一种超疏水低红外发射率涂层的制备方法

1.本发明涉及精细化工技术领域，具体为一种超疏水低红外发射率涂层的制备方法。


背景技术：

2.各种战机、导弹等飞行器由于热动、气动加热会在8～14μm红外大气窗口波段产生远高于背景的红外辐射强度而易被高灵敏度红外探测设备和红外制导武器发现并摧毁，严重威胁到军事目标的安全。因此，降低和削弱敌方红外探测设备效能的红外隐身技术是提高飞行器战时生存能力的重要手段，已引起国内外学者的广泛关注。
3.采用低红外发射率材料是目前公认的可实现目标红外隐身的最行之有效的技术方法。已报道了纳米复合薄膜、单层(多层)膜结构材料、核壳结构复合材料、光子晶体及复合涂层材料等多种类型的低红外发射率材料。其中树脂基低红外发射率涂层材料，主要以聚氨酯(pu)、环氧树脂等为树脂基体，铝粉、铜粉、青铜粉等金属颜料为功能填料制备而成。具有红外发射率低、制备工艺简单、施工方便、使用不受目标表面形状限制等突出优点，是实现各类飞行器红外隐身的主要技术措施，有望实现大规模工程化应用。
4.然而，传统的树脂基低红外发射率涂层主要以聚氨酯和环氧树脂等强极性树脂基体为黏合剂，上述树脂基体虽可赋予涂层良好的黏结强度、稳定性和力学性能。但上述树脂基体中存在的大量异氰酸酯基、氨基、羟基及醚键等亲水性极性基团会使涂层的总体表面能较高，从而使涂层在长期使用过程中容易沾染灰尘和污渍，削弱涂层的红外隐身效能。另外，表面能较高的低红外发射率涂层在海洋环境中使用时极易被海水或盐雾中的电解质所腐蚀，从而破坏涂层内部的微观结构，进而使涂层的功能特性降低，外观结构粉化，最终报废。上述问题已成为目前各类飞行器红外隐身涂层使用效能在现有基础上实现本质突破的瓶颈，有效解决上述难点问题对于从本质上提高各类飞行器的红外隐身效能具有重要的理论及现实意义。
5.超疏水涂层是指水接触角在150
°
以上及滚动角在10
°
以下的涂层，具有突出的自清洁性能和耐腐蚀性能。其主要以低表面能树脂及纳米粉体材料在涂层表面形成特殊的微纳结构而产生良好的疏水特性。如采用具有低表面能特性的含氢硅油(hcso)作为黏合剂可明显降低涂层的表面能。采用纳米sio2等轻质疏水性纳米颗粒来改性涂层，可使涂层表面形成微纳粗糙结构，从而使涂层具有突出的疏水特性。因此，将超疏水涂层设计理念引入到低红外发射率涂层设计中，通过合理的涂层配方设计及界面结构构建来显著降低涂层的表面能，使涂层在保持较低发射率的前提下具备超疏水特性是解决上述问题的有效途径。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术的不足，本发明提供了一种超疏水低红外发射率涂层的制备方法，解决了现有低红外发射率涂层不具备超疏水及自清洁性能的技术问题。
8.(二)技术方案
9.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种超疏水低红外发射率涂层的制备方法，具体操作步骤如下：
10.s1，使用标准马口铁板、铝合金板和钛合金板作为基板，用砂纸打磨使基板具有3～10μm的粗糙度，用自来水冲洗后置于80℃烘箱中干燥30min，然后用一块蘸有酒精的棉布将基板搽拭干净待用；
11.s2，按质量比为1：9～3：7将hcso和pu充分混合后获得共混改性pu，然后将hcso改性pu用作粘合剂来制备涂层，采用聚醚多元醇作为固化剂，用量为上述改性树脂质量的25％；
12.s3，片状al粉和纳米sio2的质量比为5.5：4.5～6.5:3.5，在干净的一次性塑料杯中以7:3～5:5的质量比称取适量的hcso改性pu和功能填料；
13.s4，塑料杯中，添加无水乙醇作为稀释剂，其重量为hcso改性pu的质量的10％～20％，并使用玻璃棒充分搅拌使其均匀分散，直到在涂料中看不到明显的颗粒为止；
14.s5，使用频率为25khz的超声波将涂料进一步超声分散10min，以使涂料进一步分散均匀，然后添加少量无水乙醇以将涂料的粘度调节至合适的范围，直到其能够以直线状连续向下流动为止；
15.s6，通过玻璃棒刮涂法将0.8～1.2g上述涂料涂覆到已准备好的基板上，在室温下干燥5h，然后在80℃的烘箱中放置10h，获得超疏水低红外发射率涂层。
16.优选的，所述片状al粉的粒径为20～50μm；所述纳米sio2的纯度为99.5％以上，粒径为20～40nm；所述pu的固含量为50％～60％；所述hcso的固含量为90％～97％，粘度为18～22。
17.(三)有益效果
18.1、本发明所制备的涂层不仅具有良好的红外隐身效果，优异的附着力及低光泽性能，同时具备突出的超疏水及自清洁性能。
19.2、本发明所制备的涂层可用于织物、马口铁板、铝合金板、钛合金板等各种载体表面，使其获得红外隐身效果的同时具备超疏水及自清洁性能。
20.3、本发明制备工艺简单、施工方便、对目标增重小、使用成本低。
附图说明
21.图1为本发明所制备的超疏水低红外发射率涂层的表面形貌及水接触角图；
22.图2为本发明所制备的超疏水低红外发射率涂层的自清洁效果图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1
‑
2，本发明实施例提供一种技术方案：一种超疏水低红外发射率涂层的制备方法，具体操作步骤如下：
25.s1，使用标准马口铁板、铝合金板和钛合金板作为基板，用砂纸打磨使基板具有3～10μm的粗糙度，用自来水冲洗后置于80℃烘箱中干燥30min，然后用一块蘸有酒精的棉布将基板搽拭干净待用；
26.s2，按质量比为1：9～3：7将hcso和pu充分混合后获得共混改性pu，然后将hcso改性pu用作粘合剂来制备涂层，采用聚醚多元醇作为固化剂，用量为上述改性树脂质量的25％；
27.s3，片状al粉和纳米sio2的质量比为5.5：4.5～6.5:3.5，在干净的一次性塑料杯中以7:3～5:5的质量比称取适量的hcso改性pu和功能填料；
28.s4，塑料杯中，添加无水乙醇作为稀释剂，其重量为hcso改性pu的质量的10％～20％，并使用玻璃棒充分搅拌使其均匀分散，直到在涂料中看不到明显的颗粒为止；
29.s5，使用频率为25khz的超声波将涂料进一步超声分散10min，以使涂料进一步分散均匀，然后添加少量无水乙醇以将涂料的粘度调节至合适的范围，直到其能够以直线状连续向下流动为止；
30.s6，通过玻璃棒刮涂法将0.8～1.2g上述涂料涂覆到已准备好的基板上，在室温下干燥5h，然后在80℃的烘箱中放置10h，获得超疏水低红外发射率涂层。
31.进一步改进地，所述片状al粉的粒径为20～50μm；所述纳米sio2的纯度为99.5％以上，粒径为20～40nm；所述pu的固含量为50％～60％；所述hcso的固含量为90％～97％，粘度为18～22。
32.本发明制备的涂层用中国科学院上海技术物理研究所研制的ir
‑
2型双波段红外发射率测试仪测得涂层在8～14μm波段的发射率可低至0.675；用天津精科联材料试验机有限公司生产的jkgz
‑
60镜向光泽度仪测得涂层的光泽度可低至2.7；用上海中晨树脂技术设备有限公司生产的jc2000d7型接触角测量仪测得涂层的水接触角为155
°
，滚动角为8
°
，体现出了良好的超疏水性能。按gb 1720
‑
79所述方法评估涂层的附着力为1级。
33.该超疏水低红外发射率涂层的制备方法，所制备的涂层具有较低的红外发射率、光泽度和突出的超疏水、自清洁及附着力性能，将其涂覆于战机、导弹、战舰、坦克及战车等各类装备表面，可使其具备红外隐身效果的同时具有突出的超疏水和自清洁性能，本发明采用含氢硅油(hcso)改性聚氨酯(pu)为黏合剂、片状al粉为功能填料、纳米sio2为微纳结构改性剂来设计并制备超疏水低红外发射率涂层，本发明在各类装备的红外隐身化设计及改造领域具有广阔的应用前景，对我国各类装备作战效能的提升具有重要意义。
34.实施例1：
35.按质量比为1：9将hcso和pu充分混合后获得共混改性pu，然后将hcso改性pu用作粘合剂来制备涂层，采用聚醚多元醇作为固化剂，用量为上述改性树脂质量的25％；
36.片状al粉和纳米sio2的质量比为6.5:3.5，在干净的一次性塑料杯中以7:3的质量比称取适量的hcso改性pu和功能填料(片状al粉+纳米sio2)；
37.塑料杯中，添加无水乙醇作为稀释剂，其重量为hcso改性pu的质量的20％，并使用玻璃棒充分搅拌使其均匀分散，直到在涂料中看不到明显的颗粒为止；
38.使用频率为25khz的超声波将涂料进一步超声分散10min，以使涂料进一步分散均匀，然后添加少量无水乙醇以将涂料的粘度调节至合适的范围，直到其能够以直线状连续向下流动为止；
39.通过玻璃棒刮涂法将1.2g上述涂料涂覆到已准备好的基板上，在室温下干燥5h，然后在80℃的烘箱中放置10h，获得超疏水低红外发射率涂层；
40.所得涂层的红外发射率为0.650，光泽度为3.4，水接触角为152
°
，滚动角为9
°
，附着力为1级。
41.实施例2：
42.按质量比为2：8将hcso和pu充分混合后获得共混改性pu，然后将hcso改性pu用作粘合剂来制备涂层，采用聚醚多元醇作为固化剂，用量为上述改性树脂质量的25％；
43.片状al粉和纳米sio2的质量比为5.5:4.5，在干净的一次性塑料杯中以5:5的质量比称取适量的hcso改性pu和功能填料(片状al粉+纳米sio2)；
44.塑料杯中，添加无水乙醇作为稀释剂，其重量为hcso改性pu的质量的15％，并使用玻璃棒充分搅拌使其均匀分散，直到在涂料中看不到明显的颗粒为止；
45.使用频率为25khz的超声波将涂料进一步超声分散10min，以使涂料进一步分散均匀，然后添加少量无水乙醇以将涂料的粘度调节至合适的范围，直到其能够以直线状连续向下流动为止；
46.通过玻璃棒刮涂法将1.0g上述涂料涂覆到已准备好的基板上，在室温下干燥5h，然后在80℃的烘箱中放置10h，获得超疏水低红外发射率涂层；
47.所得涂层的红外发射率为0.675，光泽度为2.7，水接触角为155
°
，滚动角为8
°
，附着力为1级。
48.实施例3：
49.按质量比为3：7将hcso和pu充分混合后获得共混改性pu，然后将hcso改性pu用作粘合剂来制备涂层，采用聚醚多元醇作为固化剂，用量为上述改性树脂质量的25％；
50.片状al粉和纳米sio2的质量比为6：4，在干净的一次性塑料杯中以6:4的质量比称取适量的hcso改性pu和功能填料(片状al粉+纳米sio2)；
51.塑料杯中，添加无水乙醇作为稀释剂，其重量为hcso改性pu的质量的10％，并使用玻璃棒充分搅拌使其均匀分散，直到在涂料中看不到明显的颗粒为止；
52.使用频率为25khz的超声波将涂料进一步超声分散10min，以使涂料进一步分散均匀，然后添加少量无水乙醇以将涂料的粘度调节至合适的范围，直到其能够以直线状连续向下流动为止；
53.通过玻璃棒刮涂法将0.8g上述涂料涂覆到已准备好的基板上，在室温下干燥5h，然后在80℃的烘箱中放置10h，获得超疏水低红外发射率涂层；
54.所得涂层的红外发射率为0.638，光泽度为3.9，水接触角为153
°
，滚动角为9
°
，附着力为2级。
55.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
56.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包
含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。