CN106810929B - 武器装备专用特种粉体材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种武器装备专用特种粉体材料，采用该种粉体材料制备的红外隐身涂层红外发射率低，且耐老化性能好，可减缓制得的红外隐身涂层的老化进程，提高其使用年限。铝粉经过本发明所述表面改性剂处理后，可在表面形成一层保护膜，提高了铝粉的耐氧化性能，可延缓使用过程中铝粉的氧化进程。因此，采用本发明所述铝粉制备的红外隐身涂层耐热老化性能也有所提高，热老化试验中，红外发射率升高相对较缓慢。同时采用本发明所述铝粉制备的红外隐身涂层的红外发射率也有所降低。

Description

武器装备专用特种粉体材料
技术领域
本发明涉及一种粉体材料，尤其涉及一种武器装备专用特种粉体材料。
背景技术
随着红外探测和图像处理技术的发展，红外侦察和红外制导攻击系统对被攻击目标的威胁日益严重，为了提高目标生存能力和保证战斗力，红外隐身技术在现代国防体系中的地位也日益彰显。
红外隐身材料主要是指用于消弱目标武器系统的红外特征信号从而达到红外隐身技术要求的功能材料。红外隐身材料的研制是红外隐身技术发展的关键。涂料型红外隐身材料由于具有施工方便、工艺简单、成本低廉、坚固耐用、而且基本不受目标武器儿何外形及结构的限制，能够大面积得涂覆应用，在不改变现有装备的形状、结构等情况下赋予武器装备各种伪装隐身功能的优点，是目前红外隐身材料中最重要的品种之一。
红外隐身涂料的基本原理是通过控制目标表面的红外发射率，来降低目标的红外辐射能量，从而达到目标红外隐身的目的。通过在目标表面涂覆红外隐身涂层可以实现目标红外隐身的目的。但目标在实际使用的过程中受到各种自然环境因素的作用，会造成红外隐身涂层的物理化学等性能发生不可逆的变化，并最终导致红外隐身涂层的失效，这种现象称为涂层的老化。红外隐身涂层的耐老化性能直接决定了其使用的温度条件和使用的耐久性。
大气环境中的气温并不高，它对涂层的热老化影响是不大的。但飞行器飞行时由于空气动力摩擦产生大量的热，表面温度可达100-200℃。而温度每升高10℃，化学反应速度约提高一倍。因此随着使用温度的提高，涂层的老化进程会显著加快。红外隐身涂层的热老化会引起其红外发射率的上升，最终造成其隐身性能的失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种武器装备专用特种粉体材料，采用该种粉体材料制备的红外隐身涂层红外发射率低，且耐老化性能好，可减缓制得的红外隐身涂层的老化进程，提高其使用年限。
一种武器装备专用特种粉体材料，其制备方法为：将铝粉放入表面改性剂中浸渍30-60s后取出，然后用90％乙醇洗涤2次，晾干后移入110℃烘箱中干燥5-10min，即可。
所述铝粉的形态为鳞片状，粒径为30μm。
所述表面改性剂由下述重量份的原料组成：硅烷偶联剂kh-5505-10份、乙酰丙酮1-5份、环己酮50-80份、丙烯酸乙酯10-20份、吡咯15-30份、白炭黑1-3份、四苯基卟啉0.5-1份、偏硼酸钙0.5-1份、氯化钴100-150份、硼酸三异丙酯1-5份、环氧丙烷10-20份、溶剂1000-1200份；
所述溶剂为90％乙醇；
所述表面改性剂的制备方法包括下述步骤：
(1)取30％溶剂，向其中加入乙酰丙酮、吡咯，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh-550，升温至65-70℃，再依次加入白炭黑和20％氯化钴，100-300r/min搅拌1-2h，得到产物a；
(2)向70％溶剂中加入环己酮、丙烯酸乙酯、四苯基卟啉、偏硼酸钙、80％氯化钴、硼酸三异丙酯和产物a，超声处理40-60min，超声温度为40-45℃，超声功率为500-1000W，超声结束后加入环氧丙烷，搅拌均匀后静置10-15h，过滤，取滤液，所得滤液即为表面改性剂。
所述30％溶剂是指溶剂全量30％的溶剂，所述70％溶剂是指溶剂全量70％的溶剂，所述20％氯化钴是指氯化钴全量30％的氯化钴，所述80％氯化钴是指氯化钴全量80％的氯化钴。
所述白炭黑由江西恒隆实业有限公司提供，产品型号为HL200。
铝粉经过本发明所述表面改性剂处理后，可在表面形成一层保护膜，从而提高铝粉的耐氧化性能，可延缓使用过程中铝粉的氧化进程。因此，采用本发明所述铝粉制备的红外隐身涂层耐热老化性能也有所提高，热老化试验中，红外发射率升高相对较缓慢。同时采用本发明所述铝粉制备的红外隐身涂层的红外发射率也有所降低。
本发明制备的表面改性剂极易失效，需在制备后1-2d使用。但我们偶然间发现，在表面改性剂的制备过程中，产物a在偏硼酸钙之后加入的话，可延长表面改性剂的有效期，其有效期可达30d以上。且制得的表面改性剂处理铝粉后，铝粉的耐氧化性能更好，相应的，其制备的红外隐身涂层耐热老化性能也更佳。
本发明的优点在于：本发明所述的武器装备专用特种粉体材料为经过特殊表面改性剂处理后的铝粉，其耐氧化性能好。采用该种粉体材料制备的红外隐身涂层的发射率较低，且耐热老化性能更好，使用寿命更长，可广泛应用于飞机、坦克、车辆、舰船和其他需要红外隐身的武器装备。
具体实施例
实施例1：一种武器装备专用特种粉体材料，其制备方法为：将铝粉放入表面改性剂中浸渍30s后取出，然后用90％乙醇洗涤2次，晾干后移入110℃烘箱中干燥6min，即可。
所述表面改性剂由下述重量份的原料组成：硅烷偶联剂kh-550 5份、乙酰丙酮1份、环己酮50份、丙烯酸乙酯10份、吡咯15份、白炭黑1份、四苯基卟啉1份、偏硼酸钙1份、氯化钴150份、硼酸三异丙酯5份、环氧丙烷20份、溶剂1200份；
所述溶剂为90％乙醇；
所述表面改性剂的制备方法包括下述步骤：
(1)取30％溶剂，向其中加入乙酰丙酮、吡咯，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh-550，升温至65℃，再依次加入白炭黑和20％氯化钴，100r/min搅拌1h，得到产物a；
(2)向70％溶剂中加入环己酮、丙烯酸乙酯、四苯基卟啉、偏硼酸钙、80％氯化钴、硼酸三异丙酯和产物a，超声处理40min，超声温度为40℃，超声功率为500W，超声结束后加入环氧丙烷，搅拌均匀后静置10h，过滤，取滤液，所得滤液即为表面改性剂。
步骤(2)中产物a在偏硼酸钙之后加入，制得的表面改性剂的有效期为30d。
实施例2：一种武器装备专用特种粉体材料，其制备方法为：将铝粉放入表面改性剂中浸渍60s后取出，然后用90％乙醇洗涤2次，晾干后移入110℃烘箱中干燥8min，即可。
所述表面改性剂由下述重量份的原料组成：硅烷偶联剂kh-55010份、乙酰丙酮5份、环己酮80份、丙烯酸乙酯20份、吡咯30份、白炭黑3份、四苯基卟啉0.5份、偏硼酸钙0.5份、氯化钴100份、硼酸三异丙酯1份、环氧丙烷10份、溶剂1000份；
所述溶剂为90％乙醇；
所述表面改性剂的制备方法包括下述步骤：
(1)取30％溶剂，向其中加入乙酰丙酮、吡咯，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh-550，升温至70℃，再依次加入白炭黑和20％氯化钴，300r/min搅拌2h，得到产物a；
(2)向70％溶剂中加入环己酮、丙烯酸乙酯、四苯基卟啉、偏硼酸钙、80％氯化钴、硼酸三异丙酯和产物a，超声处理60min，超声温度为45℃，超声功率为1000W，超声结束后加入环氧丙烷，搅拌均匀后静置15h，过滤，取滤液，所得滤液即为表面改性剂。
步骤(2)中产物a在偏硼酸钙之后加入，制得的表面改性剂的有效期为32d。
实施例3：一种武器装备专用特种粉体材料，其制备方法为：将铝粉放入表面改性剂中浸渍40s后取出，然后用90％乙醇洗涤2次，晾干后移入110℃烘箱中干燥10min，即可。
所述表面改性剂由下述重量份的原料组成：硅烷偶联剂kh-550 6份、乙酰丙酮3份、环己酮70份、丙烯酸乙酯15份、吡咯20份、白炭黑2份、四苯基卟啉0.8份、偏硼酸钙0.8份、氯化钴130份、硼酸三异丙酯4份、环氧丙烷15份、溶剂1200份；
所述溶剂为90％乙醇；
所述表面改性剂的制备方法包括下述步骤：
(1)取30％溶剂，向其中加入乙酰丙酮、吡咯，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh-550，升温至68℃，再依次加入白炭黑和20％氯化钴，200r/min搅拌2h，得到产物a；
(2)向70％溶剂中加入环己酮、丙烯酸乙酯、四苯基卟啉、偏硼酸钙、80％氯化钴、硼酸三异丙酯和产物a，超声处理50min，超声温度为42℃，超声功率为800W，超声结束后加入环氧丙烷，搅拌均匀后静置12h，过滤，取滤液，所得滤液即为表面改性剂。
步骤(2)中产物a在偏硼酸钙之后加入，制得的表面改性剂的有效期为35d。
实施例4：与实施例3不同的是：步骤(2)中产物a在偏硼酸钙之前加入，制得的表面改性剂的有效期为2d。
实施例5：与实施例3不同的是：
所述表面改性剂由下述重量份的原料组成：硅烷偶联剂kh-550 6份、乙酰丙酮3份、环己酮70份、丙烯酸乙酯15份、吡咯20份、白炭黑2份、偏硼酸钙0.8份、氯化钴130份、硼酸三异丙酯4份、环氧丙烷15份、溶剂1200份；
所述表面改性剂的制备方法包括下述步骤：
(1)取30％溶剂，向其中加入乙酰丙酮、吡咯，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh-550，升温至68℃，再依次加入白炭黑和20％氯化钴，200r/min搅拌2h，得到产物a；
(2)向70％溶剂中加入环己酮、丙烯酸乙酯、偏硼酸钙、80％氯化钴、硼酸三异丙酯和产物a，超声处理50min，超声温度为42℃，超声功率为800W，超声结束后加入环氧丙烷，搅拌均匀后静置12h，过滤，取滤液，所得滤液即为表面改性剂。
制得的表面改性剂的有效期为1d。
实施例6：与实施例3不同的是：
所述表面改性剂由下述重量份的原料组成：硅烷偶联剂kh-550 6份、乙酰丙酮3份、环己酮70份、丙烯酸乙酯15份、吡咯20份、白炭黑2份、四苯基卟啉0.8份、偏硼酸钙0.8份、氯化钴130份、硼酸三异丙酯6份、环氧丙烷15份、溶剂1200份。
制得的表面改性剂的有效期为2d。
实施例5-6中，产物a虽然在偏硼酸钙之后加入，但表面改性剂的配方未采用本发明的技术方案，故该操作并不能对实施例5-6起效，实施例5-6制得的表面改性剂有效期仍较短。
将实施例1-6制得的铝粉分别与聚氨酯(PU)清漆，固化剂混合(铝粉与聚氨酯清漆的质量比为4：6，固化剂品种和用量按本领域常规进行添加)，超声振动均匀后，用刮涂法，涂在经过稀硫酸腐蚀去锡处理的马口铁基板上(12cm×12cm×0.03cm)，控制涂层厚度在20-25μm。另设一个空白对照组，空白对照组中铝粉未经本发明表面改性剂处理，铝粉的形态为鳞片状，粒径为30μm。各组产品经固化后制得红外隐身涂层，测量各组红外隐身涂层样品在8-14μm波段的红外发射率。每组红外隐身涂层样品分别放置在100℃,200℃的环境中，每隔5d取出，自然冷却，在室温下测试每个样品加热不同时间后的红外发射率，并比较红外发射率变化情况。
表1 100℃条件下各组红外发射率变化情况
组别 0d 5d 10d 15d 20d 25d 30d 35d
空白对照组 0.41 0.43 0.45 0.48 0.50 0.51 0.52 0.53
实施例1 0.16 0.16 0.16 0.17 0.16 0.16 0.16 0.16
实施例2 0.18 0.18 0.18 0.18 0.17 0.18 0.18 0.18
实施例3 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
实施例4 0.23 0.23 0.23 0.24 0.27 0.28 0.30 0.30
实施例5 0.42 0.43 0.46 0.51 0.53 0.54 0.56 0.55
实施例6 0.43 0.45 0.48 0.53 0.55 0.56 0.57 0.57
表2 200℃条件下各组红外发射率变化情况
组别 0d 5d 10d 15d 20d 25d 30d 35d
空白对照组 0.41 0.68 0.71 0.73 0.74 0.74 0.74 0.74
实施例1 0.16 0.19 0.23 0.27 0.34 0.39 0.44 0.48
实施例2 0.18 0.22 0.27 0.33 0.38 0.43 0.48 0.51
实施例3 0.15 0.18 0.22 0.28 0.34 0.39 0.42 0.45
实施例4 0.23 0.42 0.50 0.56 0.62 0.66 0.70 0.73
实施例5 0.42 0.68 0.70 0.72 0.74 0.74 0.74 0.74
实施例6 0.43 0.67 0.69 0.72 0.74 0.74 0.74 0.74
由表1和表2可知，在100℃的热老化过程中，以实施例1-3的铝粉为原料制得的红外隐身涂层样品的红外发射率基本不变，实施例5-6和空白对照组样品红外发射率变化最大，基本都升高了0.1以上，实施例4的样品红外发射率升高了0.07。在200℃的热老化过程中，以实施例1-3的铝粉为原料制得的红外隐身涂层样品的红外发射率升幅最小，实施例5-6和空白对照组样品红外发射率都在第5d开始急剧上升，直至第20d红外隐身涂层完全失效，马口铁表面被氧化，此时测得的红外发射率为氧化铁的红外发射率，因此，20d后测得的红外发射率均为0.74，为氧化铁的红外发射率。实施例4的样品红外发射率在第5d也急剧升高，第35d时红外发射率为0.73。由此可见，以实施例1-3的铝粉为原料制得的红外隐身涂层样品的耐老化性能最佳，实施例4次之，以实施例5-6和空白对照组为最差。

Claims (2)

1.一种武器装备专用特种粉体材料，其特征在于：制备方法为：将铝粉放入表面改性剂中浸渍30-60s后取出，然后用90%乙醇洗涤2次，晾干后移入110℃烘箱中干燥5-10min，即可；
所述铝粉的形态为鳞片状，粒径为30μm；
所述表面改性剂由下述重量份的原料组成：硅烷偶联剂kh-550 5-10份、乙酰丙酮1-5份、环己酮50-80份、丙烯酸乙酯10-20份、吡咯15-30份、白炭黑1-3份、四苯基卟啉0.5-1份、偏硼酸钙0.5-1份、氯化钴100-150份、硼酸三异丙酯1-5份、环氧丙烷10-20份、溶剂1000-1200份；
所述溶剂为90%乙醇；
所述表面改性剂的制备方法包括下述步骤：
（1）取30%溶剂，向其中加入乙酰丙酮、吡咯，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh-550，升温至65-70℃，再依次加入白炭黑和20%氯化钴，100-300r/min搅拌1-2h，得到产物a；
（2）向70%溶剂中加入环己酮、丙烯酸乙酯、四苯基卟啉、偏硼酸钙、80%氯化钴、硼酸三异丙酯和产物a，超声处理40-60min，超声温度为40-45℃，超声功率为500-1000W，超声结束后加入环氧丙烷，搅拌均匀后静置10-15h，过滤，取滤液，所得滤液即为表面改性剂；
步骤（2）中产物a在偏硼酸钙之后加入。
2. 如权利要求1所述的一种武器装备专用特种粉体材料，其特征在于：所述表面改性剂由下述重量份的原料组成：硅烷偶联剂kh-550 6份、乙酰丙酮3份、环己酮70份、丙烯酸乙酯15份、吡咯20份、白炭黑2份、四苯基卟啉0.8份、偏硼酸钙0.8份、氯化钴130份、硼酸三异丙酯4份、环氧丙烷15份、溶剂1200份；
所述表面改性剂的制备方法包括下述步骤：
（1）取30%溶剂，向其中加入乙酰丙酮、吡咯，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂kh-550，升温至68℃，再依次加入白炭黑和20%氯化钴，200r/min搅拌2 h，得到产物a；
（2）向70%溶剂中加入环己酮、丙烯酸乙酯、四苯基卟啉、偏硼酸钙、80%氯化钴、硼酸三异丙酯和产物a，超声处理50min，超声温度为42℃，超声功率为800W，超声结束后加入环氧丙烷，搅拌均匀后静置12h，过滤，取滤液，所得滤液即为表面改性剂。
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