機顏料，能夠有效解決織物涂層老化變色問題，提高織物耐光老化能力，人工氣候老化達到800 h，預計戶外使用壽命能達到3 年左右[17―18]。

表2 偽裝織物理化性能測試結果Tab.2 The physicochemical properties of the multichannel camouflage fabrics

3 結論

1）將印花粘合劑、增稠劑、紅外低發射率顏料、近紅外高反射顏料、著色顏料、分散劑等按一定比例，可配制成可見光/近紅外/熱紅外兼容偽裝印花涂料。

2）由于含有高反射、低吸收功能的無機金屬顏料，導致淺綠色的近紅外特征光譜反射曲線與樹葉的反射特性曲線略有差異，在1.2 μm以后波段的反射率略高。

3）多波段偽裝印花涂料中采用無機顏料，能夠有效解決織物涂層老化變色問題，提高織物耐光老化能力。