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相变热红外隐身及复合控温涂层

武世伟  
【摘要】: 热红外隐身是近年来军事界的热门课题,国内各科研单位都有大量投入,总的来看,该课题停留在低发射率涂料的研究以及热融合型隐身涂料原理探索的层面,其中热融合型隐身涂料的核心材料便是相变材料,并以相变微胶囊的研究较为普遍。研究存在的问题是相变微胶囊的潜热低,相变温度区间较窄,也即控温能力有限,达不到调节隐身目标巨大潜热的能力,设法提高相变材料的相变潜热和拓宽相变温度区间成为较有意义的研究方向。本文制备了一种高潜热,宽相变温度区间的相变材料,以之为基础开发出用于两种隐身系统中的热融合型隐身涂层,涂层的隐身效率得到大幅度提高。 选用石蜡为相变材料、低熔点不饱和脂肪酸为改性材料,采用产率较高的单凝聚法制备了较高潜热(26J/g),较宽相变温度区间(26.5~50℃)的中温相变微胶囊,为后边相变隐身涂料的制备提供了高潜热的隐身添加剂。 采用涂料技术,以自行研制的微胶囊为隐身填料,制备了相变隐身涂料,对相变隐身涂层的微观形貌进行了观察,隐身填料均匀分布,没有出现大量团聚、结块现象,保留了相变微胶囊的均匀控温功能;用差示扫描量热仪对涂层的热性能进行了研究,相变潜热和相变温度区间和理论计算值接近,进一步量化验证相变隐身涂层保留了相变微胶囊的控温能力;将该相变隐身涂料涂于模型坦克,测试表明涂层坦克在大温差环境(指目标和背景温差)中潜热受到限制,为后面大温差环境中复合控温隐身涂层的设计提供了依据。 对于大温差环境,根据涂层潜热相对较小,控温区间相对较窄的限制,采用定型相变材料技术,以高密度聚乙烯(HDPE)为支撑体,包覆石蜡制备了石蜡/ HDPE复合材料,对该复合材料的微观形貌进行了观察,石蜡颗粒较小且分布均匀,并与HDPE网络形成大量的“储热微室”,其功能等效于相变微胶囊壳层结构;对其热性能分析结果表明,相变潜热由原来的26J/g提高到89J/g,这极大地提高了相变隐身材料的潜热,也为热融合型隐身材料的制备提供一种新的手段;以该石蜡/ HDPE复合材料为底层,变形迷彩涂料为面层,开发了复合控温涂层系统,将可见光隐身和热红外隐身有机的结合起来,提高了隐身涂层对高温目标的热融合能力。 针对相变隐身涂层、复合控温涂层系统,采用Fluke-Ti10型热像仪对高温目标-大温差环境和低温目标-小温差环境下的目标进行了隐身检测,分析总结得出相变隐身涂层仅适合于低温目标-小温差环境的隐身,复合控温涂层系统既适合于低温目标-小温差环境的隐身,又适合于高温目标-大温差环境下的隐身;同时对涂层的隐身效率进行了定量计算,复合控温涂层的效率可高达57%以上。


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