CN112549665A - 雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构及其制备方法 - Google Patents

雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电子材料中隐身材料技术领域，公开了一种雷达‑红外‑可见光多频谱伪装隐身结构及其制备方法，所述隐身结构包括由下往上依次设置的雷达吸波结构层、红外隔热涂层、粘接层和透波伪装网层；所述雷达吸波结构层包括由上至下依次设置的上层蒙皮、面层蜂窝芯、层间蒙皮、底层蜂窝芯、底层蒙皮和反射层。所述隐身结构不仅在L、S、C、X、Ku、Ka波段具有良好的雷达吸波性能，同时兼具红外以及可见光隐身功能。本发明提供的雷达‑红外‑可见光多频谱伪装隐身结构解决了吸波材料在雷达波段、红外频段、可见光多频谱隐身的问题，同时其方法工艺简单，可控性强，成本较低，具有重要的商业应用价值。

Description

雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构及其制备方法
技术领域
本发明属于电子材料中隐身材料领域，尤其涉及一种雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构及其制备方法。
背景技术
随着军事技术的发展，曾经单一的雷达探测技术逐渐向可见光、红外、雷达等多探测方向转型。新型探测技术的出现严重威胁到战场上武器的生存概率和生存时间，因此，可见光、红外、雷达多频谱隐身材料成为了各国隐身材料的研制重点。
其中，雷达吸波材料包括结构型雷达吸波材料和涂覆型雷达吸波材料，作为武器装备的所使用的雷达吸波材料，兼具吸波性能和承载功能的结构型雷达吸波材料更受青睐。芳纶纸蜂窝夹芯结构隐身材料是一种常见的结构型雷达吸波材料，具有质量轻，吸收频带宽，吸收峰强的特性，同时类似蜂窝的正六边形结构赋予其极好的力学性能，因而得到广泛地应用。
尽管芳纶纸蜂窝夹芯结构隐身材料在雷达频段具有优秀的隐身性能，但是它在红外频段、可见光频段几乎没有隐身性能。为了适应多频谱探测技术，必须要对芳纶纸蜂窝夹芯结构隐身材料与红外隐身、可见光隐身材料进行复合设计。例如，中国专利CN11572109A(申请号：202010615686.0)公开了一种隐身材料系统及其制备方法，通过结构吸波层与伪装网的匹配设计，制备了一种雷达可见光宽频隐身材料。
值得注意的是，自然界的每个物体都不断地向外辐射能量。因此，目标与背景之间的红外辐射的反差成为红外探测器的捕捉信号。装备武器总会存在各类热源，例如发动机及靠近发动机部分，喷射尾焰等。这类热源的存在会大大增加武器装备被发现的概率。红外线隐身技术通过降低或改变目标的红外线辐射特征，或改变红外线辐射特性，并使其与环温度相接近，从而降低目标被发现的概率、实现目标的低可探测性。温度相同的物体，由于发射率的不同，在红外探测器上会显示出不同的红外图像。鉴于一般军事目标的辐射都强于背景，所以采用低发射率的涂料可显著降低目标的红外辐射能量。另一方面，为降低目标表面的温度，红外伪装涂料在可见光和近红外还具有较低的太阳能吸收率和一定的隔热能力，以使目标表面的温度尽可能接近背景的度，从而降低目标和背景的辐射对比度，减小目标的被探测概率。
因此，业内急需一种多频谱伪装隐身结构的新型技术。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构及其制备方法。
所述雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构包括由下往上依次设置的雷达吸波结构层、红外隔热涂层、粘接层和透波伪装网层；所述雷达吸波结构层包括由上至下依次设置的面层蒙皮、面层蜂窝芯、层间蒙皮、底层蜂窝芯、底层蒙皮和反射层。
进一步的，雷达吸波结构层的面层蜂窝芯浸渍有第一吸波涂料，底层吸波蜂窝芯表面喷涂有第二吸波涂料；所述底层蜂窝芯喷涂有第二吸波涂料，第二吸波涂料外侧浸渍有第一吸波涂料。
进一步的，所述第一吸波涂料为水性涂料；所述第二吸波涂料为树脂类涂料。
进一步的，所述第一吸波涂料采用的吸收剂为炭黑、碳纳米管和石墨烯中一种或者多种；所述第二吸波涂料采用的吸收剂为铁钴镍及其合金和/或含铁钴镍的合金。
优选的，所述第一吸波涂料采用的吸收剂为碳纳米管；所述第二吸波涂料采用的吸收剂为高磁导率的铁硅铝合金粉与羰基铁粉混合物。
进一步的，所述第一吸波涂料的组分按质量份计包括：碳纳米管9-10份、粘合剂90-120份、润湿分散剂3-5份、消泡剂1-2份、溶剂500-520份。
进一步的，所述第二吸波涂料的组分按质量份计包括：羰基铁粉40-45份、铁硅铝合金粉30-35粉、粘合剂15-20份、溶剂20-30份。
进一步的，所述面层蒙皮为聚酯类树脂；所述反射层为铝板或银板或碳纤维板。
进一步的，所述红外隔热涂层由粘接剂、红外隔热填料和稀释剂构成；所述粘接剂为环氧树脂系胶结剂；所述红外隔热填料为Al2O3、氧化钒和氧化锌中的一种或者多种；稀释剂为乙醇、丙酮、二甲苯和甲苯中的一种或多种组合。
进一步的，所述粘接层为硅胶粘接剂和/或环氧树脂粘接剂。
进一步的，所述透波伪装网层为在尼龙布或涤纶布表面涂覆阻抗型迷彩伪装涂料，并切割、绑扎为三维仿生树叶花样；所述阻抗型迷彩伪装涂料包括树脂基体、迷彩颜料、助剂和雷达阻抗填料；所述雷达阻抗填料为碳纳米管、炭黑、石墨烯、铝粉、镍粉、片状羰基铁粉和银粉中的一种或多种。
本发明还提供了上述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构的制备方法，包括以下步骤：
1)雷达结构吸波层的制备：将面层蜂窝芯浸渍在第一吸波涂料的水溶液中，将第二吸波涂料喷涂在底层蜂窝芯表面上，在烘箱中以80℃烘干，随后将上层蒙皮、面层蜂窝芯、连接层、底层蜂窝芯、底层蒙皮和反射层依次粘接；粘接完成后，放入烘箱以80-100℃固化6h以上；优选的，固化时间为10h，烘箱温度为90℃；
2)红外隔热隐身层的制备：在1)制备的雷达结构吸波涂层的上层蒙皮上喷涂含有红外吸收剂的涂料，在110-150℃的环境下固化6h以上；
3)粘接透波伪装网层：在2)制备的红外隔热隐身层上涂覆一层粘接层，随后将透波伪装网在粘接层表面沿中心向四边贴合，压实后放入真空烘箱中固化，即得所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构。
进一步的，所述真空烘箱的真空度设置为2*10-3Pa以下，烘箱温度为60-90℃，固化时间为6h以上。优选的，真空度为1*10-4Pa，烘箱温度为75℃，固化时间为12h。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明设计的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，在蜂窝雷达吸波结构层上叠加了红外隔热涂层以及可见光伪装层，不仅解决了目前的吸波材料在雷达波段、红外光频段、可见光多频谱隐身的问题，同时该方法工艺简单，可控性强，成本较低，具有重要的商业应用价值。
2、本发明设计的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，在L波段(1-2GHz)、S波段(2-4GHz)的平均反射率低于-12dB，C波段(4-8GHz)、X波段(8-12GHz)的平均反射率低于-15dB，Ku波段(12-18GHz)的平均反射率低于-20dB，Ka波段(26.5-40GHz)的平均反射率低于-20dB；在红外频段，与周边区域平均辐射温差绝对值低于5℃；在可见光频段，可与典型地貌背景颜色相匹配。
3、本发明的雷达吸波结构层为吸波性能优异的芳纶纸蜂窝夹芯结构，一方面蜂窝芯浸渍有吸收涂料，可有效吸收L、S、C、X、Ku、Ka频段的电磁波；另一方面，蜂窝夹心结构为多孔结构，可进一步加强电磁波在其内部的损耗；红外频段，主要依赖红外隔热填料发挥红外隔热隐身作用，填料导热系数小，热膨胀系数低，当材料处于外界环境时，红外涂层可有效降低材料与外界的热交换，因此材料与环境的绝对温差较小；可见光频段，伪装网层为在尼龙布或涤纶布表面涂覆阻抗型迷彩伪装涂料，并切割、绑扎为三维仿生树叶花样，可与环境有较好的融合。通过将上述三者材料复合，便可获得雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，克服了传统隐身材料隐身频带单一的缺陷。
附图说明
图1是本发明实施例提供的雷达-红外-可见光隐身结构截面图；
图中：100、雷达吸波结构层；200、红外隔热涂层；300、粘接层；400、透波伪装网层；
图2是雷达-红外-可见光隐身结构的雷达吸波结构层示意图；
图中：1、上层蒙皮；2、面层蜂窝芯；3、层间蒙皮；4、底层蜂窝芯；5、底层蒙皮；6、反射层；
图3是本发明实施例提供的雷达-红外-可见光隐身复合板的制备方法流程图；
图4是本发明实施例提供的雷达-红外-可见光隐身结构实物图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构包括由下往上依次设置的雷达吸波结构层100、红外隔热涂层200、粘接层300和透波伪装网层400。
如图2所示，所述雷达吸波结构层包括由上至下依次设置的上层蒙皮1、面层蜂窝芯2、层间蒙皮3、底层蜂窝芯4、底层蒙皮5和反射层6。
面层蜂窝芯表面浸渍有第一吸波涂料，底层吸波蜂窝芯表面喷涂有第二吸波涂料，第二吸波涂料外侧浸渍有第一吸波涂料。
优选的，雷达吸波结构层的第一吸波涂料采用的吸收剂为碳纳米管。雷达吸波结构层的第二吸波涂料采用的吸收剂为高磁导率的羰基铁粉和铁硅铝合金粉。
雷达吸波结构层的反射层为铝板。
雷达吸波结构层的第一吸波涂料的组分按质量份计包括：碳纳米管9-10份、粘合剂90-120份、润湿分散剂3-5份、消泡剂1-2份、溶剂500-520份。雷达吸波结构层的第二吸波涂料的组分按质量份计包括：羰基铁粉40-45份、铁硅铝合金粉30-35粉、粘合剂15-20份、溶剂20-30份。
雷达结构吸波涂层的表层蒙皮上喷涂含有红外隔热填料的涂料。红外隔热涂层由粘接剂、红外隔热填料和稀释剂构成。优选的，粘接剂为环氧树脂、红外隔热填料为Al2O3、稀释剂为二甲苯，粘接剂15-20份、填料为5-15粉、稀释剂为100-120份，在110-150℃的环境下固化。
在本发明实施例中，在固化好的红外隔热涂层上用刮刀均匀涂覆一层的粘接层，随后将伪装网在其表面沿中心向四边贴合，压实后放入真空烘箱，真空度设置为2*10-3Pa以下，烘箱温度为60-90℃，固化时间为6h以上。
优选的，粘接层为环氧树脂粘接剂，真空度为1*10-4Pa，烘箱温度为75℃，固化时间为12h。
优选的，所述伪装网为在尼龙布或涤纶布表面涂覆阻抗型迷彩伪装涂料，并切割、绑扎为三维仿生树叶花样。
优选的，所述阻抗型迷彩伪装涂料包括树脂基体、迷彩颜料、助剂、雷达阻抗填料。
优选的，所述阻抗填料为石墨烯，按质量分数计：树脂基体20份、迷彩颜料5份、雷达阻抗填料1份、助剂100份。
如图3所示，本发明实施例提供的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构的制备方法包括以下步骤：
S301：雷达吸波结构层的制备：将面层蜂窝板浸渍在第一吸收剂的水溶液中，将底层含有第二吸收剂的涂料喷涂在蜂窝芯表面上，在烘箱中以80℃烘干，随后将面层和底层用三层蒙皮依次粘接；最后将反射层粘接在底层蒙皮上。粘接完成后，放入烘箱以80-100℃固化6h以上。
S302：红外隔热隐身层的制备：在S301制备的雷达结构吸波涂层的表层蒙皮上喷涂含有红外隔热填料的涂料，在110-150℃的环境下固化6h以上。
S303：粘接透波伪装网层：在S302制备的板子上用刮刀均匀涂覆一层权利要求5所述的粘接层，随后将伪装网在其表面沿中心向四边贴合，压实后放入真空烘箱，真空度设置为2*10-3Pa以下，烘箱温度为60-90℃，固化时间为6h以上。
以下结合具体实施例对本发明进行说明。
实施例1：
实施例1提供的复合板由下往上依次设置有雷达吸波结构层、红外隔热涂层、粘接层、透波伪装网层。雷达吸波结构层由上至下分别为面层蒙皮、面层蜂窝芯、层间蒙皮、底层蜂窝芯、底层蒙皮、反射层。
在实施例1中，雷达吸波结构层的第一吸波涂料采用的吸收剂为碳纳米管，雷达吸波结构层的第二吸波涂料采用的吸收剂为高磁导率的羰基铁粉和铁硅铝合金粉。雷达吸波结构层的第一吸波涂料的组分按质量份计包括：碳纳米管9.3份、粘合剂100份、润湿分散剂4份、消泡剂1.5份、溶剂500份。雷达吸波结构层的第二吸波涂料的组分按质量份计包括：羰基铁粉42份、铁硅铝合金粉33份、粘合剂20份、溶剂30份。雷达吸波结构层的反射层为铝板。粘接完成后，放入烘箱以90℃固化10h。
在实施例1中，红外隔热涂层由粘接剂、红外隔热填料和稀释剂构成。优选的，粘接剂为环氧树脂、红外隔热填料为Al2O3、稀释剂为二甲苯，粘接剂15份、填料为10份、稀释剂为110份，在130℃的环境下固化。
在实施例1中，在固化好的红外隔热涂层上用刮刀均匀涂覆一层的粘接层，随后将伪装网在其表面沿中心向四边贴合，压实后放入真空烘箱，粘接层为环氧树脂粘接剂，真空度为1*10-4Pa，烘箱温度为75℃，固化时间为12h。
图4是本发明实施例提供的雷达-红外-可见光隐身结构实物图。
实施例1的隐身性能为：雷达波段L波段(1-2GHz)平均反射率为-13.9dB、S波段(2-4GHz)平均反射率为-14.8dB，C波段(4-8GHz)平均反射率为-18.5dB，X波段(8-12GHz)平均反射率为-23.4dB，Ku波段(12-18GHz)平均反射率为-25.6dB，Ka波段(26.5-40GHz)平均反射率为-30.6dB；红外频段，目标热源部位与周边区域平均辐射温差绝对值为2.1℃；可见光频段，可与典型地貌背景颜色相匹配。
实施例2：
仿照实施例1的制备方法，实施例2与实施例1的不同之处在于：雷达吸波结构层的第一吸波涂料的组分按质量份计包括：雷达吸波结构层的第二吸波涂料的组分按质量份计包括：羰基铁粉40份、铁硅铝合金粉35份、粘合剂20份、溶剂30份。红外隔热涂层，粘接剂13份、填料为11.5份、稀释剂为110份，在110℃的环境下固化。
实施例2的隐身性能为：雷达波段L波段(1-2GHz)平均反射率为-17.5dB、S波段(2-4GHz)平均反射率为-14.8dB，C波段(4-8GHz)平均反射率为-17.5dB，X波段(8-12GHz)平均反射率为-19.4dB，Ku波段(12-18GHz)平均反射率为-26.1dB，Ka波段(26.5-40GHz)平均反射率为-24.8dB；红外频段，目标热源部位与周边区域平均辐射温差绝对值为2.8℃；可见光频段，可与典型地貌背景颜色相匹配。
实施例3：
仿照实施例2的制备方法，实施例3与实施例2的不同之处在于：雷达吸波结构层的第二吸波涂料的组分按质量份计包括：羰基铁粉40份、铁硅铝合金粉39份、粘合剂20份、溶剂30份。
实施例3的隐身性能为：雷达波段L波段(1-2GHz)平均反射率为-12.5dB、S波段(2-4GHz)平均反射率为-12.8dB，C波段(4-8GHz)平均反射率为-18.5dB，X波段(8-12GHz)平均反射率为-23.4dB，Ku波段(12-18GHz)平均反射率为-25.6dB，Ka波段(26.5-40GHz)平均反射率为-30.6dB；红外频段，目标热源部位与周边区域平均辐射温差绝对值为2.1℃；可见光频段，可与典型地貌背景颜色相匹配。
对比例1：(只有雷达吸波结构层)
与实施例1对比，对比例1仅仅有雷达吸波结构层。其他同实施例1。
对比例1的隐身性能为：雷达波段L波段(1-2GHz)平均反射率为-18.5dB、S波段(2-4GHz)平均反射率为-19.2dB，C波段(4-8GHz)平均反射率为-18.3dB，X波段(8-12GHz)平均反射率为-20.1dB，Ku波段(12-18GHz)平均反射率为-28.2dB，Ka波段(26.5-40GHz)平均反射率为-23.8dB；红外频段，目标热源部位与周边区域平均辐射温差绝对值为12.7℃；可见光频段没有隐身性能。
对比例2：(雷达吸波结构层+红外隔热涂层)
与实施例1对比，对比例2为雷达吸波结构层+红外隔热涂层。其他同实施例1。
对比例2的隐身性能为：雷达波段L波段(1-2GHz)平均反射率为-16.7dB、S波段(2-4GHz)平均反射率为-17.3dB，C波段(4-8GHz)平均反射率为-18.1dB，X波段(8-12GHz)平均反射率为-27.4dB，Ku波段(12-18GHz)平均反射率为-24.8dB，Ka波段(26.5-40GHz)平均反射率为-26.9dB；红外频段，目标热源部位与周边区域平均辐射温差绝对值为1.5℃；可见光频段没有隐身性能。
对比例3：(雷达吸波结构层+伪装网层)
与实施例1对比，对比例3为雷达吸波结构层+伪装网层。其他同实施例1。
对比例3的隐身性能为：雷达波段L波段(1-2GHz)平均反射率为-18.5dB、S波段(2-4GHz)平均反射率为-19.7dB，C波段(4-8GHz)平均反射率为-22.6dB，X波段(8-12GHz)平均反射率为-25.8dB，Ku波段(12-18GHz)平均反射率为-23.7dB，Ka波段(26.5-40GHz)平均反射率为-24.9dB；红外频段，目标热源部位与周边区域平均辐射温差绝对值为9.9℃；可见光频段没有隐身性能。
表1是本发明实施例1以及对比例1、对比例2、对比例3制得的隐身复合板在各个频段的隐身性能对比。
表1 隐身复合板在各个频段的隐身性能对比表
Figure BDA0002818367830000071
本发明设计的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，在L波段(1-2GHz)、S波段(2-4GHz)的平均反射率低于-12dB，C波段(4-8GHz)、X波段(8-12GHz)的平均反射率低于-15dB，Ku波段(12-18GHz)的平均反射率低于-20dB，Ka波段(26.5-40GHz)的平均反射率低于-20dB；在红外频段，与周边区域平均辐射温差绝对值低于5℃；在可见光频段，可与典型地貌背景颜色相匹配。本发明不仅解决了目前的吸波材料在雷达波段、红外光频段、可见光多频谱隐身的问题，同时该方法工艺简单，可控性强，成本较低，具有重要的商业应用价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，其特征在于，所述隐身结构包括由下往上依次设置的雷达吸波结构层、红外隔热涂层、粘接层和透波伪装网层；所述雷达吸波结构层包括由上至下依次设置的上层蒙皮、面层蜂窝芯、层间蒙皮、底层蜂窝芯、底层蒙皮和反射层。
2.如权利要求1所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，其特征在于，所述面层蜂窝芯浸渍有第一吸波涂料；所述底层蜂窝芯喷涂有第二吸波涂料，第二吸波涂料外侧浸渍有第一吸波涂料。
3.如权利要求2所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，其特征在于，所述第一吸波涂料为水性涂料；所述第二吸波涂料为树脂类涂料。
4.如权利要求3所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，其特征在于，所述第一吸波涂料采用的吸收剂为炭黑、碳纳米管和石墨烯中一种或者多种；所述第二吸波涂料采用的吸收剂为铁钴镍及其合金和/或含铁钴镍的合金。
5.如权利要求1所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，其特征在于，所述面层蒙皮为聚酯类树脂；所述反射层为铝板或者银板或者碳纤维板。
6.如权利要求1所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，其特征在于，所述红外隔热涂层由粘接剂、红外隔热填料和稀释剂构成；所述粘接剂为环氧树脂系胶结剂；所述红外隔热填料为Al2O3、氧化钒和氧化锌中的一种或者多种；所述稀释剂为乙醇、丙酮、二甲苯和甲苯中的一种或多种组合。
7.如权利要求1所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，其特征在于，所述粘接层为硅胶粘接剂和/或环氧树脂粘接剂。
8.如权利要求1所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构，其特征在于，所述透波伪装网层为在尼龙布或涤纶布表面涂覆阻抗型迷彩伪装涂料，并切割、绑扎为三维仿生树叶花样；所述阻抗型迷彩伪装涂料包括树脂基体、迷彩颜料、助剂和雷达阻抗填料；所述雷达阻抗填料为碳纳米管、炭黑、石墨烯、铝粉、镍粉、片状羰基铁粉和银粉中的一种或多种。
9.如权利要求1-8任一所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)雷达结构吸波层的制备：将面层蜂窝芯浸渍在第一吸波涂料的水溶液中，将第二吸波涂料喷涂在底层蜂窝芯表面上，在烘箱中以80℃烘干，随后将上层蒙皮、面层蜂窝芯、层间蒙皮、底层蜂窝芯、底层蒙皮和反射层依次粘接；粘接完成后，放入烘箱以80-100℃固化6h以上；
2)红外隔热隐身层的制备：在1)制备的雷达结构吸波涂层的上层蒙皮上喷涂含有红外吸收剂的涂料，在110-150℃的环境下固化6h以上；
3)粘接透波伪装网层：在2)制备的红外隔热隐身层上涂覆一层粘接层，随后将透波伪装网在粘接层表面沿中心向四边贴合，压实后放入真空烘箱中固化，即得所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构。
10.如权利要求9所述的雷达-红外-可见光多频谱伪装隐身结构的制备方法，其特征在于，所述真空烘箱的真空度设置为2*10-3Pa以下，烘箱温度为60-90℃，固化时间为6h以上。
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