CN114479601A - 一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层及制备方法，其结构为从上到下依次包括半导体纳米颗粒红外隐身涂层、磁性纤维雷达波吸收涂层、阻燃防水涂层和受力结构层。其制备方法如下：（1）采用静电纺丝技术制备铁氧体短切纤维；（2）在受力结构层表面涂覆阻燃防水层；（3）在阻燃防水层表面涂覆20μm的雷达吸波隐身涂层；（4）在最外层高压喷涂10‑30μm红外隐身涂层。本发明的膜层既可应用与气承式结构建筑，又可以实现红外/雷达隐身具有双功能特性。本发明的方法简单，成本低，易实现工业化。

Description

一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层及制备方法
技术领域
本发明属于隐身膜层技术领域，具体涉及一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层及制备方法。属于电磁防护领域，特别是气承式结构膜层的制备领域。
背景技术
随着多模复合制导技术的不断发展以及探测手段的日新月异，作战部队、武器装备和军事设施可能同时面临雷达、红外、激光以及可见光等探测手段的威胁。在众多隐身技术中，雷达隐身占60%，红外隐身占30%，实现雷达和红外兼容隐身是提高武器装备生存能力的重要手段。然而，基尔霍夫定律表明，雷达和红外的隐身机理是相互制约甚至矛盾的。雷达隐身要求材料具有低反射、高发射，而红外隐身则要求材料具有高反射、低发射特性。因此，如何实现红外和雷达兼容隐身一直是吸波材料领域研究的难点和重点。另外，现有的遮障型器材如伪装网和隐身篷布等存在着力学性能差、面密度高、隐身频段单一、吸收频带窄等缺点，无法满足现代战争的需求。尤其是大型军事活动或军事设施对大跨度、多频段、强隐身的临时建筑的需求日益强烈。气承式膜结构是一种通过压力控制***向建筑屋内充气，利用建筑物内外压差保证体系刚度的结构。由于其具有跨度大、建造速度快、结构简单、使用安全可靠、价格低廉、拆卸方便以及隔热、耐久性好等特点，特别适用于搭建大型临时场所。但由于其表面涂层不具备隐身性能，目前在国防和军事防护领域很少应用。
发明内容
基于目前遮障器材存在的不足及技术难题，本发明提供一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层及制备方法。所述红外/雷达兼容隐身的气承式膜层从上到下依次包括红外隐身涂层、雷达波吸收涂层、阻燃防水涂层和受力结构层。本发明制备的红外/雷达兼容隐身的气承式膜层，红外隐身膜层厚度为20-40μm，红外发射率≤0.45，雷达吸波涂层厚度30-50μm，2-18GHz平均吸收强度8GHz，有效吸收带宽5G以上，实现了红外/雷达兼容隐身性能。膜结构具有柔性好、强度高、阻燃和防水的功能，可用于大跨度红外隐身防护建筑的搭建。
本发明一方面提供一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层。在受力结构膜层表面浸渍阻燃防水层，然后在其表面分别涂覆雷达波吸收层和喷涂红外隐身涂层。所述雷达波吸收涂层选用材料为多孔磁性铁氧体纤维，红外隐身涂层采用半导体纳米颗粒；所述不透气涂层为聚乙烯基材料；所述受力结构层为碳纤维或玻璃纤维。
基于以上技术方案，优选地，所选铁氧体纤维为尖晶石型铁氧体MFe2O4（M=Zn、Ni、Co）或磁铅石型铁氧体纤维NFe12O19（N=Ba、Sr）中的一种或几种。
基于以上技术方案，优选地，所选半导体纳米颗粒为氧化铟锡（ITO）或ZnO中的一种。
基于以上技术方案，优选地，所选阻燃防水层为聚四氟乙烯。
基于以上技术方案，优选地，所选受力结构层为玻璃纤维和碳纤维的一种。
本发明的第二方面是提供一种多孔磁性纤维的制备方法，包括以下具体步骤：将金属盐溶于8-12%有机粘结剂和溶剂中，搅拌得到均匀的电纺丝溶液，采用静电纺丝技术制备出前驱体纤维，500-750℃（尖晶石型铁氧体）或850-1200℃（磁铅石型铁氧体）煅烧得到多孔磁性纤维，将纤维球磨至3-5μm的短切纤维。
基于以上技术方案，优选地，所述金属盐为Fe、Co、Ni、Sr、Ba的硝酸盐或乙酸盐。
基于以上技术方案，优选地，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮。
基于以上技术方案，优选地，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺或乙醇中的一种或两种。
基于以上技术方案，优选地，所述电纺丝参数为10-15kV，接收距离15cm，液流速率1mL/h。
本发明的第二方面是一种纳米红外隐身纤维涂层材料的制备方法，包括以下具体步骤：将金属盐溶于有机粘结剂和溶剂中，搅拌得到均匀溶液，采用高压静电喷雾技术制备半导体纳米颗粒前驱体，高温煅烧1-2小时得到半导体纳米颗粒。
基于以上技术方案，优选地，所述金属盐为氯化锡、氯化铟、硝酸锌或醋酸锌。
基于以上技术方案，优选地，所述有机粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇的一种或两种。
基于以上技术方案，优选地，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺或乙醇中的一种或两种。
基于以上技术方案，优选地，所述高压为20-30kV。
基于以上技术方案，优选地，所述高温为500-650℃。
本发明一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层及制备方法，与现有技术相比，有益效果是：
1. 本发明提供一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层，实现了大跨度、柔韧、灵活的红外/雷达兼容隐身膜层。
2. 本发明一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层，与现有的兼容隐身涂层相比，厚度薄，性能更好，厚度减少50%左右，红外发射率≤0.4，雷达波吸收2-18GHz平均在-10dB以下。
3. 本发明一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层及制备方法，提供了多孔磁性纤维的电纺制备技术和半导体纳米颗粒的静电喷雾技术，方法简单，原料来源广泛，适于大规模生产。
附图说明
图1是本发明气承式红外隐身膜结构的结构图。
图2是多孔锶铁氧体纤维的SEM照片。
图3是氧化铟锡纳米颗粒的SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方式；所用试剂与材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的制备包含以下步骤：
步骤1. 剪取10cm*10cm的玻璃纤维，将其浸渍到聚四氟乙烯浓缩分散液中，保持1分钟，取出干燥。
步骤2. 将2.02g的硝酸铁和1.05g硝酸锶溶于20mL的无水乙醇中，搅拌均匀，然后在其中加入质量比10%的聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌得到纺丝液。设定纺丝参数，针头直径0.7mm，电压15kV，接收距离15cm，液体喷出速度1mL/h，得到前驱体纤维。将前驱体纤维在1000℃煅烧2h，得到多孔SrFe12O19纳米纤维（如附图2所示），在球磨机中球磨2h得到短切纤维。
步骤3. 将1.86g的氯化铟和0.18g的氯化锡溶于50mL聚乙烯醇和二甲基甲酰胺，在20kV的高压下静电喷雾成前驱体马颗粒，在600℃煅烧2小时得到氧化铟锡纳米颗粒（如附图3所示）。
步骤4. 分别取100mg的磁性纤维和氧化铟锡分散于酚醛树脂的丙酮溶液中配制成雷达隐身涂料和红外隐身涂料。采用涂覆和高压喷涂技术并在300℃热处理制备出红外/雷达兼容隐身的气承式膜层。
通过测量红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的红外发射率和雷达波吸收率，得到反射率值为0.42，雷达波最强吸收79dB，显示出理想的红外/雷达隐身效果。
实施例2
一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的制备包含以下步骤：
步骤1. 剪取10cm*10cm的玻璃纤维，将其浸渍到聚四氟乙烯浓缩分散液中，保持1分钟，取出干燥。
步骤2. 将2.02g的硝酸铁和1.05g硝酸锶溶于20mL的无水乙醇中，搅拌均匀，然后在其中加入质量比12%的聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌得到纺丝液。设定纺丝参数，针头直径0.4mm，电压15kV，接收距离15cm，液体喷出速度1mL/h，得到前驱体纤维。将前驱体纤维在850℃煅烧2h，得到多孔SrFe12O19纳米纤维，在球磨机中球磨2h得到短切纤维。
步骤3. 将1.86g的氯化铟和0.18g的氯化锡溶于50mL聚乙烯醇和二甲基甲酰胺，在30kV的高压下静电喷雾成前驱体马颗粒，在500℃煅烧2小时得到氧化铟锡纳米颗粒。
步骤4. 分别取100mg的磁性纤维和氧化铟锡分散于酚醛树脂的丙酮溶液中配制成雷达隐身涂料和红外隐身涂料。采用涂覆和高压喷涂技术并在250℃热处理制备出红外/雷达兼容隐身的气承式膜层。
通过测量红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的红外发射率和雷达波吸收率，得到反射率值为0.46，雷达波最强吸收49dB，显示出理想的红外/雷达隐身效果。
实施例3
一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的制备包含以下步骤：
步骤1. 剪取10cm*10cm的玻璃纤维，将其浸渍到聚四氟乙烯浓缩分散液中，保持1分钟，取出干燥。
步骤2. 将4.04g的硝酸铁和1.96g硝酸钴溶于30mL的无水乙醇中，搅拌均匀，然后在其中加入质量比10%的聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌得到纺丝液。设定纺丝参数，针头直径0.9mm，电压15kV，接收距离15cm，液体喷出速度1mL/h，得到前驱体纤维。将前驱体纤维在750℃煅烧2h，得到多孔CoFe2O4纳米纤维，在球磨机中球磨2h得到短切纤维。
步骤3. 将1.86g的氯化铟和0.18g的氯化锡溶于50mL聚乙烯醇和二甲基甲酰胺，在20kV的高压下静电喷雾成前驱体马颗粒，在550℃煅烧2小时得到氧化铟锡纳米颗粒。
步骤4. 分别取100mg的磁性纤维和氧化铟锡分散于醇醛树脂的丙酮溶液中配制成雷达隐身涂料和红外隐身涂料。采用涂覆和高压喷涂技术并在300℃热处理制备出红外/雷达兼容隐身的气承式膜层。
通过测量红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的红外发射率和雷达波吸收率，得到反射率值为0.35，雷达波最强吸收70dB，显示出理想的红外/雷达隐身效果。
实施例4
一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的制备包含以下步骤：
步骤1. 剪取10cm*10cm的玻璃纤维，将其浸渍到聚四氟乙烯浓缩分散液中，保持1分钟，取出干燥。
步骤2. 将4.04g的硝酸铁和1.96g硝酸锶溶于20mL的无水乙醇中，搅拌均匀，然后在其中加入质量比12%的聚乙烯吡咯烷酮，继续搅拌得到纺丝液。设定纺丝参数，针头直径0.7mm，电压15kV，接收距离15cm，液体喷出速度1mL/h，得到前驱体纤维。将前驱体纤维在500℃煅烧2h，得到多孔CoFe2O4纳米纤维，在球磨机中球磨2h得到短切纤维。
步骤3. 将1.86g的氯化铟和0.18g的氯化锡溶于50mL聚乙烯醇和二甲基甲酰胺，在10kV的高压下静电喷雾成前驱体马颗粒，在500℃煅烧2小时得到氧化铟锡纳米颗粒。
步骤4. 分别取100mg的磁性纤维和氧化铟锡分散于酚醛树脂的丙酮溶液中配制成雷达隐身涂料和红外隐身涂料。采用涂覆和高压喷涂技术并在300℃热处理制备出红外/雷达兼容隐身的气承式膜层。
通过测量红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的红外发射率和雷达波吸收率，得到反射率值为0.46，雷达波最强吸收44dB，显示出一定的红外/雷达隐身效果。

Claims (9)

1.一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层，其特征在于，红外/雷达兼容隐身的气承式膜层从上到下依次包括半导体纳米颗粒红外隐身涂层、磁性纤维雷达波吸收涂层、阻燃防水涂层和受力结构层。
2.根据权利要求1所述的一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层，其特征在于，所选半导体纳米颗粒为氧化铟锡ITO或ZnO中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种红外/雷达兼容隐身的气承式膜层，其特征在于，所选磁性纤维雷达波吸收涂层为尖晶石型铁氧体MFe2O4（M=Zn、Ni、Co）或磁铅石型铁氧体纤维NFe12O19（N=Ba、Sr）中的一种或几种；所选阻燃防水层为聚四氟乙烯；所选受力结构层为玻璃纤维和碳纤维中的一种。
4.根据权利要求1所述的红外/雷达兼容隐身的气承式膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在受力结构层表面浸渍阻燃防水层，将多孔磁性纤维分散在粘结剂中，采用涂覆技术涂敷在阻燃层表面，在低温处理排除粘结剂；将半导体纳米颗粒分散在粘结剂中，并搅拌均匀，采用高压喷涂技术喷涂到磁性纤维表面，低温处理制备得到气承式复合膜层。
5.根据权利要求4所述的气承式复合膜层的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为酚醛树脂及醇醛树脂中一种或两种；所述低温处理为230-360℃；所述高压为10-40MPa。
6.根据权利要求4所述的气承式复合膜层的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：将金属盐溶于有机粘结剂和溶剂中，搅拌得到均匀的电纺丝溶液，采用静电纺丝技术制备出前驱体纤维，500-750℃（尖晶石型铁氧体）或850-1200℃（磁铅石型铁氧体）煅烧得到多孔磁性纤维，将纤维球磨至3-5μm的短切纤维。
7.根据权利要求6所述的气承式复合膜层的制备方法，其特征在于，所述金属盐为Fe、Co、Ni、Sr、Ba的硝酸盐或乙酸盐；所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述有机溶剂为二甲基甲酰胺或乙醇中的一种或两种；所述电纺丝参数为10-15kV，接收距离15cm，液流速率1mL/h。
8.根据权利要求4所述的气承式复合膜层的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：将金属盐溶于有机粘结剂和溶剂中，搅拌得到均匀溶液，采用高压静电喷雾技术制备半导体纳米颗粒前驱体，高温煅烧1-2小时得到半导体纳米颗粒。
9.根据权利要求4所述的气承式复合膜层的制备方法，其特征在于，所述金属盐为氯化锡、氯化铟、硝酸锌或醋酸锌；所述有机粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇的一种或两种；所述溶剂为二甲基甲酰胺或乙醇中一种或两种；所述高压为20-30kV；所述高温为500-650℃。
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