CN114752263B - 一种低介电低红外发射率涂料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低介电低红外发射率涂料及其制备方法与应用，由以下重量份的组分组成：三元乙丙橡胶100份，溶剂1500～2000份，低介电改性铝粉10～60份，颜填料0～2份，助剂0～2份；所述低介电改性铝粉为石蜡包覆复合铝粉或二氧化硅包覆复合铝粉。以上低介电低红外发射率涂料可同时满足低红外发射率与低介电常数、低介电损耗的性能要求。红外发射率为0.3～0.6，介电常数为3.2～12，介电损耗角正切为0.03～0.06。

Description

一种低介电低红外发射率涂料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种低介电低红外发射率涂料及其制备方法与应用。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
隐身技术是现代军事高技术的研究热点之一，红外/微波兼容隐身材料因使用广泛而受到人们的高度关注。红外/微波兼容包含两层含义，其一是红外隐身与雷达吸波兼容，其二是红外隐身与雷达透波兼容。其中，绝大部分的研究都集中于前者，而关于红外隐身与雷达透波兼容材料的研究却几乎空白。
要想通过涂层技术实现红外隐身与雷达透波兼容，涂层材料必须要同时满足低红外发射率和低介电特性。然而发明人发现，目前已公开报道的红外隐身涂料都不能解决红外发射率与复介电常数之间的矛盾：低的红外发射率会带来高的介电常数和高的介电损耗，从而对雷达波产生强烈的反射，因此难以实现红外隐身与雷达透波的兼容。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种低介电低红外发射率涂料及其制备方法与应用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种低介电低红外发射率涂料，由以下重量份的组分组成：
三元乙丙橡胶100份，溶剂1500～2000份，低介电改性铝粉10～60份，颜填料0～2份，助剂0～2份；
所述低介电改性铝粉为低介电绝缘材料包覆处理的复合铝粉。
第二方面，本发明提供一种兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料，由以下重量份的组分组成：三元乙丙橡胶100份，溶剂1500～2000份，低介电改性铝粉10～60份，抗静电碳纤维1～6份，颜填料0～2份，助剂0～2份；
所述低介电改性铝粉为低介电绝缘材料包覆处理的复合铝粉。
第三方面，本发明提供所述低介电低红外发射率涂料的制备方法，包括如下步骤：
将三元乙丙橡胶溶于溶剂中后，再将低介电改性铝粉、颜填料、抗静电碳纤维和助剂按比例加入三元乙丙橡胶溶液中，搅拌分散均匀，即得。
第四方面，本发明提供所述低介电低红外发射率涂料作为隐身材料中的应用；
尤其在具有红外隐身、雷达透波兼容性能要求装备中的应用。
第五方面，本发明提供一种低介电低红外发射率涂层，由所述低介电低红外发射率涂料制备而成。
第六方面，本发明提供一种可隐身装备，其表面覆盖所述低介电低红外发射率涂层。
上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
1)以上低介电低红外发射率涂料可同时满足低红外发射率与低介电常数、低介电损耗的性能要求。
2)由以上低介电低红外发射率涂料制备而成的涂层，可实现红外隐身与雷达透波性能兼容。涂层可以达到以下性能指标：红外发射率为0.3～0.6，介电常数为3.2～12，介电损耗角正切为0.03～0.06。
3)以上涂料配方所涉及原材料成本低、涂料制备和涂层涂装工艺都简单易行、生产效率高。
4)当在涂料中加入抗静电碳纤维时，制备的涂层可以实现红外隐身与雷达透波、抗静电性能兼容。制备的涂层可以达到以下性能指标：红外发射率为0.3～0.6，介电常数为3.2～12，介电损耗角正切0.03～0.06，表面电阻率为0.3～30MΩ/平方。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1所制备的低介电低红外发射率涂料的照片。
图2为本发明实施例1制备的涂料制备的涂层的扫描电子显微镜扫描图片。
图3为本发明实施例4所制备的兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料的产品照片。
图4为本发明实施例4制备的涂料制备的涂层扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
第一方面，本发明提供一种低介电低红外发射率涂料，由以下重量份的组分组成：
三元乙丙橡胶100份，溶剂1500～2000份，低介电改性铝粉10～60份，颜填料0～2份，助剂0～2份；
所述低介电改性铝粉为低介电绝缘材料包覆处理的复合铝粉。
以红外透明性好且复介电常数低的三元乙丙橡胶作为粘结剂；以轻质、廉价的改性漂浮型铝粉作为低红外发射率的主要填料；尽量减少其他高介电填料和助剂的使用，并选用合适的溶剂体系，通过合理的配方设计获得红外隐身/雷达透波兼容的低介电低红外发射率涂料。
采用石蜡或二氧化硅等低介电绝缘材料包覆处理的复合铝粉可以有效改善普通漂浮型铝粉所带来的高介电常数和介电损耗。
第二方面，本发明提供一种兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料，由以下重量份的组分组成：三元乙丙橡胶100份，溶剂1500～2000份，低介电改性铝粉10～60份，抗静电碳纤维1～6份，颜填料0～2份，助剂0～2份；
所述低介电改性铝粉为石蜡或二氧化硅等低介电绝缘材料包覆处理的复合铝粉。
以红外透明性好且复介电常数低的三元乙丙橡胶作为粘结剂；以轻质、廉价的低介电改性漂浮型铝粉作为降低红外发射率的主要填料；以抗静电碳纤维作为导静电的主要填料；尽量减少其他高介电填料和助剂的使用，并选用合适的溶剂体系，通过合理的配方设计获得红外隐身/雷达透波/抗静电兼容的涂料。
采用石蜡或二氧化硅等低介电绝缘材料包覆处理的复合铝粉可以有效改善普通漂浮型铝粉所带来的高介电常数和介电损耗。
在一些实施例中，所述三元乙丙橡胶的重均分子量为20～30万。该重均分子量的三元乙丙橡胶具有弹性大、强度高、成膜工艺性优良等优势，以保证涂层的力学性能。
在一些实施例中，所述溶剂选自二甲苯、甲苯、环己烷或四氢呋喃，优选为二甲苯。
选择以上四种溶剂的原因为：1：三元乙丙分子链结构主链由饱和烃组成，根据相似相溶原理，选择非极性或极性很低的溶剂；2：考虑溶剂对漆膜干燥时间和表面状态的影响，选择挥发性适中的溶剂；3：考虑溶剂的毒性，尽量选择低毒溶剂。
在一些实施例中，所述颜填料为空心玻璃微珠、钛白粉中的一种或两种的混合物。
在一些实施例中，所述助剂选自流平剂、防老化剂或硅烷偶联剂中的一种或多种的混合物。
第三方面，本发明提供所述低介电低红外发射率涂料的制备方法，包括如下步骤：
将三元乙丙橡胶溶于溶剂中后，再将低介电改性铝粉、颜填料、抗静电碳纤维和助剂按比例加入三元乙丙橡胶溶液中，搅拌分散均匀，即得。
在一些实施例中，所述低介电改性铝粉为石蜡包覆复合铝粉或二氧化硅包覆复合铝粉。
石蜡包覆复合铝粉的制备方法为：将一定量的石蜡溶于非极性溶剂中，在60-70℃下搅拌20-40min至石蜡在溶剂中完全溶解。铝粉加入到石蜡溶液中搅拌，离心分离，将离心分离后所得沉淀物进行干燥即得。
二氧化硅包覆复合铝粉的制备方法为：在三口烧瓶中放入一定量的无水乙醇和铝粉，置于50℃的水浴锅中开动搅拌器进行搅拌。然后于A恒压漏斗中加入一定量氨水、去离子水和无水乙醇，B恒压漏斗中加入一定量的正硅酸乙酯和无水乙醇，然后将A和B进行并流滴加至三口烧瓶中，控制滴加速度，滴加完毕后反应继续反应5-8h。反应结束后，将混合溶液进行离心分离，并用无水乙醇洗涤，最后将洗涤后的沉淀物放进烘箱中干燥，得到最终产物。
在一些实施例中，所述抗静电碳纤维的制备方法参见ZL201210370218.7。
在一些实施例中，将三元乙丙橡胶加入到溶剂中，在40～50℃下加热搅拌。
在一些实施例中，搅拌的速度为800～2000rpm，搅拌的时间为30～60min。
第四方面，本发明提供所述低介电低红外发射率涂料作为隐身材料的应用；
尤其是对于既有有雷达透波要求又有红外隐身要求的装备，在其外表面作多功能隐身涂层的应用。
第五方面，本发明提供一种低介电低红外发射率涂层，其包括以下重量份的组分：三元乙丙橡胶100份，低介电改性铝粉10～60份，颜填料0～2份，助剂0～2份；
或，包括以下重量份的组分：三元乙丙橡胶100份，低介电改性铝粉10～60份，抗静电碳纤维1～6份，颜填料0～2份，助剂0～2份；
所述低介电改性铝粉为低介电绝缘材料包覆处理的复合铝粉。
该涂料应用时可采用喷涂、刷涂或刮涂的方法进行现场施工，工艺简便、生产效率高。
第六方面，本发明提供一种可隐身装备，其表面覆盖所述低介电低红外发射率涂层。
实施例1
低介电低红外发射率涂料的制备方法，包括如下步骤：
先将10g三元乙丙橡胶在50℃的条件下溶于200ml二甲苯溶剂中，将3g石蜡包覆复合铝粉加入到上述三元乙丙的溶液中，用砂磨分散多用机在1500rpm速度下搅拌40min；添加0.05g空心玻璃微珠和0.01g流平剂，在1000rpm速度下搅20min，至所有组分分散均匀。
制备的低介电低红外发射率涂料如图1所示，将该涂料喷涂于基板上，喷涂压力0.6MPa，喷涂环境温度20℃，制备得到的涂层的扫描电子显微镜扫描图片如图2所示。从图2中可以看到复合铝粉呈片状，均匀分布在三元乙丙基体中。
由实施例1制备的涂层介电常数为6左右，介电损耗为0.05左右，红外发射率为0.5左右。
实施例2
低介电低红外发射率涂料的制备方法，包括如下步骤：
先将1g三元乙丙橡胶在40℃的条件下溶于18ml四氢呋喃溶剂中，将0.2g石蜡包覆复合铝粉和0.01g防老化剂加入到三元乙丙溶液中，用砂磨分散多用机在2000rpm速度下搅拌60min至所有组分分散均匀。
采用实施例1的方法制备出涂层，制备出的涂层介电常数为5左右，介电损耗为0.04左右，红外发射率为0.6左右。
实施例3
低介电低红外发射率涂料的制备方法，包括如下步骤：
先将1g三元乙丙橡胶在40℃的条件下溶于18ml二甲苯溶剂中，将0.4g石蜡包覆复合铝粉加入到三元乙丙溶液中，用砂磨分散多用机在1500rpm速度下搅拌50min至所有组分分散均匀。
对比例1
与实施例1的区别在于：将石蜡包覆复合铝粉替换为普通漂浮型铝粉或普通铝粉(片状或其他形状)，其他均与实施例1相同。
采用实施例1的方法制备涂层，获得的涂层介电常数大于30，不具备低介电特征。
对比例2
与实施例1的区别在于：将三元乙丙橡胶替换为聚氨酯，其他均与实施例1相同。
采用实施例1的方法制备涂层，获得的涂层介电损耗大于0.1，不具备低介电特征。表明并非所有橡胶或树脂都可以作为本发明的涂料成膜物(或称粘结剂)。
对比例3
与实施例1的区别在于：将二甲苯溶剂替换为四氯化碳，其他均与实施例1相同。
采用实施例1的方法制备涂层，获得的涂层红外发射率大于0.8，不具备低红外发射率特征。四氯化碳是非极性溶剂，该结果表明：并非所有能溶解三元乙丙橡胶的非极性溶剂或低极性溶剂都可以作为本发明中的溶剂。
实施例4
兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料的制备方法，包括如下步骤：
先将10g三元乙丙橡胶在50℃的条件下溶于200ml二甲苯溶剂中，将3g石蜡包覆复合铝粉加入到上述三元乙丙的溶液中，用砂磨分散多用机在1000rpm速度下搅拌50min；依次添加0.05g空心玻璃微珠、0.01g流平剂和0.3g抗静电碳纤维，在2000rpm速度下搅30min，至所有组分分散均匀。
制备的涂料如图3所示，将该涂料喷涂于环氧树脂基板，喷涂压力0.7MPa，喷涂环境温度30℃，制备得到的涂层的扫描电子显微镜扫描图片如图4所示。从图4中可以看出，复合铝粉分散均匀，抗静电碳纤维无序分布在基体中，且具有很大的长径比，二者构成导电网络，发挥抗静电作用。
实施例4制备的涂层介电常数为7左右，介电损耗为0.04左右，红外发射率为0.6左右，表面电阻率为20MΩ/平方左右。
实施例5
先将1g三元乙丙橡胶在40℃的条件下溶于18ml四氢呋喃溶剂中，将0.4g石蜡包覆复合铝粉、0.01g防老化剂、0.05g抗静电碳纤维加入到上述三元乙丙的溶液中，用砂磨分散多用机在1200rpm速度下搅拌60min至所有组分分散均匀。
实施例5制备的涂层介电常数为10左右，介电损耗为0.05左右，红外发射率为0.4左右，表面电阻率为1MΩ/平方左右。
对比例4
与实施例4的区别在于：仅省略抗静电碳纤维，其他均与实施例4相同。制备的涂层表面电阻率大于500MΩ/平方。
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 (11)

1.一种低介电低红外发射率涂料，其特征在于：由以下重量份的组分组成：
三元乙丙橡胶 100份，溶剂 1500~2000份，低介电改性铝粉 10~60份，颜填料 0~2份，助剂 0~2份；
所述低介电改性铝粉为低介电绝缘材料包覆处理的复合铝粉；
低介电绝缘材料为石蜡；
所述溶剂选自二甲苯、甲苯、环己烷或四氢呋喃。
2.一种兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料，其特征在于：由以下重量份的组分组成：三元乙丙橡胶 100份，溶剂 1500~2000份，低介电改性铝粉 10~60份，抗静电碳纤维 1~6份，颜填料 0~2份，助剂 0~2份；
所述低介电改性铝粉为低介电绝缘材料石蜡包覆处理的复合铝粉。
3.根据权利要求1所述的低介电低红外发射率涂料，或，权利要求2所述的兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶的重均分子量为20~30万。
4.根据权利要求1所述的低介电低红外发射率涂料，其特征在于：所述溶剂为二甲苯；
所述颜填料为空心玻璃微珠、钛白粉中的一种或两种的混合物；
所述助剂选自流平剂、防老化剂或硅烷偶联剂中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求2所述的兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料，其特征在于：所述抗静电碳纤维为表面改性的聚丙烯腈基碳化纤维，表面XPS分析氧的原子百分比含量为10~20%；
所述溶剂为二甲苯；
所述颜填料为空心玻璃微珠、钛白粉中的一种或两种的混合物；
所述助剂选自流平剂、防老化剂或硅烷偶联剂中的一种或多种的混合物。
6.权利要求1所述的低介电低红外发射率涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将三元乙丙橡胶溶于溶剂中后，再将低介电改性铝粉、颜填料和助剂按比例加入三元乙丙橡胶溶液中，搅拌分散均匀，即得。
7.权利要求2所述的兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将三元乙丙橡胶溶于溶剂中后，再将低介电改性铝粉、颜填料、抗静电碳纤维和助剂按比例加入三元乙丙橡胶溶液中，搅拌分散均匀，即得。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：将三元乙丙橡胶加入到溶剂中，在40~50℃下加热搅拌；
搅拌的速度为800~2000rpm，搅拌的时间为30~60min。
9.权利要求1、3或4任一所述低介电低红外发射率涂料或权利要求2、3或5任一所述兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料作为隐身材料中的应用；
其应用于具有红外隐身、雷达透波兼容性能要求装备中。
10.一种基于权利要求1所述的低介电低红外发射率涂料，或，权利要求2所述的兼容低介电、抗静电的低红外发射率涂料制备而成的涂层。
11.一种可隐身装备，其特征在于：其表面覆盖权利要求10所述低介电低红外发射率涂层。
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CN105623490A (zh) * 2016-03-23 2016-06-01 山东大学 一种透波抗静电涂料及其制备方法与应用
CN108176851A (zh) * 2018-01-02 2018-06-19 中国工程物理研究院化工材料研究所 一种金属铝粉包覆防护方法

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