低发射率红外伪装涂料的制备及性能研究

刘艳霞，王 聪

(燕京理工学院 工学院，河北 廊坊 065201)

温度高于绝对零度的物体都会向外发射红外线，大部分红外波会被大气中存在的CO2、H2O、O3等极性分子吸收，只有位于3～5、8～14 μm等“气窗口”波长的红外波才能在空气中传播[1]。伴随现代侦察技术的发展，传统的可见光伪装技术已经远远不能满足实际需求。伪装涂料是地面装备(诸如火炮、装甲车、坦克等)的基本伪装手段，具有坚固耐用、工艺简单、施工便利、成本较低等特点[2]，成为当前国内外科研工作者的研究热点。

目前，战场上投入使用较多的探测技术为红外探测，红外探测器可以利用目标与背景的红外辐射差别来识别目标[3]。要想实现目标红外伪装，应设法使目标热图与背景热图相似。温度相同的物体，由于发射率不同，在红外探测器上会显示出不同的红外图像[4]。采用伪装涂料调节目标的表面发射率，可以达到伪装的目的[5]。

红外伪装涂料通常由铝粉、着色颜料和有机粘结剂复合而成，或由掺杂的半导体材料组成，可形成与背景颜色相匹配的迷彩图案，满足可见光隐身和红外隐身的要求[6]。本文研究不同的配方与制得的不同涂料红外发射率的关系，并进行光谱和发射率性能测试，通过调节各组分的配比，以期找到制备低发射率涂料的较佳配方。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

FieldSpec®HandHeld高便携性分光辐射光谱仪(美国ASD公司)，Vario CAM红外热像仪(德国Infra Tec公司)，AR2130/c电子精密天平(上海奥豪斯公司)，EK-82A真空干燥器(上海市实验仪器总厂)，ND7-4L变频行星式球磨机(南京南大天尊电子有限公司)，刮涂设备(自制)。

二甲苯、聚氨酯、钛白粉、乙炔炭黑、铝粉、消泡剂、分散剂、稀释剂均为分析纯，颜料Y-ZH、颜料Y-LH。

1.2 伪装涂料的制备

根据下表中的配方准确称量各组分，将各组分转移至行星式球磨机中球磨2 h，转速控制在400r/min，加入适宜的固化剂或稀释剂制得所需涂料。

表1 HFB-3 系列涂料配方

1.3 涂层的制备

本实验采取刮涂方式制备涂层，制得的涂层光滑平整、缺陷少，表观质量好。刮涂工艺能连续操作，生产效率高，厚度易掌控，目前已有专门在织物表面实施刮涂的机械设备[7]。

实验采用的自制刮涂设备，涂层厚度由垫片厚度控制，垫片厚度在0.05～1.00 mm之间可调。将3种配方的涂料通过刮涂设备做在铝粉布表面。每种配方分别做成厚度为0.1、0.15、0.2 mm的涂层，烘干后测试。

1.4 涂层光谱反射率的测试

涂层的光谱反射率由美国ASD公司的FieldSpec®HandHeld高便携性分光辐射光谱仪测试。光谱仪波长范围350～1050 nm，光谱分辨率±1 nm，波长重复性±0.02 nm，重复性优于0.3%。采用室内光源ASD ProLamp进行照明，测试期间光源、光谱仪、样品间相对位置保持固定，且保证样品表面尽量与校准时白板表面位置相同。

1.5 涂层红外发射率的测试

涂层在8～14 μm波段的平均发射率由德国Infra Tec公司的Vario CAM型红外热像仪测试。测量系统主要由测试间、恒温水浴槽、热像仪组成。其中，恒温水浴槽用来加热样品，使样品表面与房间壁面保持温差，避免光亮金属的强反射对水浴槽热辐射。将样品粘贴在水浴槽正面，样品前无相距较近的其他物体，其他三面粘贴隔热泡沫，顶端安装铝制盖板用于对水浴槽保温。

2 结果与讨论

2.1 涂料的光学特性研究

本实验测试了配方HFB-3系列分别在涂层厚度为0.1、0.15、0.2 mm时的反射率，做出了相应的反射率-波长曲线，见图1～3。

图1 HFB-3-1涂料反射率-波长曲线

图1是配方HFB-3-1分别在涂层厚度为0.1、0.15、0.2 mm时做的三种涂料的反射率-波长曲线。由图看出，涂层厚度为0.1 mm上的涂料的反射率大于另外两个，而且涂层厚度为0.15 mm和0.2 mm的涂料曲线出现很大的重叠。

图2 HFB-3-2涂料反射率-波长曲线

图2是配方HFB-3-2分别在涂层厚度为0.1、0.15、0.2 mm时做的三种涂料的反射率-波长曲线。由图看出，三种涂层的涂料的反射率-波长曲线基本重合。

图3 HFB-3-3涂料反射率-波长曲线

图3是配方HFB-3-3分别在涂层厚度为0.1、0.15、0.2 mm时作的三种涂料的反射率-波长曲线。由图看出，涂层厚度为0.1 mm时涂料的反射率大于另外两个，涂层厚度为0.15 mm和0.2 mm的涂料曲线出现很大重叠，此种配方在涂层厚度为0.1 mm时反射率较高。

2.2 涂料的红外特性研究

在水浴60 ℃条件下，使用红外热像仪拍摄不同配方涂料及两块参考样的红外热像图，见图4～6，在图中所示的R1、R2为标准参考样品，它们的发射率经标准测定分别为0.92与0.478且基本不变。

图4 HFB-3-1涂料红外热像图

经红外热像仪测得HFB-3-1涂料作在铝粉布上的红外热像图如图4所示，经计算得厚度为0.1 mm的HFB-3-1涂料的发射率为0.827，厚度为0.15 mm的发射率为0.832，厚度为0.2 mm的发射率为0.833。由于发射率相差较少，所以样品在红外热图上的颜色差异很小。

图5 HFB-3-2涂料红外热像图

经红外热像仪测得HFB-3-2涂料作在铝粉布上的红外热像图如图5所示，经计算得厚度为0.1 mm的HFB-3-2涂料的发射率为0.811，厚度为0.15 mm的发射率为0.818，厚度为0.2 mm的发射率为0.825。发射率相差较少则热图相似。

图6 HFB-3-3涂料红外热像图

经红外热像仪测得HFB-3-3涂料作在铝粉布上的红外热像图如图6所示，经计算得厚度为0.1 mm的HFB-3-3涂料的发射率为0.813，厚度为0.15 mm的发射率为0.818，厚度为0.2 mm的发射率为0.825。

3 结论

论文将不同配方在铝粉布基底上制备了涂层厚度分别为0.1、0.15、0.2 mm的HFB-3系列涂料。测试了HFB-3系列涂料的反射率-波长曲线和发射率，拍摄了所制得涂料的红外热像图。作在铝粉布上的HFB-3-2涂料在涂层厚度分别为0.1、0.15、0.2 mm时反射率-波长曲线基本重合，且发射率为0.811，为HFB系列涂料的较佳配方。