CN110054942A - 一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料及其制备方法，涂料包括由树脂、溶剂和助剂混合成的树脂体系，在树脂体系内分散有具有导电性的铝粉浆和雷达波反射吸收剂，所述雷达波反射吸收组分由高介电常数的石墨烯和磁性吸收剂复配组成。将石墨烯的介电性能与磁性吸收剂的电磁性能相结合，从介电损耗和电磁损耗两方面同时作用以提高涂料涂层的反射吸收性能，达到雷达隐身的效果。并且，用于雷达吸收的石墨烯分散于树脂体系中的铝粉浆微粒之间，利用其片层状的结构连接铝粉微粒，提高涂层的导电性，从而使其具有较低的红外发射率，该涂料可以应用与舰船高温辐射及雷达亮点部位，还可以推广到存在高温部位且有雷达隐身需求的地面装备。

Description

一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种特种功能隐身涂料，具体地说是一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料及其制备方法。
背景技术
美国是最早开展红外隐身涂料研究的国家, 其红外隐身涂料研制工作已取得较大成功, 美国国防部提出了一种根据涂料配方及其原材料参数预测其红外辐射特性的模拟计算方法, 并对红外隐身涂料的配方设计提出了一些重要结论，美国从70 年代初最早开展了热隐身涂料的研究。70年代中期，随着红外探测器性能不断完善, 美国陆军加速了热隐身涂料的研制工作。80年代初，美国研制出抗热监视的低发射率涂层，并采用导电涂层以综合热红外及雷达的隐身效果。美国提出2005年研制出可单独控制的发射率涂层，2010年研制出能自动对背景和威胁作出反应的自适应涂层体系。Kiyoshi Chiba等利用中层掺银的多层涂覆方式获得了低发射率涂层材料。国外的红外隐身涂料虽已形成了色彩化，但实用化的较少，且在复合隐身兼容性方面仍没有完全解决好。
印度Roorkee大学采用六角钡基铁氧体作吸收剂，橡胶作粘结剂，制备出单层吸波涂层，这种吸波涂层很薄且吸收频带宽，在多个频带范围内的雷达波反射衰减大于10dB。美国3M公司研制的一种多晶铁纤维吸波涂层中纤维体积比为25％，在5～16GHz雷达波反射率小于10dB，在9～12GHz反射率小于-30dB。实际应用中单层吸波涂料很难满足在涂层厚度薄情况下具有强的反射损耗，因此为了更好地提高雷达波反射损耗，常同时采用多层结构以实现在较宽频率范围内满足阻抗匹配。日本NEC公司研究了一种铁氧体吸波涂料，其在雷达波反射率为-10dB时频带宽度为7GHz（6-13Hz），在雷达波反射率为-20dB时频带宽度为3.7GHz（8.5-12.2GHz），这种吸波涂料结构为两层，总厚度为4.7mm。
国内在红外隐身涂料研究方面的历史较短，基本上处于探索阶段。国家在“863”项目中专门设立了红外伪装的研究课题。虽然有报道说涂料红外发射率达到0.5以下，但都没有进入实用阶段。华东理工大学国家超细粉末工程研究中心将表面包覆了薄薄一层二氧化硅的铝片用作红外隐身涂料的颜料，所得涂层的发射率为0.35。山东工业陶瓷研究设计院研制的白色材料红外发射率在0.3~0.4之间，中绿色颜料红外发射率为0.6~0.7，制备出的涂层红外发射率为0.7~0.75。王庭慰等利用有机硅清漆和三元乙丙橡胶的接枝聚合物与Al粉等颜料制得了低发射率红外涂料。翁小龙等则用异戊二烯橡胶合成的环化橡胶制备了红外发射率为0.55~0 .6的低红外发射率涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种兼容红外热隐身和雷达隐身的涂料及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料，包括由树脂、溶剂和助剂混合成的树脂体系，在树脂体系内分散有具有导电性的铝粉浆和雷达波反射吸收剂，所述的雷达波反射吸收组分由高介电常数的石墨烯和磁性吸收剂复配组成，其中，所述石墨烯为介电常数25以上的多层石墨烯。
所述的磁性吸收剂为羰基铁、铁氧体或铁钴合金。
所述的石墨烯和磁性吸收剂在涂料中的重量百分比分别为：石墨烯1~3%、磁性吸收剂10~15%。
所述的助剂为分散剂和消泡剂。
所述的铝粉浆在涂料中的重量百分比分别为10~20%。
所述的树脂为氟碳树脂，其用量为涂料重量的30~40%。
所述的树脂体系中还加入有颜料和填料。
一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料的制备方法，将氟碳树脂、分散剂和消泡剂加入料筒中，并加入部分溶剂，混合均匀后加入石墨烯，然后用分散机搅拌分散均匀，之后再加入磁性吸收剂和铝粉浆，用分散机搅拌分散均匀后加入溶剂调节粘度。
所述的石墨烯和磁性吸收剂事先在105±2℃烘干。
在上述制备过程中，加入石墨烯后先搅拌10—20min，在加入磁性吸收剂和铝粉浆后，提高转速至1200～1500 r/min高速搅拌。
本发明的有益效果是：筛选出具有高介电性能的石墨烯，并与磁性吸收剂进行复配，将石墨烯的介电性能与磁性吸收剂的电磁性能相结合，从介电损耗和电磁损耗两方面同时作用以提高涂料涂层的反射吸收性能，达到雷达隐身的效果。并且，用于雷达吸收的石墨烯分散于树脂体系中的铝粉浆微粒之间，利用其片层状的结构连接铝粉微粒，提高涂层的导电性，从而使其具有较低的红外发射率。因此，通过将石墨烯与磁性吸收剂和铝粉浆结合分散于树脂体系中，得到了兼容红外热隐身和雷达隐身的隐身涂料。该涂料可以应用与舰船高温辐射及雷达亮点部位，起到隐身作用，避免舰船被红外/雷达探测手段发现，还可推广到航空器领域应用，如飞机喷口***、机翼等，起到隐身防护作用，前景广阔。
附图说明
图1是石墨烯的电磁参数。
图2是石墨烯与磁性吸收剂复配样品电磁参数。
图3是石墨烯/磁性吸收剂复配涂层反射率曲线。
图4是本发明涂料的制备工艺流程图。
具体实施方式
以下结合实施例具体说明本发明的实施方式。
本发明的红外雷达兼容隐身涂料，以树脂为成膜材料，具体可选用氟碳树脂。在树脂中混合加入溶剂、分散剂和消泡剂等助剂形成树脂体系，并加入铝粉浆、石墨烯和磁性吸收剂使其均匀分散。其中，铝粉浆中片状的铝粉微粒均匀分布在涂料中，利用其导电性能降低涂料涂层的红外发射率。磁性吸收剂选用羰基铁、铁氧体或铁钴合金等铁磁性材料粉体，主要利用其磁损耗性能降低涂料涂层对雷达波的反射率。石墨烯选用多层结构，使其具有高介电常数，一方面与磁性吸收剂复配组成雷达波反射吸收剂，从介电损耗和电磁损耗两方面同时作用以提高涂料涂层的反射吸收性能，达到雷达隐身的效果。另一方面，使石墨烯分散在铝粉微粒之间，作为铝粉微粒的桥接成分，从整体上提高涂层的导电性能，降低涂层的红外发射率。
本发明所选用的石墨烯电磁参数如图1所示，测试样品中石墨烯含量10%，介电常数25以上。石墨烯和磁性吸收剂复配后的电磁参数如图2所示。石墨烯与磁性吸收剂复配混合后形成交联结构，导致其电磁参数明显变化。
根据涂料的应用场景和具体需求，涂料中还可以添加其它填料和颜料，添加量不超过涂料总重量的20%。
在本发明的涂料组分中，按照重量百分比，各组分的用量为：氟碳树脂30~40%、石墨烯1~3%、磁性吸收剂10~15%、铝粉浆10~20%、助剂2~4%、溶剂10~20%。如添加其他颜料和填料，总用量不超过涂料重量的20%。
本发明红外雷达兼容隐身涂料的制备方法为，
1、将石墨烯、磁性吸收剂和其它所需的颜填料准确称量，各自放置于干燥洁净的托盘中，放入温度为105±2℃的电热烘箱中进行烘干，烘干时间4h，自然冷却后，分别装袋密封备用。
2、将氟碳树脂、分散剂和消泡剂加入料筒中，并加入部分溶剂，混合均匀后加入石墨烯，然后用分散机低速搅拌15min分散均匀，之后再按照先轻后重、先少后多的原则加入磁性吸收剂、铝粉浆和其它颜填料，提高转速至1200～1500 r/min高速搅拌分散均匀后加入溶剂调节粘度。
实施例1
按重量份数，取42份氟碳树脂、20份铝粉浆、12份铁氧体、2份石墨烯、2份分散剂、1份消泡剂、20份溶剂。将氟碳树脂、分散剂和消泡剂加入料筒中，然后加入14份溶剂，混合均匀后加入石墨烯。用分散机低速搅拌15min后，依次加入铁氧体和铝粉浆，提高分散剂转速至1300 r/min高速搅拌30min，分散均匀后加入剩余的6份溶剂调节粘度。
将制成红外雷达兼容隐身涂料，采用滚涂工艺将制成的涂料涂覆于试样表面，每道涂装干膜厚度为50μm。
实施例2
按重量份数，取42份氟碳树脂、18份铝粉浆、14份羰基铁、2份石墨烯、2份分散剂6800、1份消泡剂BYK110、20份溶剂。将氟碳树脂、分散剂和消泡剂加入料筒中，然后加入15份溶剂，混合均匀后加入石墨烯。用分散机低速搅拌10min后，依次加入铁氧体和铝粉浆，提高分散剂转速至1200 r/min高速搅拌25min，分散均匀后加入剩余的5份溶剂调节粘度。
将制成红外雷达兼容隐身涂料，采用滚涂工艺将制成的涂料涂覆于试样表面，每道涂装干膜厚度为50μm。
实施例3
按重量份数，取42份氟碳树脂、15份铝粉浆、15份铁氧体、2份石墨烯、2份分散剂6800、1份消泡剂BYK110、20份溶剂。将氟碳树脂、分散剂和消泡剂加入料筒中，然后加入15份溶剂，混合均匀后加入石墨烯。用分散机低速搅拌20min后，依次加入铁氧体和铝粉浆，提高分散剂转速至1500 r/min高速搅拌30min，分散均匀后加入剩余的5份溶剂调节粘度。
将制成红外雷达兼容隐身涂料，采用滚涂工艺将制成的涂料涂覆于试样表面，每道涂装干膜厚度为50μm。
经检测，涂覆红外雷达兼容隐身涂料的试样性能如下：
项目 检验方法 实施例1 实施例2 实施例3
附着力，Mpa GB/T5210-2006 4MPa 4MPa 4MPa
电阻率（mΩ·cm） GB/T1771-2007 <30 <30 <30
反射率 GJB2038-94 ≤-8dB(8-18GHz) ≤-8dB(8-18GHz) ≤-7dB(8-18GHz)
红外发射率 GB/T 1720-1979 0.27 0.29 0.24
检测结果表明，制成涂层后石墨烯的高导电性及高介电性与磁性吸收剂的高磁损耗特性共同作用，达到红外/雷达兼容隐身的效果。所研制的石墨烯红外/雷达兼容隐身涂料可应用于飞行器的高温、雷达亮点部位，还可以推广到存在高温部位且有雷达隐身需求的地面装备。

Claims (10)

1.一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料，包括由树脂、溶剂和助剂混合成的树脂体系，其特征在于：在树脂体系内分散有具有导电性的铝粉浆和雷达波反射吸收剂，所述的雷达波反射吸收组分由高介电常数的石墨烯和磁性吸收剂复配组成，其中，所述石墨烯为介电常数25以上的多层石墨烯。
2.如权利要求1所述的一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料，其特征在于：所述的磁性吸收剂为羰基铁、铁氧体或铁钴合金。
3.如权利要求1或2所述的一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料，其特征在于：所述的石墨烯和磁性吸收剂在涂料中的重量百分比分别为：石墨烯1~3%、磁性吸收剂10~15%。
4.如权利要求1所述的一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料，其特征在于：所述的助剂为分散剂和消泡剂。
5.如权利要求1所述的一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料，其特征在于：所述的铝粉浆在涂料中的重量百分比分别为10~20%。
6.如权利要求1所述的一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料，其特征在于：所述的树脂为氟碳树脂，其用量为涂料重量的30~40%。
7.如权利要求1所述的一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料，其特征在于：所述的树脂体系中还加入有颜料和填料。
8.一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料的制备方法，其特征在于：将氟碳树脂、分散剂和消泡剂加入料筒中，并加入部分溶剂，混合均匀后加入石墨烯，然后用分散机搅拌分散均匀，之后再加入磁性吸收剂和铝粉浆，用分散机搅拌分散均匀后加入溶剂调节粘度。
9.如权利要求8所述的一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯和磁性吸收剂事先在105±2℃烘干。
10.如权利要求8所述的一种含石墨烯的红外雷达兼容隐身涂料的制备方法，其特征在于：加入石墨烯后先搅拌10—20min，在加入磁性吸收剂和铝粉浆后，提高转速至1200～1500 r/min高速搅拌。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190726

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