几种红外隐身涂料黏合剂的性能研究

1 引言
随着红外成像技术在军事领域的快速渗透,各种精确制导武器的迅速发展,使军事目标只要被发现,就可能被摧毁,其生存受到严重威胁[1]。因此,以降低和削弱敌方红外探测设备效能为目标的红外隐身技术受到各国军方的广泛关注,国内红外隐身涂料研制,已列入“十一五”期间的重点发展项目[2]。红外隐身就是利用屏蔽、低发射率涂料、热抑制等措施降低目标的红外辐射强度与特性[3]。在各类隐身材料中,红外隐身涂料既可用于目标的外部、伪装网和隔热层上,又可用于目标内部的发热部件;既能降低、改变目标自身的热辐射特征,又能使目标的综合散射特性与背景相适应,而且施工方便、工艺简便、品种较多,成为热隐身材料中最重要的品种[4]。据研究,涂料在红外频段的吸收至少有60%取决于黏合剂[5]。黏合剂是红外隐身涂料的基本组成部分,应具有较好的力学性能、加工性能,以及在所选红外波段辐射率低、和填料有较好的相容性、与底材有较好的黏结性、工作条件下的结构稳定性等特点,同时能够保护填料在使用期间的红外特性不变,在所选波段红外透过性较好。8~14μm 波段是红外探测器的重要工作波段[6],黏合剂在8~ 14 μm 波段红外透过性越好,吸收越弱,发射率就越低,隐身效果就越好。

2 试验部分
2.1 原料
树脂:酚醛树脂(固态)、酚醛树脂(液态),河南新乡伯马风帆实业有限公司;Kraton(科腾)树脂,广州生隆行贸易有限公司;聚氨酯树脂,东莞市宏达聚氨酯有限公司;溶剂:无水乙醇、二甲苯、四氢呋喃、聚氨酯稀释剂。

2.2 基本原理
将树脂用溶剂溶解后在试板上涂膜,或加入一定量的颜料后在试板上涂膜,固化后,研究涂膜的红外透过性和成膜性能。选用4 种较为常用的红外隐身黏合剂树脂:酚醛树脂(固态)、酚醛树脂(液态)、聚氨酯树脂、Kraton 树脂。利用FTS135 型傅里叶变换红外光谱仪分别进行红外光谱分析,利用Origin 软件截取8 ~14 μm 波段对应波数的光谱特征进行分析。由于物体的发射率等于物体的吸收率,可以通过分析材料在8 ~14 μm 波段的红外透过性和吸收峰特点,来大致判断材料在8 ~ 14 μm 波段的红外发射率特点。
⑴酚醛树脂:酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能,广泛应用于防腐蚀工程、胶黏剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。热固性酚醛树脂与其它热固性树脂相比,其优点有:①固化时不需要加入催化剂、促进剂,只需加热、加压,调整酚与醛的物质的量与介质的pH,就可得到具有不同性能的产物。②固化后密度小、机械强度、热强度高、变形倾向小、耐化学腐蚀及耐湿性高,是高绝缘材料。其缺点是脆性大,颜色深,加工成型压力高。

从图1 红外吸收光谱分析看出,酚醛树脂在8~14μm 波段有3 个强吸收峰,分别位于1 099.96 cm-1、818.22 cm-1 和756.46 cm-1,在1 250 ~ 1 150 cm-1 处透过性较差,整体平均透过率为50%左右,基本满足红外隐身涂料黏合剂的要求。经过试验分析,固态酚醛树脂施工繁琐,需先碾碎成粉末,再用溶剂溶解,颜色较深,与颜料混合均匀性较差,经涂膜后,颜料很快沉积
到试板底部。液态酚醛树脂颜色相对较浅,易溶于溶剂,与颜料混合均匀性较好。
⑵Kraton 树脂:Kraton 树脂原产于美国Kraton 聚合物公司,是乙烯与苯乙烯的共聚物,该树脂具有高透明度和较好的刚性、强度、韧性以及耐冲击性,在红外隐身涂料方面应用的可能性较大。Kraton 树脂的红外透明度随聚苯乙烯含量的减少而增加,在8 ~ 14 μm波段内可达0.7 以上,大大高于醇酸树脂等传统涂料黏合剂,红外透过性能比较理想。从图2 上看,Kraton树脂在8 ~ 14 μm 波段没有强吸收峰,透过率可达75%左右,在透过率方面是较好的红外隐身涂料黏结剂材料。

通过加热可使Kraton 树脂熔化,但Kraton 树脂呈白色粉末状,加热时受热不均,对于加热条件要求较高,难以满足制备涂料的条件以及与颜料均匀混合的要求,Kraton 树脂不溶于醇、醚、酮等溶剂。图3 中a、b分别采用四氢呋喃和二甲苯等有机溶剂溶解Kraton树脂,但消耗溶剂较多,固含量低于30%。四氢呋喃、二甲苯等有机溶剂挥发较快,导致制备的涂料干燥固化后颜料分布不均匀或者表面破裂。⑶聚氨酯树脂:聚氨酯成膜物质除主要由氨基甲酸酯组成外,还可能含有酯键、醚键、脲和酰胺基。此外,还可以形成分子间稳定的氢键,由于氢键的存在可以吸收应力作用时的能量,从而减小应力对分子共价键的破坏,在应力撤去后又能重新形成。因此,聚氨酯涂料不仅具有优良的耐热、耐酸碱性能,而且漆膜具有坚硬耐磨、光亮丰满、附着力优秀、施工方便等优点。聚氨酯长期使用温度范围达到-45 ~ 70 ℃,在保持良好弹性的同时还具有较高的硬度[7-8]。

从图4 上看,在8 ~ 14 μm 波段聚氨酯在1 219.6cm-1 和1 069.08 cm-1 处有强吸收率,整体的平均红外透过率达60%以上。程从亮[9]等用聚氨酯作为成膜物质,纳米NiO 包覆片状铝粉和SiO2 粉等为填料制得了在8 ~ 14 μm 波段发射率仅为0.39 的低发射率涂料。聚氨酯具有施工方便、常温固化等特点,适合于作为红外隐身涂料黏合剂。

3 结语
综合以上分析,固态酚醛树脂使用前难以溶解,颜色较深,与颜料混合均匀性较差,工艺性能差;Kraton树脂在8 ~ 14 μm 波段虽然具有较高的透过率,但对于工艺条件要求较高,施工不方便,成膜效果难以控制;液态酚醛树脂成膜性能较好,但是本身呈浅棕色,相对来说,聚氨酯树脂作为红外隐身涂料的黏合剂较为合适。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注