CN110272675A - 一种雷达与红外兼容伪装材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种雷达与红外兼容伪装材料的制备方法，其具体过程为以环氧树脂为基，以片状羟基铁(FCI)和碳纤维(CF)为吸收剂采用带式浇铸机浇铸制备FCI/CF具有规则取向的雷达吸波基体，在三元乙丙橡胶中由少至多添加铜粉填料，制得红外隐身涂料，然后按铜粉由少至多的含量梯度在FCI/CF雷达吸波基体表面涂敷三层红外隐身涂层，其内层铜粉含量为5‑10wt％，外层含量为15‑30wt％，中间层含量介于内层与外层之间。本发明获得的有益效果是：对比于碳纤维无序排列的雷达吸波材料，本发明可获得小厚度条件下更宽频吸收带，可在1～18GHz全频段范围内显著改善材料的雷达吸波性能，同时红外发射率可低至0.2以下，实现优异的红外/雷达兼容隐身性能。

Description

一种雷达与红外兼容伪装材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种雷达伪装材料制备方法，特别涉及一种雷达与红外兼容伪装材料制备方法。
背景技术
在现代战场中探测技术已发展为多谱段探测，单一功能的隐身材料已不能再满足需求，多谱段兼容隐身材料，尤其是雷达与红外兼容隐身材料，已成为隐身材料的研究热点之一。雷达隐身的主要手段是降低目标物体的雷达波反射率，而红外隐身的主要手段则是要提高目标物体的红外反射率，高红外反射率的涂层同时也有较高的雷达反射率，这种性能需求的矛盾给雷达与红外兼容隐身材料的制备带来了较大的困难。
目前常用的方法是在雷达吸波涂层的外表涂敷红外隐身涂层，金属粉料一般具有较高的反射率，因此其在红外隐身涂料中常作为颜料来降低发射率，在实际应用中红外隐身涂层除了要具有较低的发射率，还要满足一定的机械性能以及耐腐蚀性等要求，因此红外涂层的厚度和金属颜料含量必须达到一定值。红外隐身涂层厚度固定时，其发射率随着金属颜料含量的增加而降低；当颜料含量为定值时，红外涂料的发射率随着厚度的增加而迅速降低最后趋于固定值。对于传统的单层结构红外隐身涂层，要实现发射率小于0.25并满足一定的应用要求，红外涂层的金属颜料含量(金属颜料相对粘结剂的质量百分比)至少为100％，涂层厚度则要达到45-60微米，但在此条件下由于红外涂层中高含量的金属颜料，导致具有较高的雷达波反射率，使得雷达兼容性能受到影响，在高频尤甚。因此如何同时实现低红外发射率以及高雷达透过率成为隐身材料的研究热点之一。
中国专利CN106393847A公布了一种具有雷达红外一体化隐身效果的智能材料，包括：第一透明基材，第二透明基材，及之间的透明溶液存储器夹层；第一透明基材或第二透明基材不相对的表面设置有红外隐身材料，由多层膜叠加而成；此发明在夹层结构注入和抽取与基材不同介电常数的透明溶液，实现对于雷达波的开关功能；在基材表面设置一维准周期结构红外隐身材料层，其在具有对雷达波无损透过的特性，从而实现雷达红外一体化隐身的效果。但是其结构复杂繁琐，制备困难，使用中需要更换雷达吸波的溶液，操作复杂，且材料安全稳定性差，从而导致应用范围受限。中国专利ZL201310078127.0公布的雷达红外兼容隐身材料采用了双层超材料结构形式，采用的电阻型超材料位于介质层表面，仅能在C或X单一频段实现较好吸波性能，宽频与低频吸波性能较差。
综上所述，目前制备雷达与红外隐身兼容的材料还比较困难，特别是克服低红外发射率高雷达透过率矛盾问题，制备出全频段范围内吸波性能良好，且红外发射率达0.2的功能性材料更是技术不足，因此探索材料在低红外发射率情况下不影响其高雷达透过率性能的简单制备方法，实现材料雷达与红外隐身兼容特性是本发明的主要目的。
为解决上述问题，本发明是这样实现的：
一种雷达与红外兼容伪装材料的制备方法，所述的制备方法包括：
步骤A.制备雷达吸波基体
(1)将片状羟基铁(FCI)颗粒和碳纤维分别放进无水乙醇中超声震荡2～10h；
(2)将环氧树脂、固化剂和增韧剂加入FCI溶液中，随后进行搅拌，搅拌速率为1000～4000r/min，搅拌时间为20～70min，制备得混合溶液；
(3)将碳纤维乙醇溶液加入混合溶液中搅拌，搅拌速率为100～500r/min，搅拌时间为1～5h，制备的混合浆料，其中片状羟基铁和碳纤维质量百分比分别为50～65wt％、0.2～0.5wt％；
(4)将混合浆料涂敷于铝板上，在室温下进行固化，制得片状羟基铁和碳纤维均无固定取向的复合浆料，其粘度在4～6Pa·s；
(5)将制得的复合浆料用带式浇铸机进行浇铸，浇铸速率为3～10cm/s，制得片状羟基铁和碳纤维规则取向的基质；
(6)将得到的样品放入去离子水超声清洗20～60min，烘干；
步骤B.红外隐身涂料制备
(1)由少到多分别称量依次作为内层至外层涂料中的Cu粉，待用；其内层含量为5～10wt％，外层含量为15～30wt％，中间层含量介于内层与外层之间；
(2)三元乙丙橡胶为粘合剂，分别按比加入Cu粉填料，混合搅拌15～30min，然后超声波震荡1～2h，制得不同铜粉质量分数的红外隐身涂料；
步骤C.红外隐身涂料涂敷
采用刮涂法将不同铜粉质量分数的红外隐身涂料由内而外依次涂敷于雷达吸波基体材料表面，自然烘干，制备得三层红外隐身涂层。
进一步的，步骤A中所述的雷达吸波基体厚度在1～3mm；所述的FCI，直径为2～10μm，厚度为0.1～1mm，碳纤维长度为2～5mm，直径为3～7μm
进一步的，步骤C中三层红外隐身涂层每层厚度在10～35μm。
进一步的，所述的雷达与红外兼容伪装材料可在1～18GHz全频段范围内显著改善材料的雷达吸波性能，同时红外发射率可低至0.2以下。
本发明通过上述技术方案，所产生的有益效果是：
1、通过改变碳纤维CF的排列方向实现FCI/CF复合材料电性能的各向异性，与纤维无取向的复合材料相比，更薄厚度下具有更宽吸收频带，实现了材料轻质与高吸波性能
2、三元乙丙橡胶结合铜粉填料，在铜粉填料质量分数30％的条件下红外发射率可低至0.2，避免了因红外发射低率低要求金属粉料含量高而影响雷达透过性的冲突问题，可在1～18GHz全频段范围内显著改善材料的雷达吸波性能，同时红外发射率可低至0.2以下，实现优异的红外/雷达兼容隐身性能。
3、材料结构简单，操作方便，所制得的材料耐高温性及抗氧化性都比单一金属粉涂料要高。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1：
步骤A.制备雷达吸波基体
(1)将片状羟基铁(FCI)颗粒和碳纤维分别放进无水乙醇中超声震荡3.5h；
(2)将环氧树脂、固化剂和增韧剂加入FCI溶液中，随后进行搅拌，搅拌速率为2000r/min，搅拌时间为30min，制备得混合溶液；
(3)将碳纤维乙醇溶液加入混合溶液中，搅拌，搅拌速率为400r/min，搅拌时间为2h，制备的混合浆料，其中片状羟基铁和碳纤维质量百分比分别为55wt％、0.3wt％；
(4)将混合浆料涂敷于铝板上，在室温下进行固化，制得片状羟基铁和碳纤维均无固定取向的复合浆料，其粘度在4Pa·s；
(5)将制得的复合浆料用带式浇铸机进行浇铸，浇铸速率为5cm/s，制得片状羟基铁和碳纤维规则取向的基质；
(6)将得到的样品放入去离子水超声清洗40min，烘干；
步骤B.红外隐身涂料制备
(1)由少到多分别称量依次作为内层至外层涂料中的Cu粉，待用；其内层含量为5wt％，外层含量为15wt％，中间层含量介于内层与外层之间；
(2)三元乙丙橡胶为粘合剂，分别按比加入Cu粉填料，混合搅拌20min，然后超声波震荡1.5h，制得不同铜粉质量分数的红外隐身涂料；
步骤C.红外隐身涂料涂敷
采用刮涂法将不同铜粉质量分数的红外隐身涂料由内而外依次涂敷于雷达吸波基体材料表面，自然烘干，制备得三层红外隐身涂层。
制备的雷达吸波基体厚度在1.5mm；外隐身涂层每层厚度在15μm；采用的FCI，直径为2μm，厚度为0.4mm，碳纤维长度为3mm，直径为3μm。
材料可在1～18GHz全频段范围内显著改善材料的雷达吸波性能，同时红外发射率为0.2。
实施例2：
步骤A.制备雷达吸波基体
(1)将片状羟基铁(FCI)颗粒和碳纤维分别放进无水乙醇中超声震荡5h；
(2)将环氧树脂、固化剂和增韧剂加入FCI溶液中，随后进行搅拌，搅拌速率为2500r/min，搅拌时间为40min，制备得混合溶液；
(3)将碳纤维乙醇溶液加入混合溶液中，搅拌，搅拌速率为500r/min，搅拌时间为2h，制备的混合浆料，其中片状羟基铁和碳纤维质量百分比分别为60wt％、0.4wt％；
(4)将混合浆料涂敷于铝板上，在室温下进行固化，制得片状羟基铁和碳纤维均无固定取向的复合浆料，其粘度在6Pa·s；
(5)将制得的复合浆料用带式浇铸机进行浇铸，浇铸速率为6cm/s，制得片状羟基铁和碳纤维规则取向的基质；
(6)将得到的样品放入去离子水超声清洗50min，烘干；
步骤B.红外隐身涂料制备
(1)由少到多分别称量依次作为内层至外层涂料中的Cu粉，待用；其内层含量为6wt％，外层含量为20wt％，中间层含量介于内层与外层之间；
(2)三元乙丙橡胶为粘合剂，分别按比加入Cu粉填料，混合搅拌30min，然后超声波震荡2h，制得不同铜粉质量分数的红外隐身涂料；
步骤C.红外隐身涂料涂敷
采用刮涂法将不同铜粉质量分数的红外隐身涂料由内而外依次涂敷于雷达吸波基体材料表面，自然烘干，制备得三层红外隐身涂层。
制备的雷达吸波基体厚度在2mm；外隐身涂层每层厚度在20μm；采用的FCI，直径为2μm，厚度为0.3mm，碳纤维长度为5mm，直径为3.5μm。
材料可在1～18GHz全频段范围内显著改善材料的雷达吸波性能，同时红外发射率为0.18。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种雷达与红外兼容伪装材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤：
步骤A.制备雷达吸波基体
(1)将片状羟基铁(FCI)颗粒和碳纤维分别放进无水乙醇中超声震荡2～10h；
(2)将环氧树脂、固化剂和增韧剂加入FCI溶液中，随后进行搅拌，搅拌速率为1000～4000r/min，搅拌时间为20～70min，制备得混合溶液；
(3)将碳纤维乙醇溶液加入混合溶液中搅拌，搅拌速率为100～500r/min，搅拌时间为1～5h，制备的混合浆料，其中片状羟基铁和碳纤维质量百分比分别为50～65wt％、0.2～0.5wt％；
(4)将混合浆料涂敷于铝板上，在室温下进行固化，制得片状羟基铁和碳纤维均无固定取向的复合浆料，其粘度在4～6Pa·s；
(5)将制得的复合浆料用带式浇铸机进行浇铸，浇铸速率为3～10cm/s，制得片状羟基铁和碳纤维规则取向的基质；
(6)将得到的样品放入去离子水超声清洗20～60min，烘干；
步骤B.红外隐身涂料制备
(1)由少到多分别称量依次作为内层至外层涂料中的Cu粉，待用；其内层含量为5～10wt％，外层含量为15～30wt％，中间层含量介于内层与外层之间；
(2)三元乙丙橡胶为粘合剂，分别按比加入Cu粉填料，混合搅拌15～30min，然后超声波震荡1～2h，制得不同铜粉质量分数的红外隐身涂料；
步骤C.红外隐身涂料涂敷
采用刮涂法将不同铜粉质量分数的红外隐身涂料由内而外依次涂敷于雷达吸波基体材料表面，自然烘干，制备得三层红外隐身涂层。
2.根据权利要求1所述的一种雷达与红外兼容伪装材料的制备方法，其特征在于步骤A中所述的雷达吸波基体厚度在1～3mm；所述的FCI直径为2～10μm，厚度为0.1～1mm，碳纤维长度为2～5mm，直径为3～7μm。
3.根据权利要求1所述的一种雷达与红外兼容伪装材料的制备方法，其特征在于步骤C中所述的三层红外隐身涂层每层厚度为10～35μm。
4.根据权利要求1所述的一种雷达与红外兼容伪装材料的制备方法，其特征在于所述的雷达与红外兼容伪装材料可在1～18GHz全频段范围内显著改善材料的雷达吸波性能，同时红外发射率可低至0.2以下。
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