低發射率紅外偽裝涂料的制備及性能研究

劉艷霞，王 聰

(燕京理工學院 工學院，河北 廊坊 065201)

溫度高于絕對零度的物體都會向外發射紅外線，大部分紅外波會被大氣中存在的CO2、H2O、O3等極性分子吸收，只有位于3～5、8～14 μm等“氣窗口”波長的紅外波才能在空氣中傳播[1]。伴隨現代偵察技術的發展，傳統的可見光偽裝技術已經遠遠不能滿足實際需求。偽裝涂料是地面裝備(諸如火炮、裝甲車、坦克等)的基本偽裝手段，具有堅固耐用、工藝簡單、施工便利、成本較低等特點[2]，成為當前國內外科研工作者的研究熱點。

目前，戰場上投入使用較多的探測技術為紅外探測，紅外探測器可以利用目標與背景的紅外輻射差別來識別目標[3]。要想實現目標紅外偽裝，應設法使目標熱圖與背景熱圖相似。溫度相同的物體，由于發射率不同，在紅外探測器上會顯示出不同的紅外圖像[4]。采用偽裝涂料調節目標的表面發射率，可以達到偽裝的目的[5]。

紅外偽裝涂料通常由鋁粉、著色顏料和有機粘結劑復合而成，或由摻雜的半導體材料組成，可形成與背景顏色相匹配的迷彩圖案，滿足可見光隱身和紅外隱身的要求[6]。本文研究不同的配方與制得的不同涂料紅外發射率的關系，并進行光譜和發射率性能測試，通過調節各組分的配比，以期找到制備低發射率涂料的較佳配方。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

FieldSpec?HandHeld高便攜性分光輻射光譜儀(美國ASD公司)，Vario CAM紅外熱像儀(德國Infra Tec公司)，AR2130/c電子精密天平(上海奧豪斯公司)，EK-82A真空干燥器(上海市實驗儀器總廠)，ND7-4L變頻行星式球磨機(南京南大天尊電子有限公司)，刮涂設備(自制)。

二甲苯、聚氨酯、鈦白粉、乙炔炭黑、鋁粉、消泡劑、分散劑、稀釋劑均為分析純，顏料Y-ZH、顏料Y-LH。

1.2 偽裝涂料的制備

根據下表中的配方準確稱量各組分，將各組分轉移至行星式球磨機中球磨2 h，轉速控制在400r/min，加入適宜的固化劑或稀釋劑制得所需涂料。

表1 HFB-3 系列涂料配方

1.3 涂層的制備

本實驗采取刮涂方式制備涂層，制得的涂層光滑平整、缺陷少，表觀質量好。刮涂工藝能連續操作，生產效率高，厚度易掌控，目前已有專門在織物表面實施刮涂的機械設備[7]。

實驗采用的自制刮涂設備，涂層厚度由墊片厚度控制，墊片厚度在0.05～1.00 mm之間可調。將3種配方的涂料通過刮涂設備做在鋁粉布表面。每種配方分別做成厚度為0.1、0.15、0.2 mm的涂層，烘干后測試。

1.4 涂層光譜反射率的測試

涂層的光譜反射率由美國ASD公司的FieldSpec?HandHeld高便攜性分光輻射光譜儀測試。光譜儀波長范圍350～1050 nm，光譜分辨率±1 nm，波長重復性±0.02 nm，重復性優于0.3%。采用室內光源ASD ProLamp進行照明，測試期間光源、光譜儀、樣品間相對位置保持固定，且保證樣品表面盡量與校準時白板表面位置相同。

1.5 涂層紅外發射率的測試

涂層在8～14 μm波段的平均發射率由德國Infra Tec公司的Vario CAM型紅外熱像儀測試。測量系統主要由測試間、恒溫水浴槽、熱像儀組成。其中，恒溫水浴槽用來加熱樣品，使樣品表面與房間壁面保持溫差，避免光亮金屬的強反射對水浴槽熱輻射。將樣品粘貼在水浴槽正面，樣品前無相距較近的其他物體，其他三面粘貼隔熱泡沫，頂端安裝鋁制蓋板用于對水浴槽保溫。

2 結果與討論

2.1 涂料的光學特性研究

本實驗測試了配方HFB-3系列分別在涂層厚度為0.1、0.15、0.2 mm時的反射率，做出了相應的反射率-波長曲線，見圖1～3。

圖1 HFB-3-1涂料反射率-波長曲線

圖1是配方HFB-3-1分別在涂層厚度為0.1、0.15、0.2 mm時做的三種涂料的反射率-波長曲線。由圖看出，涂層厚度為0.1 mm上的涂料的反射率大于另外兩個，而且涂層厚度為0.15 mm和0.2 mm的涂料曲線出現很大的重疊。

圖2 HFB-3-2涂料反射率-波長曲線

圖2是配方HFB-3-2分別在涂層厚度為0.1、0.15、0.2 mm時做的三種涂料的反射率-波長曲線。由圖看出，三種涂層的涂料的反射率-波長曲線基本重合。

圖3 HFB-3-3涂料反射率-波長曲線

圖3是配方HFB-3-3分別在涂層厚度為0.1、0.15、0.2 mm時作的三種涂料的反射率-波長曲線。由圖看出，涂層厚度為0.1 mm時涂料的反射率大于另外兩個，涂層厚度為0.15 mm和0.2 mm的涂料曲線出現很大重疊，此種配方在涂層厚度為0.1 mm時反射率較高。

2.2 涂料的紅外特性研究

在水浴60 ℃條件下，使用紅外熱像儀拍攝不同配方涂料及兩塊參考樣的紅外熱像圖，見圖4～6，在圖中所示的R1、R2為標準參考樣品，它們的發射率經標準測定分別為0.92與0.478且基本不變。

圖4 HFB-3-1涂料紅外熱像圖

經紅外熱像儀測得HFB-3-1涂料作在鋁粉布上的紅外熱像圖如圖4所示，經計算得厚度為0.1 mm的HFB-3-1涂料的發射率為0.827，厚度為0.15 mm的發射率為0.832，厚度為0.2 mm的發射率為0.833。由于發射率相差較少，所以樣品在紅外熱圖上的顏色差異很小。

圖5 HFB-3-2涂料紅外熱像圖

經紅外熱像儀測得HFB-3-2涂料作在鋁粉布上的紅外熱像圖如圖5所示，經計算得厚度為0.1 mm的HFB-3-2涂料的發射率為0.811，厚度為0.15 mm的發射率為0.818，厚度為0.2 mm的發射率為0.825。發射率相差較少則熱圖相似。

圖6 HFB-3-3涂料紅外熱像圖

經紅外熱像儀測得HFB-3-3涂料作在鋁粉布上的紅外熱像圖如圖6所示，經計算得厚度為0.1 mm的HFB-3-3涂料的發射率為0.813，厚度為0.15 mm的發射率為0.818，厚度為0.2 mm的發射率為0.825。

3 結論

論文將不同配方在鋁粉布基底上制備了涂層厚度分別為0.1、0.15、0.2 mm的HFB-3系列涂料。測試了HFB-3系列涂料的反射率-波長曲線和發射率，拍攝了所制得涂料的紅外熱像圖。作在鋁粉布上的HFB-3-2涂料在涂層厚度分別為0.1、0.15、0.2 mm時反射率-波長曲線基本重合，且發射率為0.811，為HFB系列涂料的較佳配方。