在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法
【专利摘要】本发明公开了在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，属于功能材料【技术领域】。其具体过程为：1、配制相应的红外隐身涂料各层涂料载体、红外隐身涂料的甲组分、红外隐身涂料的乙组分待用；2、清洁涂有雷达吸波涂层的物体表面；3、将待用的内层涂层载体与甲组分、乙组分混合并搅拌均匀，采用压缩气体的方式喷涂在雷达吸波层表面，干燥；4、同喷涂内层方式一样，依次取待用的涂层载体与甲组分、乙组分混合并搅拌均匀，采用压缩气体的方式进行喷涂，干燥，直至最外层。其优点为：红外发射率可低至0.25以下，同时可在1～18GHz全频段范围内显著改善涂层的雷达吸波性能，实现优异的红外/雷达兼容隐身性能。
【专利说明】在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于功能材料【技术领域】，涉及雷达和红外伪装材料，特别涉及在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法。
【背景技术】
[0002]在现代战场中探测技术已发展为多谱段探测，单一功能的隐身材料已不能再满足需求，多谱段兼容隐身材料，尤其是雷达与红外兼容隐身材料，已成为隐身材料的研究热点之一。雷达隐身的主要手段是降低目标物体的雷达波反射率，而红外隐身的主要手段则是要提高目标物体的红外反射率，高红外反射率的涂层同时也有较高的雷达反射率，这种性能需求的矛盾给雷达与红外兼容隐身材料的制备带来了较大的困难。
[0003]目前最常用的红外隐身与雷达隐身的兼容手段是采用双层涂覆方法，即在雷达隐身涂层物体表面涂覆一层红外隐身涂层。涂敷型雷达隐身材料是将树脂与金属颗粒或合金粉末、铁氧体粉末、炭黑、导电纤维等按照一定比例混合，并添加适量固化剂以及溶剂后形成的吸波涂层，涂敷型红外隐身材料则是将树脂与片状铝粉、片状铜粉或片状银粉按照一定比例混合，并添加适量固化剂、助剂以及溶剂后形成的低发射率涂层，目前常用的树脂是聚氨酯、硅醇酸树脂、环氧树脂中的一种。金属粉料一般具有较高的反射率，因此其在红外隐身涂料中常作为颜料来降低发射率，在实际应用中红外隐身涂层除了要具有较低的发射率，还要满足一定的机械性能以及耐腐蚀性等要求，因此红外涂层的厚度和金属颜料含量必须达到一定值。红外隐身涂层厚度固定时，其发射率随着金属颜料含量的增加而降低；当颜料含量为定值时，红外涂料的发射率随着厚度的增加而迅速降低最后趋于固定值。对于传统的单层结构红外隐身涂层，要实现发射率小于0.25并满足一定的应用要求，红外涂层的金属颜料含量(金属颜料相对粘结剂的质量百分比)至少为100%，涂层厚度则要达到45-60微米，但在此条件下由于红外涂层中高含量的金属颜料，导致具有较高的雷达波反射率，使得雷达兼容性能受到影响，在高频尤甚。因此如何同时实现低红外发射率以及高雷达透过率成为隐身材料的研究热点之一。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提出在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，同时实现低红外发射率以及高雷达透过率的技术问题。
[0005]本发明公布了在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，该方法是将金属粉料含量由少到多的红外隐身涂层由内层到外层依次喷涂，其技术方案是:
[0006]步骤A.配制涂料 [0007]A1.配制各层涂料载体:首先将聚氨酯、硅醇酸树脂或环氧树脂与酯类、苯类或酮类有机溶剂按照1:1-1.5的质量比混合均匀后，作为涂料的载体，然后根据由内层至外层各涂层所需载体的量将所配制载体分别称量，待用；
[0008]A2.配制红外隐身涂料的甲组分；首先按拟配各层涂料中片状金属粉料的含量，由少到多分别称量依次作为内层至外层涂料中的片状金属粉料，待用；然后分别以内层至外层各层涂料中片状金属粉料的重量计，3-5份:
[0009]A3.配制红外隐身涂料的乙组分:首先根据由内层至外层各涂层所需载体的质量称取固化剂，所需固化剂的质量相当于载体质量的0.4-0.6份，待用；
[0010]步骤B.涂料喷涂
[0011]B1.涂有雷达吸波涂层的物体表面的清洁:在喷涂车间去除涂有雷达吸波涂层的物体表面的灰尘及油污等；
[0012]B2?喷涂:
[0013]首先喷涂内层，取步骤A中待用的涂层载体与甲组分、乙组分混合并搅拌均匀，采用压缩气体的方式喷涂在雷达吸波层表面，干燥；
[0014]同喷涂内层方式一样，依次取待用的涂层载体与甲组分、乙组分混合并搅拌均匀，采用压缩气体的方式进行喷涂，干燥，直至最外层。
[0015]本发明提出的在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法其原理为:
[0016]金属粉料含量由少到多的多层设计的表层金属颜料和总厚度与单层设计的金属颜料和厚度相当，相应其总金属颜料含量降低，红外涂层的相对介电常数ε因此降低。根
据阻抗匹配原理，雷达波 穿过自由空间/红外涂层界面的反射R =，其中红外涂层
(Ζ+Ζ0)
的本征阻抗Z= (μ/ε)1/2, μ是红外涂层的相对磁导率；自由空间的本征阻抗Ztl = ( μ 0/ε 0)1/2^ μ ^是自由空间的磁导率，^是自由空间的介电常数。红外涂层相对介电常数ε的降低使红外层的本征阻抗Z进一步接近自由空间的本征阻抗Ztl,从而减少雷达波透过自由空间/红外层界面的反射R，使雷达波尽可能多的进入吸波层内被损耗掉，从而改善红外与雷达的兼容性能。
[0017]根据红外涂层发射率与厚度的关系可知，红外涂层的发射率是由其表面性质决定，为了保持涂层具有较低的红外发射率，只需保持表层的金属颜料含量在较高水平，同时随涂层表面垂直方向各涂层的金属颜料含量梯度降低，这样就可以使红外涂层总体的金属颜料含量得到降低，克服了以往红外与雷达兼容隐身的无法降低金属颜料含量的瓶颈，从而使红外涂层在满足低发射率要求的同时又进一步降低了对雷达隐身性能的影响。
[0018]本发明的在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，通过表层维持高金属颜料含量来保证低发射率，但是现在武器系统所使用的底漆均为高辐射涂料，它们的红外辐射能量会透过面漆向外辐射，导致其与红外面漆的辐射形成叠加效应，下层的低颜料含量红外隐身涂层就在表层和底漆之间形成一个隔断层，抑制底漆的红外能量向外辐射，从而减弱面漆的红外辐射影响。
[0019]红外隐身涂层由树脂、片状金属颜料以及固化剂按照一定比例配制喷涂而成。红外隐身涂层的层数为3-5层，每层厚度为10-30微米。从内层到外层涂料中片状金属粉料的含量由少到多，其内层含量为25%-65%，外层含量为125%-200%，中间层含量介于内层与外层之间。
[0020]所述红外隐身涂层所用树脂为聚氨酯、硅醇酸树脂、环氧树脂中的一种；金属颜料为片状铝粉、片状银粉或片状铜粉；助剂为有机防沉剂、增稠剂、流平剂、泡沫控制剂、润湿剂、分散剂、EVA蜡定向排列助剂等。所述红外隐身涂层所用金属颜料直径为8-30微米。
[0021]综上所述，采用上述技术方案，其优点在于:其红外发射率可低至0.25以下，同时可在I~18GHz全频段范围内显著改善下层吸波涂层的雷达吸波性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
[0023]图1是根据本发明提出的梯度结构红外隐身涂层与雷达吸波层的兼容隐身模型；
[0024]图2是为实施案例1、2的雷达反射特性曲线；
[0025]图3是为实施案例1、2的红外反射特性曲线。
【具体实施方式】
[0026]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0027]结合图1中梯度结构红外隐身涂层与雷达吸波层的兼容隐身模型。红外隐身涂层的层数为3-5层，每层厚度为10-30微米，从内层到外层涂料中片状金属粉料的含量由少到多，其内层含量为25% -65% ,外层含量为125% -200%,中间层含量介于内层与外层之间。本发明采用电磁场仿真软件CST优化设计梯度结构的各种参数，通过控制梯度结构的这些参数值来实现灵活的光谱特性控制，从而进一步完善了红外/雷达隐身的兼容性能。
[0028]实施例1:
[0029]本实施例中涂有雷达吸波涂层的样板尺寸为3m*5m，所使用的片状铝粉平均直径约为25微米，控制涂层总金属颜料含量为100%，选择三层结构的金属粉料含量由内层到外层分别为50 %、100 %、150 %的红外涂料，各层厚度依次为18 μ m、18 μ m、18 μ m。
[0030]首先配制涂料:称取5kg的聚氨酯树脂与6kg的乙酸乙酯混合搅拌均匀制得载体，针对由内层到外层涂料分别称取4.4kg、4kg、3.5kg的载体待用；针对由内层到外层涂料分别称取lkg、l.8kg、2.4kg的片状铝粉待用；针对由内层到外层涂料分别称取2kg、l.8kg、
1.6kg的固化剂待用。然后进行涂料喷涂:先将样板表面清洁干净，从内层开始，将称量待用的载体、片状铝粉以及固化剂混合搅拌均匀，采用压缩气体的方式喷涂在样板表面，待其干燥后，采用同样的方式依次进行中间层、外层的喷涂。
[0031]至样品完全固化后，即可测试其雷达反射率及红外发射率，将上述数据与未喷涂红外隐身涂层的雷达吸波板的反射性能对比得到曲线如图2以及本说明书中表1所示，S波段(2~4GHz)反射率差均值为-0.14dB，C波段(4~8GHz)反射率差均值为-0.92dB，X波段(8~12GHz)反射率差均值为-0.58dB，Ku波段(12~18GHz)反射率差均值为0.49dB，红外发射率光谱曲线如图3所示，红外发射率值为0.17。 [0032]实施例2:
[0033]本实施例中涂有雷达吸波涂层的样板尺寸为3m*5m，所使用的片状铝粉平均直径约为8微米，控制涂层总金属颜料含量为95%，选择四层结构的金属粉料含量由内层到外层分别为50 %、75 %、100 %、125%的红外涂料，各层厚度依次为10 μ m、10 μ m、10 μ m、20 μ m0[0034]首先配制涂料:称取5kg的聚氨酯树脂与6kg的乙酸乙酯混合搅拌均匀制得载体，针对由内层到外层涂料分别称取2.64kg、2.42kg、1.98kg、3.87kg的载体待用；针对由内层到外层涂料分别称取0.6kg、0.83kg、0.9kg、2.2kg的片状铝粉待用；针对由内层到外层涂料分别称取1.2kg、1.lkg、0.9kg、1.76kg的固化剂待用。然后进行涂料喷涂:先将样板表面清洁干净，从内层开始，将称量待用的载体、片状铝粉以及固化剂混合搅拌均匀，采用压缩气体的方式喷涂在样板表面，待其干燥后，采用同样的方式依次进行中间层、外层的喷涂。
[0035]至样品完全固化后，测试其雷达反射率及红外发射率，将上述数据与未喷涂红外隐身涂层的雷达吸波板的反射性能对比得到曲线如图2以及本说明书中表1所示，S波段(2~4GHz)反射率差均值为-0.09dB，C波段(4~8GHz)反射率差均值为-0.59dB，X波段(8~12GHz)反射率差均值为-0.58dB, Ku波段(12~18GHz)反射率差均值为0.16dB，红
外发射率光谱曲线如图3所示，红外发射率值为0.24。
【权利要求】
1.在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，其方法包括: 步骤A.配制涂料 A1.配制各层涂料载体:首先将聚氨酯、硅醇酸树脂或环氧树脂与酯类、苯类或酮类有机溶剂按照1:1-1.5的质量比混合均匀后，作为涂料的载体，然后根据由内层至外层各涂层所需载体的量将所配制载体分别称量，待用； A2.配制红外隐身涂料的甲组分；首先按拟配各层涂料中片状金属粉料的含量，由少到多分别称量依次作为内层至外层涂料中的片状金属粉料，待用；然后分别以内层至外层各层涂料中片状金属粉料的 重量计，3-5份: A3.配制红外隐身涂料的乙组分:首先根据由内层至外层各涂层所需载体的质量称取固化剂，所需固化剂的质量相当于载体质量的0.4-0.6份，待用； 步骤B.涂料喷涂 B1.涂有雷达吸波涂层的物体表面的清洁:在喷涂车间去除涂有雷达吸波涂层的物体表面的灰尘及油污等； B2-嗔涂: 首先喷涂内层，取步骤A中待用的涂层载体与甲组分、乙组分混合并搅拌均匀，采用压缩气体的方式喷涂在雷达吸波层表面，干燥； 同喷涂内层方式一样，依次取待用的涂层载体与甲组分、乙组分混合并搅拌均匀，采用压缩气体的方式进行喷涂，干燥，直至最外层。
2.如权利要求1所述在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，其特征在于:所述直至最外层，其层数为3-5层。
3.如权利要求1所述在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，其特征在于:所述金属粉料为片状铝粉、片状银粉或片状铜粉，其平均直径为8-30微米。
4.如权利要求1所述在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，其特征在于:所述红外隐身涂层的厚度，每层厚度在10-30微米之间，总厚度在45-60微米之间。
5.如权利要求1所述在涂有雷达吸波涂层的物体表面加涂红外隐身涂层的方法，其特征在于:从内层到外层涂料中片状金属粉料的含量由少到多，其内层含量为25%-65%，外层含量为125% -200%,中间层含量介于内层与外层之间。
6.如权利要求1所述一种雷达吸波涂层表面加涂红外隐身涂层的方法，其特征在于:所述红外隐身涂料还包括有机防沉剂、增稠剂、泡沫控制剂、润湿剂和分散剂。
【文档编号】C09D163/00GK103980806SQ201410217815
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】屈秋芳, 翁小龙, 谢建良, 邓龙江, 袁乐 申请人:电子科技大学