CN115139621B - 一种可见光、红外、雷达综合隐身充气移动式机库及其制备方法 - Google Patents

一种可见光、红外、雷达综合隐身充气移动式机库及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可见光、红外、雷达综合隐身充气移动式机库及其制备方法。所述充气移动式机库包括外膜、内膜，所述外膜和内膜之间形成中空的气囊，其中外膜由可见光、红外隐身层以及设置于可见光、红外隐身层上表面的迷彩涂层组成，内膜由雷达隐身层以及设置于雷达隐身层下表面的反射层组成。所述综合隐身充气移动式机库解决了传统充气式机库不具备可见光、红外、雷达等综合隐身功能的问题，结构设计科学，装拆便携，机动快捷，轻质高强，安全隐蔽，保温隔热等，可广泛应用于军工部队工程技术设备伪装领域。

Description

一种可见光、红外、雷达综合隐身充气移动式机库及其制备 方法
技术领域
本发明公开了一种充气式综合隐身伪装机库，涉及设备伪装领域，具体涉及一种可见光、红外、雷达综合隐身充气移动式机库及其制备方法。
背景技术
科技的快速发展，武器装备种类呈现多样化，在野外作战或者训练时，各种设备经常需要定期检修或者维护。在现代战争中，敌方的侦察己不仅仅是某种单一的侦察形式，而是多种侦察手段的综合运用。大多数国家和地区进行军事行动中都会对设备和重要工程进行伪装，为满足国防安全的需要，世界各国都装备了大量的作战飞机，而这些设备在检修或者维护时需要安全的室内环境。在对各类大型飞机进行检修维护时，由于其庞大的体形需要较大的场地，室内空间需求很大，同时还要考虑到作战用设备需要同时具有较好的伪装性能、快速安装拆卸性能。因此便捷的移动式机库应运而生，现行充气式机库主要是PVC材料，抗拉强度低，自洁性及耐候性差等难以满足大跨度大面积无支撑强度要求，为了避免被敌人发现，还必须考虑可见光、红外、雷达等综合隐身，确保机库安全。目前市场上由于受到技术的限制无类似的产品出售，无可见光、红外、雷达等综合隐身的充气移动式机库。
发明内容
针对现有充气式机库综合隐身技术的不足，本发明的目的在于提供一种可见光、红外、雷达综合隐身的充气移动式机库及其制备方法。
本发明所提供的综合隐身充气移动式机库包含透波层、可见光、红外隐身层、雷达吸波层、反射层；所述综合隐身充气移动式机库各层中，基体均为超高分子量聚乙烯纤维增强的热塑性聚氨酯(TPU)，透波层，其中可见光、红外隐身层增强体选自迷彩伪装及低发射率材料，雷达吸波材料层中的增强体选自改性纤维毡，反射材料层中的增强体选自碳纤维预制体或金属箔。所述综合隐身充气移动式机库采用气囊式结构，气压充足，安全可靠；拱形设计，机库整体稳定，可抵抗狂风暴雨、积雪、高低温等恶劣天气；结构设计科学，装拆便携，机动快捷，轻质高强，安全隐蔽，保温隔热等；可见光、红外隐身层、雷达吸波层解决了传统充气式机库不具备可见光、红外、雷达等综合隐身功能的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，
本发明一种可见光、红外、雷达综合隐身的充气移动式机库，所述充气移动式机库包括外膜、内膜，所述外膜和内膜之间形成中空的气囊，其中外膜由可见光、红外隐身层以及设置于可见光、红外隐身层上表面的迷彩涂层组成，内膜由雷达隐身层以及设置于雷达隐身层下表面的反射层组成。
优选的方案，所述可见光、红外隐身层由热塑性聚氨酯(TPU)树脂、超高分子量聚乙烯纤维、填料、颜料组成，所述填料选自片状铝粉、铜粉中的至少一种；所述热塑性聚氨酯(TPU)树脂在可见光、红外隐身层的质量分数为92～96％，超高分子量聚乙烯纤维在可见光、红外隐身层的质量分数为2～5％，填料在可见光、红外隐身层的质量分数为0.5～1％，颜料在可见光、红外隐身层的质量分数为0.05～0.08％。
超高分子量聚乙烯纤维又称高强高模聚乙烯纤维，是指由分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。
在本发明中，可见光、红外隐身层以热塑性聚氨酯(TPU)树脂为基体，超高分子量聚乙烯纤维为增强体，还掺入了低发射的填料，使得所得外膜即具有优异的低发射率，保证很好的起到红外隐身效果。
在本发明中，加入颜料的目的是制备迷彩图案，达到可见光隐身，相比涂料更耐用，而具体的颜料的颜色根据应用场景进行调配，与应用背景融合，即便如此，颜料的加入量也需要有效控制，颜料加入过多会或过少影响整体显色，达不到目标效果，影响可见光隐身。
填料的加入量也需要有效控制，填料加入过多会造成雷达波反射，有效吸收带宽降低，影响雷达隐身效果，过少达不到降低发射率的要求，会造成红外隐身效果不好。另外，填料的选择也很重要，发明人探索过程中，并不是低反射率的物质的掺入都能够获得理想的反射率，发明人通过大量的实验发明，掺入铝粉、铜粉的性能最优。
进一步的优选，所述填料为片状铝粉。发明人发现，片状材料由于具有磁晶各向异性和形状各向异性，使得材料能够突破自身的Snoek极限，获得更大的磁导率，尤其是在高频段更加明显，片状铝粉的加入，可以使外膜具有最优异的低反射率。
优选的方案，所述可见光、红外隐身层的厚度为0.1～0.25mm。在本发明中，可见光、红外隐身层的厚度需要有效控制，厚度过厚造成雷达波反射，电磁波不能有效进入涂层内部被消耗；过薄造成填料偏少，达不到降低发射率的要求，会造成红外隐身效果不好。
优选的方案，所述雷达隐身层由透波层与吸波材料层交替层叠而得，且雷达隐身层的顶层与底层均为透波层。
进一步的优选，任意一层透波层由超高分子量聚乙烯纤维与热塑性聚氨酯(TPU)树脂固化而得，任意一层透波层的厚度为0.05mm～0.5mm，总厚度为0.8mm～1.2mm。
进一步的优选，任意一层吸波材料层由1～3层改性纤维毡与TPU树脂固化而得，任意一层吸波材料层的厚度为0.05mm～0.1mm，总厚度为0.1～0.4mm。
进一步的优选，所述吸波材料层的方阻值400～800Ω/□。
进一步的优选，所述改性纤维毡的制备过程为，将增稠剂、表面活性剂、偶联剂混合获得混合物，调节浆料pH为2～5，然后加入水，获得浆料，再于浆料中加入短切碳纤维、玻璃纤维混合获得预用浆料，将预用浆料分散，然后通过喷枪将预用浆料喷射至网板上，喷淋或浸泡获得脱水后的纤维毡，再加上粘合剂即得改性纤维毡。
所述增稠剂选自羟乙基纤维素，在预用浆料中的质量分数为0.3％～0.5％；
所述表面活性剂选自PEG-600，在预用浆料中的质量分数为0.8％～1.3％；
所述偶联剂选自KH-560环氧基硅烷偶联剂，在预用浆料中的质量分数为0.1％～0.4％；
所述短切碳纤维纤维与玻璃纤维的长度均为1～8mm；
短切碳纤维纤维与玻璃纤维两者的比例为0.4～8：100，优选为0.8～6:100。
所述短切碳纤维纤维和玻璃纤维在预用浆料中的质量分数为0.4～2％，优选为0.8～1.5％。
通过上述方法制备的改性纤维毡可以控制碳纤维变量定制不同介电常数的改性纤维毡，为产品电性能设计提供更宽范围的选择。
优选的方案，所述反射层选自碳纤维增强热塑性聚氨酯(TPU)树脂基复合材料或金属箔，所述反射层的厚度为0.05mm～0.2mm。
在本发明中，将反射层的厚度控制在上述范围，即能保证重要适中，使得综合隐身充气移动式机库轻质高强，又能形成完整的导电网络，而若厚度过厚会导致增加重量，过薄会造成不能形成完整导电网络，造成电磁波透过，不能达到最好的雷达吸波效果。
进一步的优选，所述金属箔中的金属选自铝箔。发明人发现，铝箔导电性好，价格便宜。
优选的方案，所述充气移动式机库为拱形结构。
本发明一种可见光、红外、雷达等综合隐身的充气移动式机库的制备方法，包括如下步骤：
步骤一外膜的制备
按设计比例配取超高分子量聚乙烯纤维、填料、片状铝粉、热塑性聚氨酯置于模具中，第一次固化获得可见光、红外隐身层，然后于可见光、红外隐身层外涂刷迷彩涂料获得迷彩涂层进一步增强可见光、红外隐身效果，即得外膜；
步骤二内膜的制备
将碳纤维布预制体铺设于模具中，然后再于碳纤维布预制体的表面交替铺设超高分子量聚乙烯纤维、1～3层改性纤维毡，然后加入热塑性聚氨酯树脂，第二次固化，即得内膜，
或
在模具中交替铺设超高分子量聚乙烯纤维、1～3层改性纤维毡，然后加入热塑性聚氨酯树脂，第二次固化，获得雷达隐身层，然后再于雷达隐身层的底面贴附金属箔，即得内膜，
步骤三组合
将外膜与内膜通过可拆卸骨架组合，链接处密封处理，即得充气移动式机库。
优选的方案，所述第一次固化的温度为150～220℃、时间为20～60min。
优选的方案，所述第二次固化的温度为150～220℃、时间为20～60min。
本发明中，超高分子量聚乙烯纤维购买于湖南中泰特种装备有限责任公司，型号为ZTX99-200，外观为白色长丝，强度≥43g/d，模量≥1600g/d，断裂伸长≤3.5％；热塑性聚氨酯(TPU)购买于东莞市九瑞塑胶原料有限公司，型号为Estane ALR E87A-V，外观为透明粒子，密度1.08g/cm3，邵氏硬度87A，其具有良好拉伸性以及抗冲击性能。发明人尝试了大量的树脂，发现采用该型号的TPU树脂，最终所得综合隐身充气移动式机库性能最优。
原理与优势
本发明的外膜采用超高分子量聚乙烯纤维增强热塑性聚氨酯树脂复合材料，另外还掺入了发射率低的填料，另外还加入了颜料，且表面含有迷彩涂层，进一步增强可见光、红外隐身效果。外膜除具有强度高、柔韧性好、透波、可见光、红外隐身性能，还具有自洁、阻燃、耐各种强酸强碱腐蚀，耐老化、使用寿命长等特性。
本发明的内膜，由雷达隐身层，以及设置于雷达隐身层下表面的反射层和热塑性聚氨酯(TPU)组成，其中雷达隐身层由透波层与吸波材料层交替层叠而得。内膜除具有雷达吸波好性能，还具有强度高、柔韧性好、阻燃等特性。
通过本发明，外膜与内膜的有机组合，使得充气移动式机库具备对多个主频段吸波好、对可见光、红外隐身性能好，且柔性好，非常适用于野外应用环境，具有制备工艺简单、成本低的特点，极具应用前景。
在本发明的优选方案中，综合隐身的充气移动式机库光学伪装与背景“同谱同色”，红外伪装发射率0.50～0.70，迷伪装后目标与背景的辐射温差在±4℃以内，雷达伪装1～8GHz，RCS衰减值>10dB；8～18GHz，RCS衰减值>15dB；26.5～40GHz，RCS衰减值>18dB，具有优异的综合隐身性能。
附图说明
图1充气移动式机库的外膜结构示意图。
图2充气移动式机库的内膜结构示意图。
图3充气移动式机库的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明的保护范围。
在以下实施例中：超高分子量聚乙烯纤维购买于湖南中泰特种装备有限责任公司，型号为ZTX99-200，外观为白色长丝，强度≥43g/d，模量≥1600g/d，断裂伸长≤3.5％；热塑性聚氨酯(TPU)购买于东莞市九瑞塑胶原料有限公司，型号为Estane ALR E87A-V，外观为透明粒子，密度1.08g/cm3，邵氏硬度87A，其具有良好拉伸性以及抗冲击性能。
所述改性纤维毡的制备过程为：将增稠剂羟乙基纤维素0.4％、表面活性剂PEG-600 1.2％、KH-560环氧基硅烷偶联剂0.2％混合获得混合物，调节浆料pH为3，然后加入水，获得浆料，再于浆料中加入长度为5mm的短切碳纤维纤维以及玻璃纤维，其中短切碳纤维纤维与玻璃纤维的质量比为0.4:100，混合获得预用浆料，预用浆料中，羟乙基纤维素的质量分数为0.4％，PEG-600的质量分数为1.2％，环氧基硅烷偶联剂的质量分数为0.2％，短切碳纤维纤维和玻璃纤维的质量分数为0.6％，将预用浆料分散，然后通过喷枪将预用浆料喷射至网板上，喷淋或浸泡获得脱水后的纤维毡，再喷洒3％的PVA粘合剂即得改性纤维毡。
实施例1：
一种上述本实施例的综合隐身充气移动式机库的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将超高分子量聚乙烯纤维3％、片状铝粉0.7％、颜料0.05％按设计方案加入热塑性聚氨酯(TPU)后，模具内180℃、30min固化得可见光、红外伪装层。
步骤2：在最外表面涂装迷彩图案，得外层结构气模，外模厚度为0.8mm。
步骤3：将碳纤维布预制体铺设于模具中，然后再于碳纤维布预制体的表面交替铺设超高分子量聚乙烯纤维、3层改性纤维毡，其中任意一层超高分子量聚乙烯纤维的厚度为0.25mm，3层改性纤维毡的厚度为0.4mm，其中确保与碳纤维布预制体接触的为超高分子量聚乙烯纤维，最外层也为超高分子量聚乙烯纤维，最终共铺设超高分子量聚乙烯纤维4层，然后加入热塑性聚氨酯(TPU)后，于模具内在180℃、30min固化得雷达伪装层、反射层，即内层结构气模。
步骤4：将外层结构气模与内层结构气模通过可拆卸骨架组合，链接处密封处理，即得综合隐身充气移动式机库。
本实施方案制备的综合隐身充气移动式机库光学伪装迷彩图案与周围环境融合，红外伪装发射率0.59，迷伪装后目标与背景的辐射温差在2.5℃以内，雷达伪装1～8GHz，RCS衰减值11.31dB；8～18GHz，RCS衰减值15.84dB；26.5～40GHz，RCS衰减值18.76dB，具有优异的综合隐身性能。
实施例2：
一种上述本实施例的综合隐身充气移动式机库的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将超高分子量聚乙烯纤维4％、片状铝粉1％、颜料0.07％按设计方案加入热塑性聚氨酯(TPU)后，模具内180℃、30min固化得可见光、红外伪装层。
步骤2：在最外表面涂装迷彩图案，得外层结构气模，外模厚度为0.8mm。
步骤3：交替铺设超高分子量聚乙烯纤维、2层改性纤维毡，其中任意一层超高分子量聚乙烯纤维的厚度为0.25mm，2层改性纤维毡的厚度为0.3mm，其中确保底部为超高分子量聚乙烯纤维，最外层也为超高分子量聚乙烯纤维，最终共铺设超高分子量聚乙烯纤维3层，然后加入热塑性聚氨酯(TPU)后，于模具内在180℃、30min固化得雷达伪装层，在固化后的伪装层底面贴附一层铝箔作为反射层，即得内层结构气模。
步骤4：将外层结构气模与内层结构气模通过可拆卸骨架组合，链接处密封处理，即得综合隐身充气移动式机库。
本实施方案制备的综合隐身充气移动式机库光学伪装迷彩图案与周围环境融合，红外伪装发射率0.54，迷伪装后目标与背景的辐射温差在2.0℃以内，雷达伪装1～8GHz，RCS衰减值10.31dB；8～18GHz，RCS衰减值16.70dB；26.5～40GHz，RCS衰减值18.24dB，具有优异的综合隐身性能。
对比例1
其他条件均与实施例1相同，仅是填料使用不同，对比例1所述填料为炭黑，成型后红外伪装发射率0.98，相对实施例1偏高。
对比例2
其他条件均与实施例1相同，仅是将改性纤维毡换为市售普通纤维毡，固化成型后，本对比方案制备的综合隐身充气移动式机库雷达伪装1～8GHz，RCS衰减值7.31dB；8～18GHz，RCS衰减值12.70dB；26.5～40GHz，RCS衰减值9.59dB，性能较实施例3差别较大。
最后需要说明，上述案例描述仅为本发明的较佳实施案例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明原理及权利要求的前提下，可以做出多种类似的变换，这些变换均落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种可见光、红外、雷达综合隐身的充气移动式机库，其特征在于：所述充气移动式机库包括外膜、内膜，所述外膜和内膜之间形成中空的气囊，其中外膜由可见光、红外隐身层以及设置于可见光、红外隐身层上表面的迷彩涂层组成，内膜由雷达隐身层以及设置于雷达隐身层下表面的反射层组成；
所述可见光、红外隐身层由热塑性聚氨酯树脂、超高分子量聚乙烯纤维、填料、颜料组成，所述填料选自片状铝粉、铜粉中的至少一种；所述热塑性聚氨酯树脂在可见光、红外隐身层的质量分数为92~96%，超高分子量聚乙烯纤维在可见光、红外隐身层的质量分数为2~5%，填料在可见光、红外隐身层的质量分数为0.5~1%，颜料在可见光、红外隐身层的质量分数为0.05~0.08%；
所述可见光、红外隐身层的厚度为0.1~0.25 mm；
所述雷达隐身层由透波层与吸波材料层交替层叠而得，且雷达隐身层的顶层与底层均为透波层；
任意一层透波层由超高分子量聚乙烯纤维与热塑性聚氨酯树脂固化而得，任意一层透波层的厚度为0.05mm～0.5mm，总厚度为0.8mm～1.2mm；
任意一层吸波材料层由1～3层改性纤维毡与TPU树脂固化而得，任意一层吸波材料层的厚度为0.05mm～0.1mm，总厚度为0.1～0.4mm；
所述吸波材料层的方阻值400～800Ω/□；
所述反射层选自碳纤维增强热塑性聚氨酯树脂基复合材料或金属箔，所述反射层的厚度为0.05mm～0.2mm。
2.根据权利要求1所述的一种可见光、红外、雷达综合隐身的充气移动式机库，其特征在于：所述改性纤维毡的制备过程为，将增稠剂、表面活性剂、偶联剂混合获得混合物，调节浆料pH为2～5，然后加入水，获得浆料，再于浆料中加入短切碳纤维、玻璃纤维混合获得预用浆料，将预用浆料分散，然后通过喷枪将预用浆料喷射至网板上，喷淋或浸泡获得脱水后的纤维毡，再加上粘合剂即得改性纤维毡；
所述增稠剂选自羟乙基纤维素，在预用浆料中的质量分数为0.3%~0.5%；
所述表面活性剂选自PEG-600，在预用浆料中的质量分数为0.8%~1.3%；
所述偶联剂选自KH-560环氧基硅烷偶联剂，在预用浆料中的质量分数为0.1%~0.4%；
所述短切碳纤维与玻璃纤维的长度均为1~8mm；
短切碳纤维与玻璃纤维两者的比例为0.4～8：100，
所述短切碳纤维和玻璃纤维在预用浆料中的质量分数为0.4～2%。
3.根据权利要求1所述的一种可见光、红外、雷达综合隐身的充气移动式机库，其特征在于：所述充气移动式机库为拱形结构。
4.权利要求1所述的一种可见光、红外、雷达综合隐身的充气移动式机库的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一外膜的制备
按设计比例配取超高分子量聚乙烯纤维、颜料、填料、热塑性聚氨酯置于模具中，第一次固化获得可见光、红外隐身层，然后于可见光、红外隐身层外涂刷迷彩涂料即得外膜；
步骤二内膜的制备
将碳纤维布预制体铺设于模具中，然后再于碳纤维布预制体的表面交替铺设超高分子量聚乙烯纤维、1～3层改性纤维毡，然后加入热塑性聚氨酯树脂，第二次固化，即得内膜，
或
在模具中交替铺设超高分子量聚乙烯纤维、1～3层改性纤维毡，然后加入热塑性聚氨酯树脂，第二次固化，获得雷达隐身层，然后再于雷达隐身层的底面贴附金属箔，即得内膜，
步骤三组合
将外膜与内膜通过可拆卸骨架组合，链接处密封处理，即得充气移动式机库。
5.根据权利要求4所述的一种可见光、红外、雷达综合隐身的充气移动式机库的制备方法，其特征在于：所述第一次固化的温度为150～220℃、时间为20～60min；
所述第二次固化的温度为150～220℃、时间为20～60min。
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