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防近红外侦察伪装涂料技术研究

归档日期:07-09       文本归类:红外侦察      文章编辑:爱尚语录

  (空军后勤学院四系,江苏 徐州 221000) 摘要 论述了防近红外侦察伪装涂料的技术原理,研究了一些适用于防近红外侦察伪装涂料颜料的红 外性能 ,并探讨了一些国内外研制的防近红外侦察伪装涂料的配方 防近红外侦察中图分类号 TN219文献标识码 100128891(2003) 01288205 引言 近红外侦察是指利用波长为 外辐射的各种特性进行侦察的方法。在现代战争中 随着红外侦察器材的发展与完善,红外侦察对于伪装 目标的威胁越来越大 。目前 ,大多数发达国家的军队 均不同程度地装备了各种红外侦察器材 ,像增强器 、红外夜视仪、夜视镜等多种装置均已投入军事应 。随着红外侦察威胁的提高,各种防红外侦察的手 段日趋重要 、日等国家均开始了防红外侦察方法研究 ,其中尤以防红外侦察伪装涂料的研究最为重 。本文简要介绍了防近红外侦察伪装原理,研究了 适用于防近红外侦察伪装涂料的颜填料的性质 讨了一些国家已经研制成功的防近红外侦察伪装涂料的配方 防近红外侦察伪装原理红外光 ,特别是近红外光波 ,许多特点与可见光相 ,但是它比可见光穿透能力强,可以在夜间和薄雾下 观察和照相 ,发现目标 ,这样就增加了伪装的困难 外线分为近红外、中红外 、远红外和极远红外四种 ,6~15μm,15~1000 μm。防红外侦察主要是指防近红外侦察 在通常情况下,防红外侦察的伪装是叶绿素伪装 天然叶绿素有近似或相同的反射程度。红外线是没有 颜色的色彩差异 ,它发现目标的依据是其与背景的亮 度差别 。在近红外波段 ,天然植物的光谱反射系数很 ,即亮度很大,而一般绿色颜料的光谱反射系数很 ,如果用单一绿色颜料代替植物绿色,目标很容易被 发现 。因此 近红外涂料伪装,主要任务是设法减少 或消除目标与背景间的亮度差别 防红外伪装涂料要有极低的红外线吸收率、高温 稳定性和导热性 。它还要求表面组织结构与背景协 ,尽量避免镜面反射,一般为无光或平光涂料 ,漆膜 光泽最好在 10 %以下 随着科学技术的发展,红外探测水平也不断提高 目前常用的红外探测方法有:红外夜视仪 ,人眼观察的 红色滤光镜 ,红外摄影 。这几种红外探测方法相对敏 感的光谱区为 64~0.85μm ;红外摄影 78~0.95μm ;红外夜 82~1.25μm。防红外伪装涂料必须在上述各 个光谱区间内具有与绿色植物近似或相同的反射程度 和极低的红外线吸收率 在某一地区使用的防红外线伪装涂料,必须具有 该地区的各种不同植物的平均光谱反射曲线 ,即该地 区的标准叶绿素曲线 。一般说来标准叶绿素曲线具有 但是,由于颜料自身性能限制 ,调制出与背景完全 接近的伪装颜色是困难的 ,一般有一个规定限度内的 伪装色的允许偏差 。在美国空军飞机用丙烯酸 硝化纤维素伪装涂料的军用规格中 ,草绿色伪装涂料光谱 反射曲线要求落在图 两条曲线所围的阴影内。调配 和选择的伪装涂料其红外反射区处在规定的允许偏差 范围内就可以使用 防近红外侦察伪装涂料颜料的选择颜料是影响涂层的可见光性能和近红外性能的最 主要因素 。近红外波段颜料的选择主要是依靠其在近 红外波段的散射 、反射 、吸收和透射性能。因此 ,对于多 收稿日期:2002204204 草绿色伪装涂料光谱反射曲线最大允许偏差Fig. Mostallowed windage diffusereflect ance curve grassgreen camouflage paint 种颜料在近红外波段光学性能的了解就显得至关重 列举了几种常用的颜填料在近红外波段的散的能力比其他白色颜料都强 ,在着色涂料中使用时 有极好的遮盖率(特别是金红石型 TiO2 。许多TiO2 射性能 ,具体数据如表 晶体看上去是透明的,如金红石型 TiO2 TiO2是高反射率材料 Fe2O3 黑与深褐 样品在 波谱范围内的透过率超过75 Fe2O3 都是全吸收材料 硅不定形,重晶石 、滑石 粉等都是透明材料 Cr2O3 Fe2O3 、Fe2O3 Fe2O3 则属于半反射半吸收材料 在涂料工业中,最重要的白色颜料就是 TiO2 。TiO2 的折光率高(金红石型 TiO2 的折光率 80),光散射 所示为TiO2 粒径与其反射性能的关系 TiO2粒子直径为 颜料的反射能力最大,遮盖力最强 。TiO2 粒子直径大 于或小于 时反射性能都会下降。一般而言 左右的TiO2 ,其反射区间在 400~1700 nm ,这种类型的 TiO2 常用于可见光波段反射性能要求 不同植物的光谱反射特性曲线和“平均”曲线Fig. Spectral reflect ance differentplant TiO2的粒径增加到 10 它的最佳反射区间为800~2300 nm ,但是在可见光波 400~800nm 区间内 ,它的反射性能很差 。因此 氧化铬是绿色的,并且拥有与叶绿素相似的光谱 反射性能 ,是早期防近红外侦察伪装涂料的理想颜料 氧化铬绿的化学成分是Cr2 O3 ,其外观颜色由浅绿到深 种粒径的TiO2 通常用于需要在近红外波段具有较高 12%~14 反射能力的涂层中,它对涂层在可见光波段的反射性 能没有明显的影响 各种颜料涂层在白背景和黑背景上的近红外反射常数Table Diffusereflect ance values percent paintfilms applied over white backgrounds颜料 Rw Rb CRIR 重晶石 99 Cr2O3 45 44 11 白碳黑 73 12Fe2 O3 3333 100 Fe2 O3 5656 100 Fe2 O3 100Fe2 O3 ,浅褐色 16 16 100 Fe2 O3 ,深褐色 100滑石粉 96 硅不定形,25μm 95 硅不定形,22μm 96 硅不定形,16μm 99 10093 93 TiO2 ,10μm 91 40 44 白背景 99 黑背景 钛白粉颜料粒径与遮盖力的关系Fig. Relation diameter coveringpropert 单一成分的绿色颜料。不同与黄蓝复配的绿色颜料 氧化铬绿的色光在绿色颜料中不算鲜艳,遮盖力和着 色力一般不如其他绿色颜料 。氧化铬绿的反射曲线虽 与绿色植物相类似 ,但是在近红外区 670~750 nm 射率不能急剧升高,单独使用不能满足伪装要求 此人们通常在颜料体系中添加钛白粉、尖晶石等填料 ZnO添加到 Cr2CO2TiO2 体系中以使颜料在 670~ 750 nm 区间的反射率陡度上升 ,并且使绿峰转向更高 的波长处 ,以补偿伪装涂料在黑色金属和黑色木材表 面上的反射率的降低 氧化铁系颜料(氧化铁黑除外) 同氧化铬类似 是在近红外波段中等强度的吸收体。它们通常是很有 价值的半透明颜料 ,但只有在近红外涂层中添加足够 的量才会获得所要求的视觉透明 。然而大量使用这些 颜料也会导致热红外波段过度的吸收 还有一些颜料在可见光波段吸收,但在近红外波 段透明 ,当我们需要近红外反射性能时就可以把它们 当作良好的复合颜料 。也就是说 ,这些颜料可以用来 调节涂层的可见光性能而不会影响涂料的近红外性 常用的一些体质颜料如重晶石、不定形硅土和硅 、云母粉、滑石粉等都是透明的 ,它们在整个可见 光和近红外波段都没有反射性能 。这些颜料常用于需 要近红外波段透明的场合 ,而且它们也不会干涉其它 颜料的光学性能 。添加很少量的炭黑就会显著地提高涂料在近红外波段的发射性能 ,而不会影响其涂料在可见光波段的 颜色 。然而 ,当涂料在近红外和热红外波段需要较低 的反射性能时 ,为获得这种较低的反射性能所使用的 炭黑的量就会足以影响涂料在可见光波段的光学性 近红外绿色伪装涂料配方示例研究防近红外伪装涂料 ,要具有极低的红外吸收率 温稳定性和导热性。近红外涂料模拟天然叶绿素 是伪装的一方面,涂料还应在红外波段具有高度的反 ,使这种伪装涂料不论在红外或全色照片中均难以区别 ,适用于叶绿素伪装 。红外伪装涂料配制的关键 是颜料的选择与配合 。按红外反射曲线 NiO 有天然叶绿素特性。此外 ,锌酸钴绿也是很好的防红 外伪装涂料 ,采用此种颜料的涂料与叶绿素具有相当 ZnO 、CoO 、Cr 、TiO及其复合物所组成的绿色颜 的反射曲线 ,在波长 ZnO加到 Cr2Co2 TiO2 体系中制得的青绿色颜料 ,与叶绿素具有几乎相 同的可见光与红外光的反射率 。具体的颜料配方重量 百分比如表 Cr2O3 、CoO 、Sb2 O3 煅烧 。还有研究人员提出以芘四酸二酰亚胺类黑色化合物与其它颜料混合 ,这类颜料混合物在 450~1100 nm 范围内具有良好的散射反射性 ,其颜料配方示例如表 颜料配方示例(重量比 Composition somecoat ing pigment 组分配方21 配方22 配方23 配方24 配方25 15 15 55 55 35 色彩 颜料配方示例(重量比 Composition somecoat ing pigment (22氨基乙 二氧化钛铬黄 500LSU 氧化铬绿 SU 化铁黄214501 氧化铁红 N135 氧化铁黑 N74 美军曾研制成功一种耐机油、耐燃料 、用于飞机上 的可剥性伪装涂料 —B44 ,该涂料以聚丙烯酸酯为基 Cr2O3 、TiO2 、滑石粉等为颜料和填料而制得 据报道国内曾生产以过氯乙烯树脂、醇酸树脂为 ,以氧化铬、中铬黄 、氧化铁红 、二氧化钛 、炭黑及 碳酸钡等为颜料 ,经专门加工处理而成的防近红外伪 装涂料 ,该品种系列具有良好的机械性能和耐化学药 品性能 、施工容易 ,干性好 ,在室温下 就可以达到实干程度 。在一允许的波动范围内 ,其近红外光谱的 反射率与叶绿素相当 在实际的研究过程中我们应该注意,由于原料来 源的变化 ,往往会引起涂料光谱反射率的变化 见光区域内,一定的色泽有其固定的反射曲线 ,只要色 泽达到要求 ,那么在可见光区域内的光谱反射曲线也 一定符合要求 。可见光区域反射曲线相同 ,并不等于 TiO2 Cr2 O3 CoO 41 35 16 36 60265 20225 45 15 45 配方21 配方22 配方23 5312. 20 13. 67 6118. 30 18. 35 18. 43 40. 65 44. 04 46. 08 22. 35 17. 97 19. 82 15亮绿 38深绿 红外区域反射曲线相同 ,必须通过红外反射率测定仪 测定 ,如果测得的反射率高于规定的幅度范围 ,则可用 炭黑浆调配 ,直到符合要求为止 ,反之则减少炭黑浆的 用量或改变配方 此外,作为防近红外伪装涂料的粘结剂 用的树脂有过氯乙烯树脂、硝化纤维素树脂 、苯乙烯改性及氨基改性树脂等,现在正在研究采用 符合色度 、伪装 、耐化学性和机械性能要求的聚氨酯树 脂系统 。可以预计 ,选用聚氨酯等新型树脂为成膜物 科学地组合与筛选乃至研制新型颜料是近期防近红外侦察伪装涂料的发展方向 B44美国可剥性伪装涂料配方 (重量 Composition Americancamouflage coating (Weight (灰色)(绿色) 聚丙烯酸酯50 50 59. 40二氧化钛 1014 14.25 硅胶 滑石粉16. 67 16. 67 15 18 炭黑 Sb2S3 ,STAR,14 1803,N76223584 ,1976. 152431 (1969) Brady,Lindsay Wake,Principles organiccoatings tailoredinfrared properties. Progress OrganicCoatings ,1992.20 武利民,李丹 北京:化学工业出版社 ,2000. ,郭新章.防近红外侦视的伪装涂料研究现状与展望[J 红外技术,1995. 17 武汉:华中理工大学出版社 ,1994. infraredits principles WalterClarr John Wily Esons Inc. New York (1964) 上海市染料涂料研究所,涂料工业[J ,1978.58 ,712防近红外侦察涂料和 317 耐海水腐蚀底漆扩大实验总结 ,1979. 作者简介 ,汉族,江苏无锡人 ,工学博士 ,教授 ,博导 ,现主要从事航空油料应用与机场油库伪装的教学 与科研工作 TechnologyStudy organiccoatings near2infraredcamouflage FEI Yi 2wei ,HUANG Zhi2jie IUFang ,LI Huang2qiang ,HE Wei AirForce logistics college AviationOil Plants Xuzhou,221000 China)Abstract paperdiscussed organiccoatings near2infraredcamouflage ,studied pigmentsused introducedsome directions near2infraedcoatings. Key words camouflagecoatings defendingnear2infrared survaillence

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