一种具有红外隐身功能的可穿戴皮革的制备方法与流程

本发明属于功能材料的研究领域，具体涉及一种具有红外隐身功能的可穿戴皮革制备方法。

背景技术

红外热成像技术是目前军事领域尤为重要的侦查手段之一，主要利用目标的热辐射成像进行侦查，具有夜间探测性能优良、抗干扰能力强、可适应各种复杂作战环境等特点。基于上述原因，亟需开发红外隐身材料来提高武器装备和作战士兵的战场生存能力和突防能力。

在现代红外隐身技术中，实现红外隐身的技术措施主要为改变红外辐射波段、降低红外辐射强度、调整红外辐射传输路径三个方面。其中，降低红外辐射强度是目前最重要的方法，其主要是在目标表面涂覆红外隐身涂层，降低目标表面红外发射率，实现红外隐身。目前研究且应用较多的红外隐身涂层主要是由低发射率填充剂和粘合剂组成。填充剂主要降低目标表面红外发射率，从而降低目标与其周围环境的红外辐射差异，使红外探测器可探测的信号大大降低，粘合剂主要与吸收剂混合成膜，便于涂覆与目标表面。吸收剂主要包含金属颜料(al粉、zn粉、sn粉、au粉、cu粉等)和半导体颜料(二氧化硅、二氧化钛、氧化锌等)。粘合剂主要包含聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、环氧树脂等。

根据kirchhoff定律和能量守恒原理：

ε—涂层表面红外发射率；re—涂层表面红外反射率；a—涂层表面红外吸收率；s—涂层表面红外散射率；

可看出涂层表面红外发射率ε与其表面反射率re和散射率s成反比关系，即增大涂层表面反射率re和散射率s可大大降低涂层表面发射率。因此，大量的研究工作通过制备不同纳米结构的填充剂(纳米片状、纳米棒状、纳米空心球体、纳米核壳球体等)增强涂层表面粗糙度是增大涂层表面反射率re和散射率s的有效手段。

但是上述纳米填充剂的制备工艺较复杂，制备过程需要特殊的加工设备，成本较高。另外，这些粘合剂通常具有较高的红外发射率，聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、环氧树脂分别为0.95、0.90、0.91，而且通常为了使红外涂层维持良好的机械强度，填充剂的用量一般低于40％。综上可知，在目标表面涂覆红外隐身涂层实现降低目标表面红外发射率的技术方法很大程度上受到制备工艺和粘合剂的限制。因此，开发制备过程简单且红外发射率低的红外隐身材料是发展高性能红外隐身材料的关键。

技术实现要素：

本发明专利主要是针对上述问题，提供一种在常温红外大气窗口8-14μm下，具有低发射率的红外隐身皮革材料。其特点是利用家畜动物的皮制成的天然皮革作为基础材料，在其内部纳米胶原纤维上通过溶胶凝胶法原位生长二氧化硅sio2，制备具有发射率低、热传导慢、柔软可折叠、可穿戴的红外隐身材料。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种具有红外隐身功能的可穿戴皮革的制备方法，其通过溶胶凝胶法，将皮革(cfm)置于含有硅的前驱体溶胶的鞣革转鼓中进行反应，然后加入氨水使其凝胶，待干燥后即可得到负载二氧化硅的皮革复合材料(cfm-sio2)。

进一步的，该制备方法还包括以下步骤：

将纳米二氧化硅隔热层(pu/sio2)涂敷于所得的负载二氧化硅的皮革复合材料(cfm-sio2)的肉面，待干燥后得到具有sio2隔热层且负载sio2的皮革pu/sio2/cfm-sio2复合材料。

进一步的，所述皮革是经常规制革工艺戊二醛鞣制而成的牛皮。

进一步的，所述含有硅的前驱体溶胶由硅酸乙酯加入无水乙醇与去离子水混合制成。

进一步的，所述硅酸乙酯的用量为皮革(cfm)质量的5～30％。

进一步的，所述步骤(2)中的纳米二氧化硅隔热层(pu/sio2)为常规皮革涂饰剂与气凝胶纳米二氧化硅sio2(20nm)的混合体系。

进一步的，所述纳米二氧化硅隔热层(pu/sio2)中常规皮革涂饰剂与纳米二氧化硅sio2(20nm)质量比为4:1。

进一步的，所述常规皮革涂饰剂为水性聚氨酯pu。

进一步的，所述纳米二氧化硅的用量为20mg/cm²，以皮革比表面积计。

本发明与现有技术相比，其具有以下积极效果：

1、本发明采用家畜动物的皮革为基础材料，在其内部纳米胶原纤维上通过溶胶凝胶法原位生长二氧化硅，制备出具有发射率低、热传导慢、柔软可折叠、可穿戴的红外隐身材料。

2、cfm-sio2复合材料作为红外反射层无需任何粘合剂，即可成功的将二氧化硅负载于皮胶原纤维基材上，降低红外发射率，而且避免了使用粘合剂带来的一切弊端；

3、cfm-sio2复合材料具有独特的多级纤维编织结构，对入射红外线具有强的多级漫反射和散射特性，可增强对红外线的多级漫反射率和散射率，从而降低红外发射率；

4、cfm-sio2复合材料中负载于纳米皮胶原纤维上或填充于皮胶原纤维间的sio2颗粒可增大皮胶原纤维的粗糙度，强化皮革对红外线的多级漫反射和散射，进一步增强对红外线的多级漫射率和散射率，降低红外发射率；

5、sio2颗粒将会封闭皮革胶原纤维的-cooh，降低皮革胶原纤维-cooh对红外线的吸收，从而降低皮革红外发射率；

6、皮革主要由皮革胶原纤维高度编织形成的一种具有多级纤维结构的固体材料，而且具有柔软、机械强度高的特性，因此，以皮革作为基材制备的兼容雷达波隐身与红外隐身皮革，具有可弯折﹑可穿戴的特点。

附图说明

图1实施例1-4所制备样品与皮革cfm的近红外光谱漫反射率图；

图2实施例3所制备样品与皮革cfm的傅里叶红外光谱图；

图3实施例5所制备样品pu/sio2/cfm-sio2遮盖人体1.0h过程中其表面温度的变化。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述。有必要在此指出的是，本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

取100g皮革(cfm)置于含有5g硅酸乙酯的100ml溶胶溶液(50ml无水乙醇与50ml去离子水)中，室温下在机械作用力下进行吸附反应，6h后，加入氨水使体系ph≥9，继续反应4h后，取出皮革胶原纤维，待干燥后即可得到具有红外隐身性能的cfm-sio2(5％)。由紫外/可见/近红外分光光度计(uv-3600，岛津，日本)测定cfm-sio2(5％)对近红外光谱的漫发射率可知，相比cfm，cfm-sio2(5％)对近红外光谱的漫反射率增强，如图1所示。通过红外发射率测试仪(tss-5x,japan)测试可知，cfm-sio2(5％)的红外发射率降低至0.80。

实施例2

取100g皮革(cfm)置于含有10g硅酸乙酯的100ml溶胶溶液(50ml无水乙醇与50ml去离子水)中，室温下在机械作用力下进行吸附反应，6h后，加入氨水使体系ph≥9，继续反应4h后，取出皮革，待干燥后即可得到具有红外隐身性能的cfm-sio2(10％)。由紫外/可见/近红外分光光度计(uv-3600，岛津，日本)测定cfm-sio2(10％)对近红外光谱的漫发射率可知，相比cfm，cfm-sio2(10％)对近红外光谱的漫反射率增强，如图1所示。通过红外发射率测试仪(tss-5x,japan)测试可知，sio2-cfm(10％)的红外发射率降低至0.69。

实施例3

取100g皮革置于含有20g硅酸乙酯的100ml溶胶溶液(50ml无水乙醇与50ml去离子水)中，室温下在机械作用力下进行吸附反应，6h后，加入氨水使体系ph≥9，继续反应4h后，取出皮革，待干燥后即可得到具有红外隐身性能的cfm-sio2(20％)。由紫外/可见/近红外分光光度计(uv-3600，岛津，日本)测定cfm-sio2(20％)对近红外光谱的漫发射率可知，相比cfm，cfm-sio2(20％)对近红外光谱的漫反射率增强，如图1所示。通过傅里叶变换红外光谱仪(hermo-nicoletnexus670)测定红外光谱可知，相比cfm，sio2-cfm(20％)的羧基峰-cooh明显降低，说明皮胶原纤维的羧基-cooh成功被封闭，如图2所示。通过红外发射率测试仪(tss-5x,japan)测试可知，cfm-sio2(20％)的红外发射率降低至0.63。

实施例4

取100g皮革置于含有30g硅酸乙酯的100ml溶胶溶液(50ml无水乙醇与50ml去离子水)中，室温下在机械作用力下进行吸附反应，6h后，加入氨水使体系ph≥9，继续反应4h后，取出皮革，待干燥后即可得到具有红外隐身性能的cfm-sio2(30％)。由紫外/可见/近红外分光光度计(uv-3600，岛津，日本)测定cfm-sio2(30％)对近红外光谱的漫发射率可知，相比cfm，cfm-sio2(30％)对近红外光谱的漫反射率增强，如图1所示。通过红外发射率测试仪(tss-5x,japan)测试可知，cfm-sio2(30％)的红外发射率降低至0.87。

实施例5

取100g皮革置于含有20g硅酸乙酯的100ml溶胶溶液(50ml无水乙醇与50ml去离子水)中，室温下在机械作用力下进行吸附反应，6h后，加入氨水使体系ph≥9，继续反应4h后，取出皮革，待干燥后即可得到cfm-sio2(20％)。通过红外发射率测试仪(tss-5x,japan)测试可知，cfm-sio2(20％)的红外发射率降低至0.63。将纳米二氧化硅隔热层(pu/sio2)涂敷于所得cfm-sio2(20％)的肉面，待干燥后得到具有sio2隔热层且负载sio2的皮革pu/sio2/cfm-sio2复合材料。该纳米二氧化硅隔热层(pu/sio2)是由纳米sio2(20nm)(20mg/cm²，以皮革表面积计算)与水性聚氨酯按照4:1的比列混合而成。根据lfa467激光导热仪测试可知，该复合材料的热导为3×10^-11w/(mk)，具有热传导慢的特点。如图3所示，当pu/sio2/cfm-sio2遮盖人体1.0h后，pu/sio2/cfm-sio2的表面温度仅增长～3℃，实现对人体的红外隐身性能。