红外低发射率涂层的制备与性能研究

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军事技术的快速发展使得各个国家探测、跟踪与攻击等方面的能力日渐增长,严重威胁了军事目标的生存能力以及武器系统的突防能力,这就使得隐身技术的应用和发展成为国防体系的重点之一。红外探测技术特有的优势,使得它在很多方面都得到广泛的应用,因此,利用红外隐身技术来削弱其效能也就变得很有必要。而红外隐身涂层的优异性使得它成为红外隐身材料中最重要的种类之一。本文选择片状铝粉作为颜料,联奈二酚作为手性源,FC树脂作为基体,从材料复合和材料结构两个角度来研究复合涂层的制备工艺和性能。主要内容包括:  (1)单一Al粉与FC树脂的复合涂层制备。通过Al粉含量、固化温度、溶剂种类和溶剂含量的变化来考察涂层发射率以及其他性能的变化,并提出漂浮Al的漂浮模型。结果表明:60℃固化时,涂层的发射率值较大,最低为0.53;在低温固化速率下,涂层的发射率显著降低,CYC与FC固含量的质量比为6∶1时,室温固化后涂层发射率最低为0.29,15℃固化后的为0.32;选择CYC∶FC=6∶1和室温固化,涂层达到最低发射率的铝粉添加量在30%~40%,且30%的添加量涂层发射率已经达到了0.30。  (2)利用Co粉及磁场从Al/Co复合粉体和Al、Co共掺两个角度来考察Co含量、静置时间以及磁场强度对涂层性能的影响。结果表明:  通过球磨能制备出Al/Co复合粉体,当Al∶Co=4∶1时,能达到一个比较好的粉体复合效果;无磁场作用下,复合粉体的掺杂对涂层发射率的影响较小,当Al∶Co=5∶1时,发射率为0.30;当Al∶Co=2∶1,发射率升高至0.35。有磁场作用下,磁场对固化过程产生很大的影响,当Al∶Co=2∶1时,涂层发射率升高至0.60。  在铝钴粉体共掺中,无磁场作用下,Co粉的掺杂量对涂层的发射率几乎没有影响;有磁场作用下,随着静置时间的增加,涂层发射率有先减小后增大的趋势,当体系静置时间为4h时,涂层发射率达到最低值0.27;磁场强度逐渐减小时,涂层发射率有先减小后增大的趋势,并于7cm处达到最低值0.25,并在磁场强度增大到距离为3cm时,涂层已经遭到破坏。  (3)选择CNTs、GN作为二掺粉体,Al粉的氮化这三个角度来制备复合涂层。通过二掺粉体含量、固化温度、烧结温度、烧结时间等来考察粉体及涂层的性能变化。结果表明:  CNTs的引入使得高温固化速率下的涂层发射率产生了较大的变化,单掺杂的涂层发射率基本维持在HF发射率0.86以上,并且含量增大到10%、20%时,涂层呈现一定的导电性;而当CNTs作为二掺粉体时,随着CNTs含量的增加,涂层发射率呈现先减小后增大再减小的趋势。  当CNTs作为二掺粉体的含量为1%和20%时,相对于其他含量,CNTs对铝粉的漂浮和分布有促进作用,使得发射率呈现出先减小后增大再减小的趋势。  室温固化下,二掺粉体GN的掺入量对涂层发射率影响很小,数值维持在0.3~0.4,并于20%掺杂量时涂层呈现一定的导电性;GN掺杂对Al粉漂浮和分布的影响比CNTs的影响低。  通过烧结时间和烧结温度的增加,促使Al粉的氮化程度逐渐升高,粉体质量逐渐增加,发射率逐渐增大,紫外区的反射逐渐降低。  (4)通过氢转移加成聚合的方法合成旋光性BPU,并考察其相关性能和发射率降低的机理;BINOL的引入对涂层的影响。结果表明:BPU粉体发射率值为0.77;产物BPU的热稳定性好。  (5)通过制备不同旋光度的粉体,考察其性能;将HBC应用到FC树脂上,考察复合涂层的发射率以及HBC对树脂的诱导作用。结果表明:  二元体系中,MDI、TDI的引入使涂层发射率降低,非极性底材不利于固化;三元体系中,MDI、TDI两个体系的涂层发射率均呈现先增大后减小的趋势。  采用共混聚合和预聚合两种方法,得到旋光度分别为19°、58°、240°的三种HBC产物,并且热分解温度大于250℃,旋光度越高,取向越好。  不同旋光度HBC与FC掺杂后,涂层发射率很高,当240旋光度HBC掺杂量为50%时,涂层发射率最低为0.82。  当HBC-240掺杂量超过50%时,掺杂后可有效引导树脂沿着结晶方向发生不同程度的取向,但由于涂层也由此产生不同程度的相分离,所以涂层发射率仍然较高。
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