CN112129169B - 一种红外雷达双隐身薄膜材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外雷达双隐身薄膜材料及其制备方法。本发明的红外雷达双隐身薄膜材料的组成包括聚合物薄膜和通过透红外油墨固定在聚合物薄膜表面的功能化聚苯乙烯微球；所述功能化聚苯乙烯微球的组成包括聚苯乙烯微球和包覆在聚苯乙烯微球外的金属层。本发明的红外雷达双隐身薄膜材料的制备方法包括以下步骤：将透红外油墨和功能化聚苯乙烯微球混合制成混合液，再喷涂在聚合物薄膜上，干燥，即得。本发明的红外雷达双隐身薄膜材料的红外辐射率低、对雷达波的电磁损耗大，且无眩光现象，集红外隐身、雷达隐身和防眩光于一体，可以用于夜间作战人员、装甲、车辆的红外隐身，还可以用于敌我身份识别和夜间空投物资的寻找。

Description

一种红外雷达双隐身薄膜材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种红外雷达双隐身薄膜材料及其制备方法。

背景技术

随着电子对抗技术的飞速发展，谁先发现对方并加以摧毁成了胜负的关键，信息的获取和反获取成为斗争的焦点，先敌发现、先敌攻击成为克敌制胜的重要保障措施。红外和雷达是制导技术和军事探测中最主要和普遍采用的技术。红外隐身技术是军事中重要的侦察与反侦察手段，红外隐身技术的应用能够降低目标被红外热像仪侦察发现的可能性，进而可以有效防止己方军事力量暴露，为作战提供有利条件。低红外辐射材料的应用与发展促进了红外隐身这一目的的实现。另外，由于低红外辐射材料的红外辐射率比较低，因此可以做出特定符号识别敌友，实施准确打击，为己方带来优势。然而，现代战争中常常用多种手段进行侦察，例如：红外+雷达，所以仅仅只拥有一种隐形机制不足以高效地躲避敌人的侦察。同时实现低红外辐射和高雷达波吸收可以给己方目标披上一层隐形盔甲，进而在现代战场环境中处于优势。

当红外线照射到材料表面时，会有一部分能量被吸收，一部分能量被反射，还有一部分能量透过材料，可以用如下公式表示：α+β+γ＝1，α为材料对红外线的吸收率，β为材料对红外线的反射率，γ为材料对红外线的透过率。材料在给定温度下的红外发射率ε等于它同温度下对红外线的吸收率α，因此，要想材料的红外发射率ε低，就必须提高材料对红外线的反射率β或/和材料对红外线的透过率γ。现有的低红外辐射材料的红外发射率ε还不够低，且光滑的材料表面受到可见光照射还易发生眩光现象，所以实际的隐身效果并不太好。雷达隐身的关键在于提高雷达波的电磁损耗，而现有的雷达隐身材料的电磁损耗效果较差，并不能完全满足实际应用需求。

因此，亟需开发一种同时具备红外雷达双隐身和防眩光效果的薄膜材料。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种红外雷达双隐身薄膜材料。

本发明的另一目的在于提供上述红外雷达双隐身薄膜材料的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种红外雷达双隐身薄膜材料，其组成包括聚合物薄膜和通过透红外油墨固定在聚合物薄膜表面的功能化聚苯乙烯微球；所述功能化聚苯乙烯微球的组成包括聚苯乙烯微球和包覆在聚苯乙烯微球外的金属层。

优选的，所述聚合物薄膜为聚碳酸酯(PC)膜、聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜、反式1,4-聚异戊二烯(TPI)膜、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜中的一种。

优选的，所述聚合物薄膜的厚度为50μm～500μm。

优选的，所述透红外油墨包括以下质量百分比的组分：

青色染料：0～8％；

洋红色染料：0～8％；

黄色染料：0～8％；

连接料：18％～25％；

溶剂：53％～69％。

优选的，所述连接料为桐油、亚麻油、脱水蓖麻油、松香酯、酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂中的至少一种。桐油、亚麻油、脱水蓖麻油、松香酯、酚醛树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂的红外辐射率低，将它们作为连接料制备的透红外油墨的红外辐射率小。

优选的，所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、异丙醇、乙酸丁酯、丙醇、正丁醇中的至少一种。

优选的，所述功能化聚苯乙烯微球中的金属层由铁、镍、钴中的至少一种组成。

优选的，所述功能化聚苯乙烯微球的粒径为0.5μm～8μm。

优选的，所述功能化聚苯乙烯微球通过以下方法制备得到：

1)将亲水改性剂加入苯乙烯的乳液聚合体系中，进行乳液聚合，得到亲水改性聚苯乙烯微球；

2)用锡盐对亲水改性聚苯乙烯微球进行敏化，得到敏化聚苯乙烯微球；

3)用钯盐对敏化聚苯乙烯微球进行活化，得到活化聚苯乙烯微球；

4)对活化聚苯乙烯微球进行化学镀，即得功能化聚苯乙烯微球。

优选的，步骤1)所述亲水改性剂为乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

进一步优选的，步骤1)所述亲水改性剂为乙烯基三甲氧基硅烷。

优选的，步骤2)所述锡盐为SnCl₂、SnSO₄、SnF₂中的至少一种。

进一步优选的，步骤2)所述锡盐为SnCl₂。

优选的，步骤3)所述钯盐为PdCl₂、Pd(NH₃)₄Cl₂、Pd(CH₃COO)₂、Pd(NO₃)₂·2H₂O、K₂PdCl₄中的至少一种。

进一步优选的，步骤3)所述钯盐为PdCl₂。

优选的，步骤4)进行化学镀所采用的化学镀液的组成包括10g/L～30g/L的氯化铵、10g/L～30g/L的柠檬酸钠、15g/L～35g/L的次亚磷酸钠、15g/L～40g/L的水溶性金属盐，溶剂为水。

优选的，所述水溶性金属盐为水溶性铁盐、水溶性镍盐、水溶性钴盐中的至少一种。

上述红外雷达双隐身薄膜材料的制备方法包括以下步骤：将透红外油墨和功能化聚苯乙烯微球混合制成混合液，再喷涂在聚合物薄膜上，干燥，即得红外雷达双隐身薄膜材料。

优选的，所述透红外油墨、功能化聚苯乙烯微球的质量比为(30～40)：(2～5)。

优选的，所述干燥的温度为50℃～100℃。

本发明的有益效果是：本发明的红外雷达双隐身薄膜材料的红外辐射率低、对雷达波的电磁损耗大，且无眩光现象，集红外隐身、雷达隐身和防眩光于一体，可以用于夜间作战人员、装甲、车辆的红外隐身，还可以用于敌我身份识别和夜间空投物资的寻找。

具体来说：

1)本发明的红外雷达双隐身薄膜材料中添加有功能化聚苯乙烯微球，可以在薄膜材料表面形成凹凸的结构，利用光的衍射和干涉现象，进行相干光波叠加，实现反射光和入射光强度的重新分配，进而实现降低红外辐射的目的，同时空心金属微球形成的凹凸的结构可以为可见光提供丰富的漫反射位点，进而可以减少可见光产生的眩光，达到了降低红外辐射率和消除眩光的效果；

2)本发明的红外雷达双隐身薄膜材料中添加有功能化聚苯乙烯微球，可以使薄膜材料具有更大的比表面积，有利于雷达波的电磁损耗，从而可以获得优异的雷达隐身效果；

3)本发明在制备红外雷达双隐身薄膜材料的过程中，通过控制喷涂厚度便可以得到红外辐射率不同的薄膜材料，可以满足不同环境温度下的红外隐形需要。

附图说明

图1为实施例1的功能化聚苯乙烯微球的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1～4和对比例1中的青色染料为蒽醌类化合物，洋红色染料为偶氮类化合物，黄色染料为偶氮类化合物，均是购自郑州帅之奇商贸有限公司。

实施例1：

一种功能化聚苯乙烯微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将20质量份的苯乙烯和1质量份的十六烷基三甲基溴化铵分散在58质量份的乙醇溶液(质量分数95％)中，氮气气氛下搅拌乳化20min，得到乳化液，升温至70℃，再加入0.5质量份的偶氮二异丁腈和1.5质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，70℃反应12h，冷却，抽滤，用乙醇和蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到亲水改性聚苯乙烯微球；

2)将2.5质量份的亲水改性聚苯乙烯微球分散在65质量份浓度12g/L的SnCl₂溶液中，再用浓盐酸调节SnCl₂溶液的pH至1，搅拌敏化30min，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到敏化聚苯乙烯微球；

3)将2.5质量份的敏化聚苯乙烯微球分散在60质量份浓度0.25g/L的PdCl₂溶液中，再用浓盐酸调节PdCl₂溶液的pH至2，搅拌活化30min，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到活化聚苯乙烯微球；

4)将3质量份的活化聚苯乙烯微球加入40质量份的化学镀液中，化学镀液含30g/L的氯化铵、15g/L的柠檬酸钠、20g/L的次亚磷酸钠和15g/L的氯化镍，溶剂为水，用NaOH调节化学镀液的pH至8，升温至55℃，反应1h，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内60℃烘干，即得功能化聚苯乙烯微球(粒径3μm～6μm，SEM图如图1所示)。

一种红外雷达双隐身薄膜材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将4质量份的青色染料、6质量份的洋红色染料、7质量份的黄色染料、18质量份的松香酯和65质量份的丙酮混合均匀，得到透红外油墨；

2)将3质量份的上述功能化聚苯乙烯微球和30质量份的透红外油墨混合均匀制成混合液，再将混合液喷涂在厚度100μm的聚丙烯膜上，喷涂厚度为40μm，置于烘箱内80℃烘干，即得红外雷达双隐身薄膜材料。

实施例2：

一种功能化聚苯乙烯微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将24质量份的苯乙烯和1质量份的十六烷基三甲基溴化铵分散在65质量份的乙醇溶液(质量分数95％)中，氮气气氛下搅拌乳化15min，得到乳化液，升温至70℃，再加入1.1质量份的偶氮二异丁腈和2.2质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，70℃反应12h，冷却，抽滤，用乙醇和蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到亲水改性聚苯乙烯微球；

2)将2质量份的亲水改性聚苯乙烯微球分散在70质量份浓度10g/L的SnSO₄溶液中，再用浓盐酸调节SnSO₄溶液的pH至1，搅拌敏化30min，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到敏化聚苯乙烯微球；

3)将2质量份的敏化聚苯乙烯微球分散在70质量份浓度0.25g/L的Pd(NH₃)₄Cl₂溶液中，再用浓盐酸调节Pd(NH₃)₄Cl₂溶液的pH至2，搅拌活化30min，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到活化聚苯乙烯微球；

4)将2.5质量份的活化聚苯乙烯微球加入35质量份的化学镀液中，化学镀液含30g/L的氯化铵、20g/L的柠檬酸钠、20g/L的次亚磷酸钠、10g/L的氯化镍和10g/L的氯化铁，溶剂为水，用NaOH调节化学镀液的pH至8，升温至60℃，反应1h，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内60℃烘干，即得功能化聚苯乙烯微球(粒径2μm～4μm)。

一种红外雷达双隐身薄膜材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将7质量份的青色染料、8质量份的洋红色染料、7质量份的黄色染料、20质量份的丙烯酸树脂和58质量份的乙酸乙酯混合均匀，得到透红外油墨；

2)将2质量份的上述功能化聚苯乙烯微球和35质量份的透红外油墨混合均匀制成混合液，再将混合液喷涂在厚度80μm的聚甲基丙烯酸甲酯膜上，喷涂厚度为35μm，置于烘箱内80℃烘干，即得红外雷达双隐身薄膜材料。

实施例3：

一种功能化聚苯乙烯微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将28质量份的苯乙烯和1质量份的十六烷基三甲基溴化铵分散在70质量份的乙醇溶液(质量分数95％)中，氮气气氛下搅拌乳化25min，得到乳化液，升温至70℃，再加入1.2质量份的偶氮二异丁腈和1.8质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，70℃反应12h，冷却，抽滤，用乙醇和蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到亲水改性聚苯乙烯微球；

2)将3.5质量份的亲水改性聚苯乙烯微球分散在70质量份浓度10g/L的SnF₂溶液中，再用浓盐酸调节SnF₂溶液的pH至1，搅拌敏化30min，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到敏化聚苯乙烯微球；

3)将3.5质量份的敏化聚苯乙烯微球分散在70质量份浓度0.25g/L的PdCl₂溶液中，再用浓盐酸调节PdCl₂溶液的pH至3，搅拌活化30min，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到活化聚苯乙烯微球；

4)将3质量份的活化聚苯乙烯微球加入80质量份的化学镀液中，化学镀液含20g/L的氯化铵、20g/L的柠檬酸钠、15g/L的次亚磷酸钠和20g/L的氯化钴，溶剂为水，用NaOH调节化学镀液的pH至9，升温至75℃，反应1h，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，即得功能化聚苯乙烯微球(粒径1μm～4μm)。

一种红外雷达双隐身薄膜材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将8质量份的青色染料、3质量份的洋红色染料、7质量份的黄色染料、22质量份的桐油和60质量份的丙酮混合均匀，得到透红外油墨；

2)将4质量份的上述功能化聚苯乙烯微球和37质量份的透红外油墨混合均匀制成混合液，再将混合液喷涂在厚度200μm的聚乙烯膜上，喷涂厚度为45μm，置于烘箱内60℃烘干，即得红外雷达双隐身薄膜材料。

实施例4：

一种功能化聚苯乙烯微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将33质量份的苯乙烯和1质量份的十六烷基三甲基溴化铵分散在65质量份的乙醇溶液(质量分数95％)中，氮气气氛下搅拌乳化30min，得到乳化液，升温至70℃，再加入1.9质量份的偶氮二异丁腈和1.9质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，70℃反应12h，冷却，抽滤，用乙醇和蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到亲水改性聚苯乙烯微球；

2)将3质量份的亲水改性聚苯乙烯微球分散在75质量份浓度10g/L的SnCl₂溶液中，再用浓盐酸调节SnCl₂溶液的pH至1，搅拌敏化30min，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到敏化聚苯乙烯微球；

3)将3质量份的敏化聚苯乙烯微球分散在75质量份浓度0.25g/L的K₂PdCl₄溶液中，再用浓盐酸调节K₂PdCl₄溶液的pH至3，搅拌活化30min，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，得到活化聚苯乙烯微球；

4)将2.5质量份的活化聚苯乙烯微球加入45质量份的化学镀液中，化学镀液含30g/L的氯化铵、15g/L的柠檬酸钠、20g/L的次亚磷酸钠、10g/L的氯化钴和10g/L的氯化镍，溶剂为水，用NaOH调节化学镀液的pH至9，升温至80℃，反应1h，抽滤，用蒸馏水洗涤滤得的固体，再置于烘箱内50℃烘干，即得功能化聚苯乙烯微球(粒径4μm～7μm)。

一种红外雷达双隐身薄膜材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将6质量份的青色染料、8质量份的洋红色染料、6质量份的黄色染料、22质量份的环氧树脂和58质量份的乙醇混合均匀，得到透红外油墨；

2)将3质量份的上述功能化聚苯乙烯微球和40质量份的透红外油墨混合均匀制成混合液，再将混合液喷涂在厚度500μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，喷涂厚度为35μm，置于烘箱内80℃烘干，即得红外雷达双隐身薄膜材料。

对比例1：

一种薄膜材料，其制备方法包括以下步骤：

1)将6质量份的青色染料、8质量份的洋红色染料、6质量份的黄色染料、22质量份的环氧树脂和58质量份的乙醇混合均匀，得到透红外油墨；

2)将透红外油墨喷涂在厚度500μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，喷涂厚度为35μm，置于烘箱内80℃烘干，即得薄膜材料。

对比例2：

厚度500μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。

性能测试：

对实施例1～4和对比例1～2的薄膜材料进行性能测试，参照“GJB 8700-2015红外辐射率测量方法”测试实施例1～4和对比例1～2的薄膜材料在8μm～14μm波段的红外辐射率，参照“GJB2038-1994雷达吸波材料反射率测试方法”测试实施例1～4和对比例1～2的薄膜材料在8GHz～18GHz波段的雷达波最小反射损耗，通过可见光反射率测试仪测试实施例1～4和对比例1～2的薄膜材料的可见光60度角反射值，测试结果如下表所示：

表1实施例1～4和对比例1～2的薄膜材料的性能测试结果

由表1可知：

1)对比例1的薄膜材料表面涂覆有透红外油墨，透红外油墨虽然不具备改变薄膜材料红外辐射率和雷达波最小反射损耗的效果，却能够有效降低薄膜材料的可见光60度角反射值，但仍无法满足防眩光的要求(一般要求小于3)；

2)实施例1～4的薄膜材料表面涂覆有透红外油墨和功能化聚苯乙烯微球，可以大幅度降低薄膜材料的红外辐射率，获得良好的红外隐身效果，还可以大幅度地降低材料在8GHz～18GHz波段的雷达波最小反射损耗，获得良好的雷达波吸收效果，同时具有较低的可见光60度角反射值，薄膜材料的眩光现象得到消除，降低了目标由于眩光现象而暴露的可能性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种红外雷达双隐身薄膜材料，其特征在于，其组成包括聚合物薄膜和通过透红外油墨固定在聚合物薄膜表面的功能化聚苯乙烯微球；所述功能化聚苯乙烯微球的组成包括聚苯乙烯微球和包覆在聚苯乙烯微球外的金属层；所述透红外油墨包括以下质量百分比的组分：青色染料：0～8%；洋红色染料：0～8%；黄色染料：0～8%；连接料：18%～25%；溶剂：53%～69%；所述连接料为桐油、亚麻油、脱水蓖麻油、松香酯、酚醛树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂中的至少一种；所述功能化聚苯乙烯微球中的金属层由铁、镍、钴中的至少一种组成；所述功能化聚苯乙烯微球的粒径为0.5µm～8µm。

2.根据权利要求1所述的红外雷达双隐身薄膜材料，其特征在于：所述聚合物薄膜为聚碳酸酯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、反式1,4-聚异戊二烯膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜中的一种。

3.根据权利要求1所述的红外雷达双隐身薄膜材料，其特征在于：所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、异丙醇、乙酸丁酯、丙醇、正丁醇中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的红外雷达双隐身薄膜材料，其特征在于：所述功能化聚苯乙烯微球通过以下方法制备得到：

1)将亲水改性剂加入苯乙烯的乳液聚合体系中，进行乳液聚合，得到亲水改性聚苯乙烯微球；

2)用锡盐对亲水改性聚苯乙烯微球进行敏化，得到敏化聚苯乙烯微球；

3)用钯盐对敏化聚苯乙烯微球进行活化，得到活化聚苯乙烯微球；

4)对活化聚苯乙烯微球进行化学镀，即得功能化聚苯乙烯微球。

5.根据权利要求4所述的红外雷达双隐身薄膜材料，其特征在于：步骤1）所述亲水改性剂为乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；步骤2）所述锡盐为SnCl₂、SnSO₄、SnF₂中的至少一种；步骤3）所述钯盐为PdCl₂、Pd(NH₃)₄Cl₂、Pd(CH₃COO)₂、Pd(NO₃)₂·2H₂O、K₂PdCl₄中的至少一种；步骤4）进行化学镀所采用的化学镀液的组成包括10g/L～30g/L的氯化铵、10g/L～30g/L的柠檬酸钠、15g/L～35g/L的次亚磷酸钠、15g/L～40g/L的水溶性金属盐，溶剂为水。

6.权利要求1～5中任意一项所述的红外雷达双隐身薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将透红外油墨和功能化聚苯乙烯微球混合制成混合液，再喷涂在聚合物薄膜上，干燥，即得红外雷达双隐身薄膜材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述透红外油墨、功能化聚苯乙烯微球的质量比为（30～40）：（2～5）。

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