在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，屬于功能材料【技術領域】。其具體過程為：1、配制相應的紅外隱身涂料各層涂料載體、紅外隱身涂料的甲組分、紅外隱身涂料的乙組分待用；2、清潔涂有雷達吸波涂層的物體表面；3、將待用的內(nèi)層涂層載體與甲組分、乙組分混合并攪拌均勻，采用壓縮氣體的方式噴涂在雷達吸波層表面，干燥；4、同噴涂內(nèi)層方式一樣，依次取待用的涂層載體與甲組分、乙組分混合并攪拌均勻，采用壓縮氣體的方式進行噴涂，干燥，直至最外層。其優(yōu)點為：紅外發(fā)射率可低至0.25以下，同時可在1～18GHz全頻段范圍內(nèi)顯著改善涂層的雷達吸波性能，實現(xiàn)優(yōu)異的紅外/雷達兼容隱身性能。
【專利說明】在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料【技術領域】，涉及雷達和紅外偽裝材料，特別涉及在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)代戰(zhàn)場中探測技術已發(fā)展為多譜段探測，單一功能的隱身材料已不能再滿足需求，多譜段兼容隱身材料，尤其是雷達與紅外兼容隱身材料，已成為隱身材料的研究熱點之一。雷達隱身的主要手段是降低目標物體的雷達波反射率，而紅外隱身的主要手段則是要提高目標物體的紅外反射率，高紅外反射率的涂層同時也有較高的雷達反射率，這種性能需求的矛盾給雷達與紅外兼容隱身材料的制備帶來了較大的困難。
[0003]目前最常用的紅外隱身與雷達隱身的兼容手段是采用雙層涂覆方法，即在雷達隱身涂層物體表面涂覆一層紅外隱身涂層。涂敷型雷達隱身材料是將樹脂與金屬顆粒或合金粉末、鐵氧體粉末、炭黑、導電纖維等按照一定比例混合，并添加適量固化劑以及溶劑后形成的吸波涂層，涂敷型紅外隱身材料則是將樹脂與片狀鋁粉、片狀銅粉或片狀銀粉按照一定比例混合，并添加適量固化劑、助劑以及溶劑后形成的低發(fā)射率涂層，目前常用的樹脂是聚氨酯、硅醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂中的一種。金屬粉料一般具有較高的反射率，因此其在紅外隱身涂料中常作為顏料來降低發(fā)射率，在實際應用中紅外隱身涂層除了要具有較低的發(fā)射率，還要滿足一定的機械性能以及耐腐蝕性等要求，因此紅外涂層的厚度和金屬顏料含量必須達到一定值。紅外隱身涂層厚度固定時，其發(fā)射率隨著金屬顏料含量的增加而降低；當顏料含量為定值時，紅外涂料的發(fā)射率隨著厚度的增加而迅速降低最后趨于固定值。對于傳統(tǒng)的單層結(jié)構(gòu)紅外隱身涂層，要實現(xiàn)發(fā)射率小于0.25并滿足一定的應用要求，紅外涂層的金屬顏料含量(金屬顏料相對粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比)至少為100%，涂層厚度則要達到45-60微米，但在此條件下由于紅外涂層中高含量的金屬顏料，導致具有較高的雷達波反射率，使得雷達兼容性能受到影響，在高頻尤甚。因此如何同時實現(xiàn)低紅外發(fā)射率以及高雷達透過率成為隱身材料的研究熱點之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提出在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，同時實現(xiàn)低紅外發(fā)射率以及高雷達透過率的技術問題。
[0005]本發(fā)明公布了在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，該方法是將金屬粉料含量由少到多的紅外隱身涂層由內(nèi)層到外層依次噴涂，其技術方案是:
[0006]步驟A.配制涂料 [0007]A1.配制各層涂料載體:首先將聚氨酯、硅醇酸樹脂或環(huán)氧樹脂與酯類、苯類或酮類有機溶劑按照1:1-1.5的質(zhì)量比混合均勻后，作為涂料的載體，然后根據(jù)由內(nèi)層至外層各涂層所需載體的量將所配制載體分別稱量，待用；
[0008]A2.配制紅外隱身涂料的甲組分；首先按擬配各層涂料中片狀金屬粉料的含量，由少到多分別稱量依次作為內(nèi)層至外層涂料中的片狀金屬粉料，待用；然后分別以內(nèi)層至外層各層涂料中片狀金屬粉料的重量計，3-5份:
[0009]A3.配制紅外隱身涂料的乙組分:首先根據(jù)由內(nèi)層至外層各涂層所需載體的質(zhì)量稱取固化劑，所需固化劑的質(zhì)量相當于載體質(zhì)量的0.4-0.6份，待用；
[0010]步驟B.涂料噴涂
[0011]B1.涂有雷達吸波涂層的物體表面的清潔:在噴涂車間去除涂有雷達吸波涂層的物體表面的灰塵及油污等；
[0012]B2?噴涂:
[0013]首先噴涂內(nèi)層，取步驟A中待用的涂層載體與甲組分、乙組分混合并攪拌均勻，采用壓縮氣體的方式噴涂在雷達吸波層表面，干燥；
[0014]同噴涂內(nèi)層方式一樣，依次取待用的涂層載體與甲組分、乙組分混合并攪拌均勻，采用壓縮氣體的方式進行噴涂，干燥，直至最外層。
[0015]本發(fā)明提出的在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法其原理為:
[0016]金屬粉料含量由少到多的多層設計的表層金屬顏料和總厚度與單層設計的金屬顏料和厚度相當，相應其總金屬顏料含量降低，紅外涂層的相對介電常數(shù)ε因此降低。根
據(jù)阻抗匹配原理，雷達波 穿過自由空間/紅外涂層界面的反射R =，其中紅外涂層



(Ζ+Ζ0)
的本征阻抗Z= (μ/ε)1/2, μ是紅外涂層的相對磁導率；自由空間的本征阻抗Ztl = ( μ 0/ε 0)1/2^ μ ^是自由空間的磁導率，^是自由空間的介電常數(shù)。紅外涂層相對介電常數(shù)ε的降低使紅外層的本征阻抗Z進一步接近自由空間的本征阻抗Ztl,從而減少雷達波透過自由空間/紅外層界面的反射R，使雷達波盡可能多的進入吸波層內(nèi)被損耗掉，從而改善紅外與雷達的兼容性能。
[0017]根據(jù)紅外涂層發(fā)射率與厚度的關系可知，紅外涂層的發(fā)射率是由其表面性質(zhì)決定，為了保持涂層具有較低的紅外發(fā)射率，只需保持表層的金屬顏料含量在較高水平，同時隨涂層表面垂直方向各涂層的金屬顏料含量梯度降低，這樣就可以使紅外涂層總體的金屬顏料含量得到降低，克服了以往紅外與雷達兼容隱身的無法降低金屬顏料含量的瓶頸，從而使紅外涂層在滿足低發(fā)射率要求的同時又進一步降低了對雷達隱身性能的影響。
[0018]本發(fā)明的在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，通過表層維持高金屬顏料含量來保證低發(fā)射率，但是現(xiàn)在武器系統(tǒng)所使用的底漆均為高輻射涂料，它們的紅外輻射能量會透過面漆向外輻射，導致其與紅外面漆的輻射形成疊加效應，下層的低顏料含量紅外隱身涂層就在表層和底漆之間形成一個隔斷層，抑制底漆的紅外能量向外輻射，從而減弱面漆的紅外輻射影響。
[0019]紅外隱身涂層由樹脂、片狀金屬顏料以及固化劑按照一定比例配制噴涂而成。紅外隱身涂層的層數(shù)為3-5層，每層厚度為10-30微米。從內(nèi)層到外層涂料中片狀金屬粉料的含量由少到多，其內(nèi)層含量為25%-65%，外層含量為125%-200%，中間層含量介于內(nèi)層與外層之間。
[0020]所述紅外隱身涂層所用樹脂為聚氨酯、硅醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂中的一種；金屬顏料為片狀鋁粉、片狀銀粉或片狀銅粉；助劑為有機防沉劑、增稠劑、流平劑、泡沫控制劑、潤濕劑、分散劑、EVA蠟定向排列助劑等。所述紅外隱身涂層所用金屬顏料直徑為8-30微米。
[0021]綜上所述，采用上述技術方案，其優(yōu)點在于:其紅外發(fā)射率可低至0.25以下，同時可在I~18GHz全頻段范圍內(nèi)顯著改善下層吸波涂層的雷達吸波性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的梯度結(jié)構(gòu)紅外隱身涂層與雷達吸波層的兼容隱身模型；
[0024]圖2是為實施案例1、2的雷達反射特性曲線；
[0025]圖3是為實施案例1、2的紅外反射特性曲線。
【具體實施方式】
[0026]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0027]結(jié)合圖1中梯度結(jié)構(gòu)紅外隱身涂層與雷達吸波層的兼容隱身模型。紅外隱身涂層的層數(shù)為3-5層，每層厚度為10-30微米，從內(nèi)層到外層涂料中片狀金屬粉料的含量由少到多，其內(nèi)層含量為25% -65% ,外層含量為125% -200%,中間層含量介于內(nèi)層與外層之間。本發(fā)明采用電磁場仿真軟件CST優(yōu)化設計梯度結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)，通過控制梯度結(jié)構(gòu)的這些參數(shù)值來實現(xiàn)靈活的光譜特性控制，從而進一步完善了紅外/雷達隱身的兼容性能。
[0028]實施例1:
[0029]本實施例中涂有雷達吸波涂層的樣板尺寸為3m*5m，所使用的片狀鋁粉平均直徑約為25微米，控制涂層總金屬顏料含量為100%，選擇三層結(jié)構(gòu)的金屬粉料含量由內(nèi)層到外層分別為50 %、100 %、150 %的紅外涂料，各層厚度依次為18 μ m、18 μ m、18 μ m。
[0030]首先配制涂料:稱取5kg的聚氨酯樹脂與6kg的乙酸乙酯混合攪拌均勻制得載體，針對由內(nèi)層到外層涂料分別稱取4.4kg、4kg、3.5kg的載體待用；針對由內(nèi)層到外層涂料分別稱取lkg、l.8kg、2.4kg的片狀鋁粉待用；針對由內(nèi)層到外層涂料分別稱取2kg、l.8kg、
1.6kg的固化劑待用。然后進行涂料噴涂:先將樣板表面清潔干凈，從內(nèi)層開始，將稱量待用的載體、片狀鋁粉以及固化劑混合攪拌均勻，采用壓縮氣體的方式噴涂在樣板表面，待其干燥后，采用同樣的方式依次進行中間層、外層的噴涂。
[0031]至樣品完全固化后，即可測試其雷達反射率及紅外發(fā)射率，將上述數(shù)據(jù)與未噴涂紅外隱身涂層的雷達吸波板的反射性能對比得到曲線如圖2以及本說明書中表1所示，S波段(2~4GHz)反射率差均值為-0.14dB，C波段(4~8GHz)反射率差均值為-0.92dB，X波段(8~12GHz)反射率差均值為-0.58dB，Ku波段(12~18GHz)反射率差均值為0.49dB，紅外發(fā)射率光譜曲線如圖3所示，紅外發(fā)射率值為0.17。 [0032]實施例2:
[0033]本實施例中涂有雷達吸波涂層的樣板尺寸為3m*5m，所使用的片狀鋁粉平均直徑約為8微米，控制涂層總金屬顏料含量為95%，選擇四層結(jié)構(gòu)的金屬粉料含量由內(nèi)層到外層分別為50 %、75 %、100 %、125%的紅外涂料，各層厚度依次為10 μ m、10 μ m、10 μ m、20 μ m0[0034]首先配制涂料:稱取5kg的聚氨酯樹脂與6kg的乙酸乙酯混合攪拌均勻制得載體，針對由內(nèi)層到外層涂料分別稱取2.64kg、2.42kg、1.98kg、3.87kg的載體待用；針對由內(nèi)層到外層涂料分別稱取0.6kg、0.83kg、0.9kg、2.2kg的片狀鋁粉待用；針對由內(nèi)層到外層涂料分別稱取1.2kg、1.lkg、0.9kg、1.76kg的固化劑待用。然后進行涂料噴涂:先將樣板表面清潔干凈，從內(nèi)層開始，將稱量待用的載體、片狀鋁粉以及固化劑混合攪拌均勻，采用壓縮氣體的方式噴涂在樣板表面，待其干燥后，采用同樣的方式依次進行中間層、外層的噴涂。
[0035]至樣品完全固化后，測試其雷達反射率及紅外發(fā)射率，將上述數(shù)據(jù)與未噴涂紅外隱身涂層的雷達吸波板的反射性能對比得到曲線如圖2以及本說明書中表1所示，S波段(2~4GHz)反射率差均值為-0.09dB，C波段(4~8GHz)反射率差均值為-0.59dB，X波段(8~12GHz)反射率差均值為-0.58dB, Ku波段(12~18GHz)反射率差均值為0.16dB，紅
外發(fā)射率光譜曲線如圖3所示，紅外發(fā)射率值為0.24。
【權利要求】
1.在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，其方法包括: 步驟A.配制涂料 A1.配制各層涂料載體:首先將聚氨酯、硅醇酸樹脂或環(huán)氧樹脂與酯類、苯類或酮類有機溶劑按照1:1-1.5的質(zhì)量比混合均勻后，作為涂料的載體，然后根據(jù)由內(nèi)層至外層各涂層所需載體的量將所配制載體分別稱量，待用； A2.配制紅外隱身涂料的甲組分；首先按擬配各層涂料中片狀金屬粉料的含量，由少到多分別稱量依次作為內(nèi)層至外層涂料中的片狀金屬粉料，待用；然后分別以內(nèi)層至外層各層涂料中片狀金屬粉料的 重量計，3-5份: A3.配制紅外隱身涂料的乙組分:首先根據(jù)由內(nèi)層至外層各涂層所需載體的質(zhì)量稱取固化劑，所需固化劑的質(zhì)量相當于載體質(zhì)量的0.4-0.6份，待用； 步驟B.涂料噴涂 B1.涂有雷達吸波涂層的物體表面的清潔:在噴涂車間去除涂有雷達吸波涂層的物體表面的灰塵及油污等； B2-嗔涂: 首先噴涂內(nèi)層，取步驟A中待用的涂層載體與甲組分、乙組分混合并攪拌均勻，采用壓縮氣體的方式噴涂在雷達吸波層表面，干燥； 同噴涂內(nèi)層方式一樣，依次取待用的涂層載體與甲組分、乙組分混合并攪拌均勻，采用壓縮氣體的方式進行噴涂，干燥，直至最外層。
2.如權利要求1所述在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，其特征在于:所述直至最外層，其層數(shù)為3-5層。
3.如權利要求1所述在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，其特征在于:所述金屬粉料為片狀鋁粉、片狀銀粉或片狀銅粉，其平均直徑為8-30微米。
4.如權利要求1所述在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，其特征在于:所述紅外隱身涂層的厚度，每層厚度在10-30微米之間，總厚度在45-60微米之間。
5.如權利要求1所述在涂有雷達吸波涂層的物體表面加涂紅外隱身涂層的方法，其特征在于:從內(nèi)層到外層涂料中片狀金屬粉料的含量由少到多，其內(nèi)層含量為25%-65%，外層含量為125% -200%,中間層含量介于內(nèi)層與外層之間。
6.如權利要求1所述一種雷達吸波涂層表面加涂紅外隱身涂層的方法，其特征在于:所述紅外隱身涂料還包括有機防沉劑、增稠劑、泡沫控制劑、潤濕劑和分散劑。
【文檔編號】C09D163/00GK103980806SQ201410217815
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權日:2014年5月22日
【發(fā)明者】屈秋芳, 翁小龍, 謝建良, 鄧龍江, 袁樂 申請人:電子科技大學