CN107189552B - 一种自适应热迷彩涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应热迷彩涂层，所述自适应热迷彩涂层位于基底上，所述自适应热迷彩涂层主要是由二氧化钒涂层、掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层组成。本发明的制备方法：(1)制备二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨和低发射率油墨；(2)将二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨以及低发射率油墨依据设计好的迷彩图案通过喷墨打印的方法沉积在基底表面，即在基底表面得到一层自适应热迷彩涂层。本发明通过采用具有热致变红外发射率特性的二氧化钒纳米粉体和掺钨的二氧化钒纳米粉体以及低发射率的银粉制备的自适应热迷彩涂层，实现了其随温度变化，热迷彩图案随之变化，大大提高红外伪装效果。

Description

一种自适应热迷彩涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于伪装隐身技术领域，尤其涉及一种自适应热迷彩涂层及其制备方法。

背景技术

随着红外技术的快速发展，战场上的武器装备和人员受到来自红外探测和红外制导打击的威胁愈加严重，为提升战场的生存力和战斗力，必须采取红外隐身措施。基于红外探测设备或红外制导武器对目标的识别主要依据目标和背景的红外辐射强度的差值，红外伪装可以通过不同红外发射率梯度的涂层来分割、扭曲目标的红外热图，使得目标的红外热图变形，实现目标与背景相融合。成等(参见成声月,刘朝辉,叶圣天,等.水性红外迷彩涂料的制备及其表征[J].红外与激光工程,2015,44(8):2298-2304.)研制了三种不同发射率且发射率梯度Δε＞0.15的篷布用红外迷彩涂料，其红外热图分割效果好，能够起到红外伪装的效果。然而其在两个方面还有待加强：一是随着温度变化，红外迷彩热图不能变化，若能够随之变化，成为动态热迷彩，将大大提高其红外伪装效果；二是因为迷彩图案极为复杂，制备的迷彩涂料直接涂覆在篷布上困难较大，若能通过简单的方式将将不同发射率的涂料涂覆在篷布上将大大提高工作的效率。

现在的热迷彩图案主要通过两种方法得到，一是先制备单一颜色的涂层，然后通过拼缝的方式制备成迷彩涂层；二是通过先绘制成迷彩图案的轮廓，然后通过喷涂或刮涂的手段将每种涂料分别涂在相应位置。以上两种方式在施工上带来了很大困难，因此亟需发展一种简单快捷的涂覆方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种自适应热迷彩涂层及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种自适应热迷彩涂层，所述自适应热迷彩涂层位于基底上，所述自适应热迷彩涂层主要是由二氧化钒涂层、掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层组成。所述基底包括但不限于篷布、尼丝纺、PET、PP和PE。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述自适应热迷彩涂层的厚度为25～50μm。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述二氧化钒涂层是将二氧化钒油墨通过喷墨打印的方法沉积在基底表面形成的；所述掺钨的二氧化钒涂层是将掺钨的二氧化钒油墨通过喷墨打印的方法沉积在基底表面形成的；所述低发射率涂层是将低发射率油墨通过喷墨打印的方法沉积在基底表面形成的。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述二氧化钒油墨粘度为4～10mPa·S，表面张力为24～32mN/m，二氧化钒油墨粒径大小为80～150nm。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述二氧化钒油墨是由二氧化钒纳米粉体、分散剂、粘合剂和稀释剂配制而成的；所述分散剂为BYK油性分散剂，所述粘合剂为三元乙丙橡胶或氟碳树脂，所述稀释剂为体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合物；所述二氧化钒纳米粉体、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂的质量比为1：(0.03～0.1)：(3～6)：(40～50)。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述掺钨的二氧化钒油墨的粘度为4～10mPa·S，表面张力为24～32mN/m，油墨粒径大小为80～160nm。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述掺钨的二氧化钒油墨是由掺钨的二氧化钒粉体、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂配制而成的，所述掺钨的二氧化钒纳米粉体尺寸为50～100nm，其相变温度为40～50℃；所述粘合剂为氟碳树脂或三元乙丙橡胶；所述稀释剂为体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯的混合物；掺钨的二氧化钒纳米粉体、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂的质量比为1：(0.03～0.1)：(3～6)：(40～50)。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述低发射率油墨的粘度为5～10mPa·S，表面张力为25～30mN/m，油墨粒径大小为120～280nm。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述低发射率油墨是由银粉、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂配制而成；其中，所述银粉的初始粒径大小为2～3μm，所述粘合剂为氟碳树脂或三元乙丙橡胶，所述稀释剂为体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯的混合物；银粉、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂之间的质量比为1：(0.03～0.1)：(3～6)：(40～50)。

上述的自适应热迷彩涂层，优选的，所述BYK油性分散剂的型号为DISPERBYK-110或DISPERBYK-111。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的自适应热迷彩涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨和低发射率油墨；

(2)将二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨以及低发射率油墨依据设计好的迷彩图案通过喷墨打印的方法沉积在基底表面，即在基底表面得到一层自适应热迷彩涂层。

其中，制备二氧化钒油墨的过程为：将二氧化钒纳米粉体和混合超声分散10～30min，然后加入BYK油性分散剂，在砂磨机中分散研磨8～24h，然后加入粘合剂，继续在砂磨机中混合分散1～4h，得到预分散好的二氧化钒油墨，然后通过分散剂和稀释剂调节其粘度和表面张力，即得到二氧化钒油墨；

制备掺钨的二氧化钒油墨的过程为：将掺钨的二氧化钒纳米粉体和稀释剂混合超声分散10～30min，然后加入BYK油性分散剂，在砂磨机中分散研磨8～24h，然后加入粘合剂，继续在砂磨机中混合分散1～4h，得到预分散好的掺钨的二氧化钒油墨，然后通过分散剂和稀释剂调节其粘度和表面张力，即得到掺钨的二氧化钒油墨；

制备低发射率油墨的过程为：将银粉和180g稀释剂混合超声分散10～30min，然后加入BYK油性分散剂，在砂磨机中分散研磨8～24h，然后加入粘合剂，继续在砂磨机中混合分散1～4h，得到预分散好的低发射率油墨，然后通过分散剂和稀释剂调节其粘度和表面张力，即得到低发射率油墨。

二氧化钒是一种热致变红外发射率材料，在68℃左右发生单斜相向四方相的可逆转变，转变过程中由单斜相的绝缘态转变为四方相的金属态，同时对红外光由高透过变为高反射，其红外发射率发生明显变化。通过离子的掺杂可改变其相变温度，钨掺杂被认为是最有效的降低相变温度的方法，每原子百分比钨元素能降低相变温度20-26℃，因此通过钨掺杂可改变其热致变红外发射率的温度变化区间，使其和纯的二氧化钒粉体的热致变红外发射率的温度变化区间不同，得到发射率梯度。

喷墨打印作为一种图案化技术，具有工艺简便、成本低廉和功能多样等优势，容易实现大面积复杂图案的直接书写和复合功能材料的图案化，已在高性能电子器件、生物传感和太阳能电池等研究领域受到广泛的关注，将喷墨打印技术应用于热迷彩涂层的制备，具有操作简单、施工方便、厚度可控、节约原料，亦可批量生产；另外喷墨打印技术制备的涂层的表面均匀性好。

本发明主要基于二氧化钒涂层和掺钨的二氧化钒涂层红外发射率相近，与低发射率涂层的红外发射率相差，红外热图中主要显示两色热迷彩；当温度逐渐升高时，高于掺钨的二氧化钒的相变温度且低于二氧化钒的相变温度时，掺钨的二氧化钒涂层的红外发射率明显降低，而二氧化钒涂层和低发射率涂层的发射率几乎不变，因此呈现低中高发射率梯度，红外热图中显示三色热迷彩；当温度继续升高，高于二氧化钒的相变温度时，二氧化钒涂层的红外发射率明显降低，此时二氧化钒涂层比掺钨的二氧化钒涂层的发射率要低，因此呈现新的低中高发射率梯度，红外热图中显示新的三色热迷彩，从而实现了随着温度的变化，红外迷彩热图能够随之变化，大大提高了红外伪装效果。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明通过采用具有热致变红外发射率特性的二氧化钒纳米粉体和掺钨的二氧化钒纳米粉体以及低发射率的银粉制备的自适应热迷彩涂层，实现了其随温度变化，热迷彩图案随之变化，大大提高红外伪装效果。

(2)本发明采用二氧化钒涂层、掺杂钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层，通过低发射率涂层的发射率几乎不随温度变化，二氧化钒涂层的发射率和掺杂钨的二氧化钒涂层的发射率随温度变化，且二氧化钒涂层的发射率变化量大于掺杂钨的二氧化钒涂层的发射率变化量，且变化的温度区间不同，实现一种动态的自适应热迷彩涂层，增加了其自适应伪装能力，填补了目前动态的自适应热迷彩涂层的历史空白。

(3)本发明采用喷墨打印的方法制备热迷彩涂层，具有操作简单，施工方便，易实现图案化、厚度可控，且能节约原料，亦批量生产。

(4)本发明制备的自适应热迷彩涂层拓宽了二氧化钒纳米粉体在伪装方面的应用。

附图说明

图1为本发明实施例1二氧化钒纳米粉体的DSC图。

图2为本发明实施例1掺杂二氧化钒纳米粉体的DSC图。

图3为本发明实施例1自适应热迷彩涂层随温度变化热迷彩变化效果图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的自适应热迷彩涂层，该自适应热迷彩涂层位于基底篷布上，该自适应热迷彩涂层主要是由二氧化钒涂层、掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层组成，即将二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨以及低发射率油墨依据设计好的迷彩图案通过喷墨打印的方法沉积在基底篷布表面形成的；该自适应热迷彩涂层的厚度为25μm。

本实施例的自适应热迷彩涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制二氧化钒油墨：将5g二氧化钒纳米粉体和180g稀释剂(体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合物)混合超声分散20min，然后加入0.3g BYK油性分散剂(型号为DISPERBYK-110)，在砂磨机中分散研磨12h，然后加入氟碳树脂30g，继续在砂磨机中混合分散2h，得到预分散好的二氧化钒油墨，然后通过加入0.2g BYK油性分散剂和20g稀释剂调节其粘度和表面张力，使得二氧化钒油墨的粘度为5mPa·S，表面张力为25.2mN/m；

(2)配制掺钨的二氧化钒油墨：将5g掺钨的二氧化钒纳米粉体(相变温度为45.1℃)和180g稀释剂(体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合物)混合超声分散20min，然后加入0.3g BYK油性分散剂，在砂磨机中分散研磨12h，然后加入氟碳树脂20g，继续在砂磨机中混合分散2h，得到预分散好的掺钨的二氧化钒油墨，然后通过加入0.15gBYK油性分散剂和10g稀释剂调节其粘度和表面张力，使得掺钨的二氧化钒油墨的粘度为6mPa·S，表面张力为25.8mN/m；

(3)配制低发射率油墨：将5g银粉(初始粒径大小为2～3μm)和180g稀释剂(体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合物)混合超声分散20min，然后加入0.1g BYK油性分散剂，在砂磨机中分散研磨12h，然后加入氟碳树脂15g，继续在砂磨机中混合分散2h，得到预分散好的低发射率油墨，然后通过加入0.05gBYK油性分散剂和70g稀释剂调节其粘度和表面张力，使得低发射率油墨的粘度为5mPa·S，表面张力为25.2mN/m；

(4)将二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨以及低发射率油墨依据设计好的迷彩图案通过喷墨打印的方法沉积在篷布表面形成热迷彩涂层，厚度控制为25μm，即在篷布表面得到一层自适应热迷彩涂层。

图1和图2分别为本实施例采用的二氧化钒纳米粉体和掺钨的二氧化钒纳米粉体的DSC图，从图中可以看出二氧化钒纳米粉体和掺钨的二氧化钒纳米粉体有明显的相变特性，其相转变温度分别为66.2℃和45.1℃。通过纳米粒度仪测试得到二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨和低发射率油墨的平均粒径大小分别为85.3nm、92.8nm和138.9nm，尺寸分布均匀，粒径大小远小于喷墨打印机的喷头大小，不易堵塞喷头。

采用ET10便携式红外光谱发射计测试不同温度下8-12μm波段的热迷彩涂层的红外发射率，当温度为25℃时，二氧化钒涂层、掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层的红外发射率分别为0.92、0.91和0.52，其中二氧化钒涂层和掺钨的二氧化钒涂层红外发射率相近，与低发射率涂层的红外发射率相差，红外热图中主要显示两色热迷彩；当温度逐渐升高时，高于掺钨的二氧化钒的相变温度45.1℃且低于二氧化钒的相变温度66.2℃时，掺钨的二氧化钒涂层的红外发射率明显降低，降至为0.73，而二氧化钒涂层和低发射率涂层的发射率几乎不变，因此呈现低中高发射率梯度，红外热图中显示三色热迷彩；当温度继续升高，高于二氧化钒的相变温度66.2℃时，二氧化钒涂层的红外发射率明显降低，降至为0.63，此时掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层的发射率分别为0.73和0.52，二氧化钒涂层比掺钨的二氧化钒涂层的发射率要低，因此呈现新的低中高发射率梯度，红外热图中显示新的三色热迷彩，效果图如图3所示。

本发明的自适应热迷彩涂层随温度变化其热迷彩图案发生变化，将提高红外伪装的能力，促进了伪装技术的进一步发展。

实施例2：

一种本发明的自适应热迷彩涂层，该自适应热迷彩涂层位于基底篷布上，该自适应热迷彩涂层主要是由二氧化钒涂层、掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层组成，即将二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨以及低发射率油墨依据设计好的迷彩图案通过喷墨打印的方法沉积在基底篷布表面形成的；该自适应热迷彩涂层的厚度为50μm。

本实施例的自适应热迷彩涂层的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)配制二氧化钒油墨：将5g二氧化钒纳米粉体和180g稀释剂(体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯)混合超声分散20min，然后加入0.3g BYK油性分散剂(型号为DISPERBYK-110)，在砂磨机中分散研磨6h，然后加入三元乙丙橡胶15g，继续在砂磨机中混合分散2h，得到预分散好的二氧化钒油墨，然后通过加入0.2gBYK油性分散剂和20g稀释剂调节其粘度和表面张力，使得二氧化钒油墨的粘度为7mPa·S，表面张力为26.5mN/m；

(2)配制掺钨的二氧化钒油墨：将5g掺钨的二氧化钒纳米粉体(相变温度为45.1℃)和180g稀释剂(体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯)混合超声分散20min，然后加入0.3gBYK油性分散剂，在砂磨机中分散研磨6h，然后加入15g三元乙丙橡胶，继续在砂磨机中混合分散2h，得到预分散好的掺钨的二氧化钒油墨，然后通过加入0.15gBYK油性分散剂和70g稀释剂调节其粘度和表面张力，使得掺钨的二氧化钒油墨的粘度为5mPa·S，表面张力为26.1mN/m；

(3)配制低发射率油墨：将5g银粉和180g稀释剂(体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯)混合超声分散20min，然后加入0.1g BYK油性分散剂，在砂磨机中分散研磨22h，然后加入15g三元乙丙橡胶，继续在砂磨机中混合分散2h，得到预分散好的低发射率油墨，然后通过加入0.05gBYK油性分散剂和40g稀释剂调节其粘度和表面张力，使得低发射率油墨的粘度为6mPa·S，表面张力为27.2mN/m；

(4)将二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨以及低发射率油墨依据设计好的迷彩图案通过喷墨打印的方法沉积在篷布表面形成热迷彩涂层，厚度控制为50μm，即在篷布表面得到一层自适应热迷彩涂层。

通过纳米粒度仪测试得到二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨和低发射率油墨的平均粒径大小分别为90.8nm、95.2nm和152.6nm，尺寸分布均匀，粒径大小远小于喷墨打印机的喷头大小，不易堵塞喷头。

采用ET10便携式红外光谱发射计测试本实施例制备的自适应涂层在不同温度下8-12μm波段的红外发射率，当温度为25℃时，二氧化钒涂层、掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层的红外发射率分别为0.92、0.90和0.51，其中二氧化钒涂层和掺钨的二氧化钒涂层红外发射率相近，与低发射率涂层的红外发射率相差，红外热图中主要显示两色热迷彩；当温度逐渐升高时，高于掺钨的二氧化钒的相变温度45.1℃且低于二氧化钒的相变温度66.2℃时，掺钨的二氧化钒涂层的红外发射率明显降低，降至为0.74，而二氧化钒涂层和低发射率涂层的发射率几乎不变，因此呈现低中高发射率梯度，红外热图中显示三色热迷彩；当温度继续升高，高于二氧化钒的相变温度66.2℃时，二氧化钒涂层的红外发射率明显降低，降至为0.63，此时掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层的发射率分别为0.74和0.52，二氧化钒涂层比掺钨的二氧化钒涂层的发射率要低，因此呈现新的低中高发射率梯度，红外热图中显示新的三色热迷彩。

本发明的自适应热迷彩涂层随温度变化其热迷彩图案发生变化，将提高红外伪装的能力，促进了伪装技术的进一步发展。

Claims (6)

1.一种自适应热迷彩涂层，其特征在于，所述自适应热迷彩涂层位于基底上，所述自适应热迷彩涂层主要是由二氧化钒涂层、掺钨的二氧化钒涂层和低发射率涂层组成；所述二氧化钒涂层是将二氧化钒油墨通过喷墨打印的方法沉积在基底表面形成的；所述掺钨的二氧化钒涂层是将掺钨的二氧化钒油墨通过喷墨打印的方法沉积在基底表面形成的；所述低发射率涂层是将低发射率油墨通过喷墨打印的方法沉积在基底表面形成的；

所述二氧化钒油墨是由二氧化钒纳米粉体、分散剂、粘合剂和稀释剂配制而成；所述分散剂为BYK油性分散剂，所述粘合剂为三元乙丙橡胶或氟碳树脂，所述稀释剂为体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯混合物；所述二氧化钒纳米粉体、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂的质量比为1：(0.03～0.1)：(3～6)：(40～50)；

所述掺钨的二氧化钒油墨是由掺钨的二氧化钒粉体、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂配制而成的，所述掺钨的二氧化钒纳米粉体尺寸为50～100nm，其相变温度为40～50℃；所述粘合剂为氟碳树脂或三元乙丙橡胶；所述稀释剂为体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯的混合物；掺钨的二氧化钒纳米粉体、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂的质量比为1：(0.03～0.1)：(3～6)：(40～50)；

所述低发射率油墨是由银粉、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂配制而成；其中，所述银粉的初始粒径大小为2～3μm，所述粘合剂为氟碳树脂或三元乙丙橡胶，所述稀释剂为体积比为4:1的二甲苯和醋酸丁酯的混合物；银粉、BYK油性分散剂、粘合剂和稀释剂之间的质量比为1：(0.03～0.1)：(3～6)：(40～50)。

2.如权利要求1所述的自适应热迷彩涂层，其特征在于，所述自适应热迷彩涂层的厚度为20～50μm。

3.如权利要求1所述的自适应热迷彩涂层，其特征在于，所述二氧化钒油墨粘度为4～10mPa·S，表面张力为24～32mN/m，二氧化钒油墨粒径大小为80～150nm。

4.如权利要求1所述的自适应热迷彩涂层，其特征在于，所述掺钨的二氧化钒油墨的粘度为4～10mPa·S，表面张力为24～32mN/m，油墨粒径大小为80～160nm。

5.如权利要求1所述的自适应热迷彩涂层，其特征在于，所述低发射率油墨的粘度为5～10mPa·S，表面张力为25～30mN/m，油墨粒径大小为120～280nm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的自适应热迷彩涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨和低发射率油墨；

(2)将二氧化钒油墨、掺钨的二氧化钒油墨以及低发射率油墨依据设计好的迷彩图案通过喷墨打印的方法沉积在基底表面，即在基底表面得到一层自适应热迷彩涂层。

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