0　引言

    溫度高于絕對零度（即-273 ℃）的任何物體，組成它們的原子和分子都處于無規(guī)則的熱運動狀態(tài)中，這種無規(guī)則運動隨溫度的升高而加劇。分子、原子在熱運動的同時，帶電粒子不停地發(fā)生能級躍遷，于是不斷地以電磁波的形式向外釋放能量，這稱為熱輻射。不同物體的熱輻射的強度和波譜不同，這成為偵查設(shè)備探測與識別不同目標的重要依據(jù)。一般而言，物體的溫度越高，其紅外輻射越強。所以說，包括作戰(zhàn)人員在內(nèi)的所有軍事目標都能產(chǎn)生紅外輻射，因此，熱紅外探測在現(xiàn)代軍事偵查監(jiān)視中正發(fā)揮著越來越重要的作用。

    隨著紅外探測技術(shù)的提高，紅外隱身材料研發(fā)和應(yīng)用的重要性與日俱增。紅外隱身材料按照作用機理分為控制比輻射率和控制溫度兩類，控制比輻射率紅外隱身材料主要有涂料和薄膜，紅外隱身涂料由于其突出的優(yōu)點，成為紅外隱身材料中最重要的品種之一。

    本文采用自制高支化度聚酯為成膜物質(zhì)，選用BYK 164及BYK P104S混合助劑作為潤濕分散劑，研究了基料樹脂對涂層機械性能的影響；另外低發(fā)射率涂料紅外特性的影響因素很多，顏料就是其中一個重要的因素，本文分別研究了應(yīng)用于紅外隱身涂層的著色顏料、金屬顏料的添加量以及金屬顏料在涂層表面排布狀態(tài)對涂層紅外發(fā)射率的影響。

    1   試驗部分

    1.1   試驗原料

    聚酯：自制，羥基含量為8.6%；N-75，拜耳；鈦白粉：金紅石型；氧化鉻綠：JM-205，石家莊冀榮化工有限公司；透明氧化鐵黃：浙江神光材料科技有限公司；鐵紅；氣硅：SYLDID7000，格雷斯；BYK 164；BYK P104S；二甲苯；醋酸丁酯。

    1.2   主要試驗及檢測設(shè)備

    涂料快速分散機，KS370，廣州德滿億儀器有限公司；高速分散機，SDF400，四川賽可隆試驗設(shè)備有限公司；IR-2雙波段發(fā)射率測量儀，上海成波光電技術(shù)科技有限公司；掃描電鏡，JSM-IT100，日本電子株式會社。

    1.3   低發(fā)射率涂料的制備

    將聚酯用二甲苯和醋酸丁酯溶解后加入BYK 164，攪勻后加入除透明氧化鐵黃以外的顏填料，研磨分散4 h后加入透明氧化鐵黃以及BYK 104S再分散30 min，過濾后加入鋁粉，以300 r/min分散10 min。涂料顏基比為0.8 ∶ 1.0，固含量為65%。

    1.4   涂層的制備

    該涂料為雙組分聚氨酯漆，以n（NCO） ∶ n（OH） =1.2∶1.0配漆，用二甲苯 ∶ 醋酸丁酯=1 ∶ 1的混合溶劑兌稀至噴涂黏度后靜置15 min，用壓縮空氣噴涂法噴涂于基材表面。

    2   結(jié)果與討論

    2.1   試驗配方

    紅外隱身涂料色漿配方見表1。

    2.2   結(jié)果分析

    2.2.1   涂層機械性能

    通過試驗線性己二酸聚酯、高支化度聚酯兩種樹脂，當成膜物質(zhì)為高支化度聚酯時，涂層機械性能最佳，試驗結(jié)果如表2所列。

    由于高支化度聚酯的支化結(jié)構(gòu)，使其存在大量的端基官能團，具有較好的流動性，不僅可以在研磨分散時對顏料粒子有較好的潤濕包覆性，增強了對底材的粘結(jié)力，也賦予了該樹脂很好的交聯(lián)成膜性能。本試驗通過控制高支化聚酯的支化度，合成羥基含量為8.6%的高支化聚酯，調(diào)整顏基比為0.8 ∶ 1.0時，涂層具有很好的機械性能以及熱紅外性能。

    2.2.2   助劑的選用及用量

    色漿分散時，由于選用顏料的密度差異、潤濕分散性能等的差異，尤其是透明氧化鐵黃，粒徑很小，比表面積很大，很難分散，色漿研磨分散后罐中狀態(tài)不均勻，噴涂后漆膜浮色發(fā)花，通過試驗最終確定BYK 164及BYK P104S混合助劑為該涂料的潤濕分散劑，使用該混合助劑后，涂層表面狀態(tài)及貯存穩(wěn)定性較好。具體試驗結(jié)果見表3。

    以上結(jié)果表明，單純使用一種潤濕分散劑均不能完全解決該涂層浮色發(fā)花現(xiàn)象，由于BYK P104S可以使色漿中顏料粒子共沉降，因此選用混合助劑BYK 164及BYK P104S，漆膜浮色發(fā)花現(xiàn)象得到解決，同時具有很好的貯存穩(wěn)定性。

    2.2.3   著色顏料的選擇

    根據(jù)以上配方制得色漿，與N-75配漆后噴涂于馬口鐵板，涂層厚度約為30 μm，檢測8 ～ 14 μm波段涂層發(fā)射率分別為0.491（土黃色）、0.845（草綠色）。以上試驗結(jié)果可知，彩色顏料的加入會使涂層的發(fā)射率急劇升高，因此要想得到低發(fā)射率的紅外隱身涂層，應(yīng)制備發(fā)射率較低的淺色涂層，目前的研究情況是比較容易得到發(fā)射率極低的白色或灰色涂料樣品。但是很多情況下需要得到與可見光兼容的隱身涂層（如叢林迷彩，沙漠迷彩等），為了滿足與可見光偽裝兼容的要求，紅外隱身涂料必須選用相對應(yīng)的著色顏料，因此，對于著色顏料僅能要求其不損害涂料的隱身性能。

    2.2.4   金屬顏料的選擇及添加量對涂層發(fā)射率的影響

    光學(xué)研究表明，電磁波入射到不同介質(zhì)的交界面上，發(fā)生反射、吸收、透射后有：α+ρ+τ=1，其中α為吸收率，ρ為反射率，τ為透射率，對于不透明表面τ=0，根據(jù)基爾霍夫定律有α=ε（ε為發(fā)射率），則α=ε=1-ρ，因此具有較高反射率的金屬填料在低發(fā)射率紅外隱身涂料研究中受到青睞，而鋁粉為紅外隱身涂料中應(yīng)用較多的金屬填料。鋁粉的形貌和粒徑對涂層紅外發(fā)射率的影響很大，目前生產(chǎn)的鋁粉主要有球形、棒狀、鱗片狀以及無規(guī)則結(jié)構(gòu)，由于鱗片狀鋁粉徑厚比較大，鋪展性較好，很容易浮到涂層表面，因此本試驗選用漂浮型鱗片狀鋁粉為金屬填料。其中，若粒徑太?。ㄈ?0 μm、12 μm），鋁粉徑厚比很大，成膜后鋁粉緊密地排布在涂層表面，很多應(yīng)用領(lǐng)域很難做到與背景顏色相近，不利于可見光隱身。通過試驗，最終確定所用鋁粉為粒徑28 μm，厚度約0.8 μm的浮型鋁粉。鋁粉添加量對涂層紅外發(fā)射率亦有很大影響，試驗結(jié)果見表4。

    表4結(jié)果表明，鋁粉添加量越大，涂層紅外發(fā)射率越低。鋁粉添加量越大，更容易在涂層表面形成緊密排列的金屬層，對電磁波的反射更高，涂層發(fā)射率越低。

    2.2.5   涂層的表面形貌對發(fā)射率的影響

    涂層表面鋁粉的分布以及涂層的平整度均對涂層紅外發(fā)射率的影響很大。若一束入射波輻射在凹凸不平的表面上，則會發(fā)生多次漫反射，增加了物體表面對紅外輻射吸收的機會；另一方面，凹凸不平的表面使輻射體的相對輻射面積增大，從而增加了其輻射能，相應(yīng)的發(fā)射率也會增大。因此，表面越粗糙不平，涂層紅外發(fā)射率越大，為了得到低發(fā)射率紅外隱身涂層，應(yīng)盡可能使涂層表面平整光滑且鋁粉整齊排列。本試驗中鋁粉添加量為顏料質(zhì)量分數(shù)的35%時，涂層表面鋁粉分布及涂層表面狀態(tài)如圖1 ~ 4所示。圖1 ~ 2為電鏡下檢測結(jié)果，圖3 ~ 4分別為草綠色和土黃色在100倍放大鏡下看到的涂層表面鋁粉分布情況。

    通過以上檢測結(jié)果不難看出，制得的低發(fā)射率紅外隱身涂層表面鋁粉分布均勻，涂層表面結(jié)構(gòu)致密平整，該涂層具有優(yōu)異的紅外性能。

    3   結(jié)語

    1）合成超支化聚酯作為低發(fā)射率紅外隱身涂層的成膜物質(zhì)，使涂層具有優(yōu)異的機械性能。

    2）助劑選用德國畢克的BYK 164和BYK P104S

    混合助劑，改善了涂層浮色發(fā)花問題。

    3）對于著色顏料的選擇僅能要求其不損害涂層的紅外隱身性能。

    4）鋁粉選用粒徑為28 μm，厚度約為0.8 μm的浮型鋁粉，添加量占涂層顏料質(zhì)量百分數(shù)的35%時，涂層8 ～ 14 μm發(fā)射率約為0.491。

    5）要想得到低發(fā)射率紅外隱身涂層，涂層表面應(yīng)盡可能平整光滑，鋁粉應(yīng)盡可能整齊排列于涂層表面。

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責任編輯：王元

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