一种红外隐身材料及其应用的制作方法

1.本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种红外隐身材料及其应用。


背景技术：

2.隐身技术以通过改变目标外部结构、进行表面涂装或伪装处理，降低目标的可探测信号特征，使敌方的探测系统失去功效；隐身技术作为提高在战争中生存和战斗能力的重要技术，已经受到了国际的重视。因为隐身织物方便有效、工艺稳定、易于批量生产且可实现多频谱隐身功能，国际上正大力发展此种材料；但现有隐身材料的红外发射率值仍然较高，无法较好地在8-14μm的红外波长范围内吸收红光，另外，材料在织物的表面易脱落、性能不稳定、寿命短等问题限制着隐身技术在作战服装方面的发展。
3.中国专利申请cn201910664713.0公开了一种红外隐身迷彩布料及其制备方法，其迷彩布料上涂覆有红外隐身层，隐身效果主要依靠铝纳米线，虽然其可见光的透过率高，但是其红外反射率仍然较低，并且对红外波长的反射区间较窄；中国专利申请cn201910323374.x公开了一种微光-红外隐身纺织材料及其制备方法，其中通过在纤维布基层表面恒电流沉积ga-zn-ga-zn金属层使纺织材料具有较低的红外发射率，但是其金属层的沉积将会使织物变硬，经反复折叠摩擦后容易失效。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明首先提供了一种红外隐身材料，按重量份计，所述材料的原料包括：80-120份高分子聚合物、30-60份红外吸收剂、10-25份阻燃剂、2-5份偶联剂、5-10份分散剂、10-20份稳定剂。
5.所述高分子聚合物选自聚酯树脂、环氧树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯树脂、聚丁二烯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸烷基酯树脂和聚苯乙烯树脂中的至少一种。
6.进一步地，所述高分子聚合物选自聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂中的至少两种。
7.优选地，所述高分子聚合物为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂的组合，重量比为（1-3）：（4-6）：（2-5）。
8.在一种优选的实施方式中，当所述聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂的重量比为1：5：3时，所制备的材料具有优异的柔韧性、耐候性和疏水性。本体系中，聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂形成的网络交联结构会将红外吸收剂分散并固定在其内部，通过控制三者的相对含量以调控三维结构的致密性，增大固体粉状红外吸收剂在体系中的稳定性，避免在涂料表面由于摩擦、折叠造成的红外吸收剂析出，降低隐身效果。
9.进一步地，所述聚氨酯树脂固含为30wt.%-50wt.%，粘度（25℃）为60000-90000mpa
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s。
10.优选地，所述聚氨酯树脂固含为30wt.%-45wt.%，粘度（25℃）为70000-80000mpa
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s。
11.进一步地，所述丙烯酸树脂tg值为45-65℃，羟值为4-8 mg koh/g。
12.进一步地，所述聚苯乙烯树脂的软化点为90-120℃，重均分子量为3000-8000。
13.优选地，所述聚苯乙烯树脂的软化点为97℃，重均分子量为4000；聚苯乙烯树脂中的苯环基团具有较好的疏水性，特别是能够减少呈酸性的雨水的进入对体系结构和性能造成的破坏，但是苯乙烯中苯环在分子链中属于硬段，当聚苯乙烯树脂分子量过高时，分子链的旋转性和活动性较差，会明显提升涂层的硬度，不仅降低了所修饰的特种衣物的舒适度，其涂层经长期的弯折容易断裂，导致内部红外吸收剂析出和隐身效果下降，限定其软化点进一步提高体系的高温稳定性，软化点过低时，高温下隐身涂料容易变形，而软化点过高时，不利于加工过程。
14.进一步地，所述红外吸收剂选自氧化铯钨、氧化锡、氧化铋、二氧化钛、二氧化钒、氧化铁、稀土金属氧化物、金属粉末中的一种或几种。
15.进一步地，所述红外吸收剂选自氧化铯钨、氧化锡、氧化铋、氧化铈、氧化钕、氧化镱、铝粉、铁粉、银粉、镍粉中的一种或几种。
16.优选地，所述红外吸收剂为氧化铯钨、氧化铋和铝粉的组合，重量比为（5-7）：（1-2）：（1-3）。
17.进一步地，所述氧化铯钨和氧化铋的颗粒平均直径为1nm-15nm。
18.优选地，氧化铯钨的颗粒平均直径为5nm-10nm，氧化铋的颗粒平均直径为10-15nm。
19.进一步地，所述铝粉为球状或片状，粒径为100-500目。
20.氧化铯钨表面具有大量的载流子，红外光吸收性能优异，可遮蔽波长大于1100nm的近红外光，氧化铋的加入是为了兼顾涂层的可见和红外隐身效果，铝粉具有较低的红外反射率；但本技术发现，当采用片状的铝粉时，体系的红外发射率更低，推测原因为：片状的铝粉其径厚比大，在体系中存在与基材平行的特点，较多的片状铝粉相互连接，增大了体系的连续性，在基体纤维表面覆盖时，会明显抑制表面的红外发射率，随其粒径的增大，这种抑制效果愈加明显，但粒径过大时，在涂层中的稳定性和涂层对基体的附着力将降低。
21.优选地，所述铝粉粒径为200-400目。
22.进一步地，本技术意外发现：当规定所述红外吸收剂添加量为高分子聚合物量的40wt.%-50wt.%时，做制备的隐身材料具有最优异的红外反射率和最宽的红外吸收波段，推测原因为：高分子聚合物虽然起到粘合作用，但是因内部的c-h键在3.3μm处、c=o键在5.7μm处、c-o键在8.0μm处的伸缩震动都会因起其在红外波段的较强吸收，其严重影响着体系的红外隐身性能，当高分子聚合物含量不足时，所制的涂料体系不稳定，与基层的结合力也不高，但当添加量过多时，体系的红外发射率明显增加，因此需要在保证涂层有良好牢度的基础上，调节红外吸收剂的含量，降低涂层的红外发射率，但红外吸收剂添加过多时，部分红外吸收剂被重叠遮蔽，造成对一部分波段红外光的吸收减弱，而且还会影响所修饰的纤维的手感，也可能会导致涂层的脱落。
23.优选地，所述红外吸收剂添加量为高分子聚合物量的45wt.%。
24.进一步地，所述阻燃剂可选为有机阻燃剂和/或无机阻燃剂。
25.进一步地，所述阻燃剂可选自十溴二苯醚，四溴二苯醚、六溴环十二烷、磷酸三苯
酯、磷酸二苯基甲苯酯、多聚磷酸铵、三聚氰胺多磷酸盐、三聚氰胺磷酸铵中的至少一种。
26.优选地，所述阻燃剂为多聚磷酸铵。
27.进一步地，所述偶联剂选自酞酸酯类、聚氨酯类、硅烷类中的一种或几种的组合。
28.进一步地，所述偶联剂为硅烷类，可选自a-150、a-151、a-172、kh-550、kh-590中的一种。
29.在一种优选的实施方式中，所述偶联剂为a-150。
30.进一步地，所述分散剂为聚乙烯醇、偏磷酸盐、聚羧酸钠盐、聚丙烯酸盐、皂土、纤维素衍生物中的一种或几种的组合。
31.优选地，所述分散剂为偏磷酸盐。
32.进一步地，所述稳定剂为两性离子型有机盐和带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物的复配，重量比为（3-5）：1。
33.进一步地，所述两性离子型有机盐选自十六烷基二甲基磺基甜菜碱、十二烷基二甲基磺丙基甜菜碱、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱、癸烷基二甲基羟丙基磺基甜菜碱中的至少一种。
34.优选地，所述两性离子型有机盐为十六烷基二甲基磺基甜菜碱。
35.进一步地，所述带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物选自β-丙氨酸、甘氨酸、β-氨基乙磺酸、亮氨酸中的至少一种。
36.优选地，所述带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物为β-氨基乙磺酸。
37.优选地，所述两性离子型有机盐和带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物的重量比为4：1；本技术添加两性离子型有机盐和带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物以进一步增加固体粉末状的红外吸收剂在体系中的分散性能和稳定性；两性离子型有机盐带有的饱和烷烃长链可在一定程度上增加体系的润滑性和流动性，其带电的阳离子和阴离子可通过静电吸引作用或耦合作用与红外吸收剂中的无机颗粒相连，并通过电荷相斥改善红外吸收剂在体系中的分散，另外，其表面的带电基团还与纤维表面产生共轭作用，增加涂层在基层的附着力，但是因其分子链较长，还可与树脂产生较大的交联，因此需复配带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物，其中，后者的磺酸基或羧酸基同样起到连接红外吸收剂和纤维基体的作用，并且其分子链较短，可进一步改善红外吸收剂在体系内的分散，但是当其用量过多时，红外吸收剂在体系中的固定性将降低，容易在体系中析出。
38.进一步地，所述原料还可包括颜料、抗紫外、抗老化等助剂。
39.进一步地，所述红外隐身材料的使用方法包括：（1）将原料混合后于1000-1500r/min下搅拌均匀得红外隐身材料；（2）对服装基材打磨整理，再将红外隐身材料涂覆在其表面，之后于80-100℃下烘干固化2-4h。
40.进一步地，所述红外隐身涂料的涂覆厚度为10-20μm。
41.其次，本发明还提供了所述红外隐身材料在红外隐形服装上的应用。
42.进一步地，所述红外隐形服装的材质可为棉纤维、醋酯纤维、酮胺纤维、涤纶、丙纶、氨纶、氯纶中的一种或多种。
43.有益效果1、本技术红外隐身材料的红外发射率高，对红外光的吸收波段范围广，通过高分
子聚合物的种类和比例优化，使该材料具有优异的耐高温性、疏水性、柔韧性和较长的使用寿命。
44.2、本技术对稳定剂进行优化，使红外吸收剂能够在体系中稳定存在并均匀分散，使所制备的红外隐身材料经长期弯折摩擦、水洗后仍然具有较好的相容性和稳定性。
45.3、本技术的红外隐身材料可应用于服装表面，不仅可增加对人体的保温性能，还具有较好的透气性和优异的红外屏蔽性能。
46.4、本技术的红外隐身材料制作工艺简单，性能稳定，可用于批量化生产制备。
具体实施方式
47.实施例实施例1本实施例提供了一种红外隐身材料，按重量份计，所述材料的原料包括：100份高分子聚合物、45份红外吸收剂、15份阻燃剂、4份偶联剂、8份分散剂、15份稳定剂。
48.所述高分子聚合物为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂的组合，重量比为1：5：3，所述聚苯乙烯树脂的软化点为97℃，重均分子量为4000，购自济南祥发华工科技有限公司，所述丙烯酸树脂tg值为55℃，羟值为6 mg koh/g，购自涂悦新材料科技有限公司，所述聚氨酯树脂固含为35wt.%，粘度（25℃）为75000mpa
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s，购自广东一三七化工科技有限公司，所述红外吸收剂为氧化铯钨、氧化铋和铝粉的组合，重量比为6：1：2，氧化铯钨的颗粒平均直径为7nm，氧化铋的颗粒平均直径为12nm，铝粉为片状，粒径为300目，所述阻燃剂为多聚磷酸铵（cas：68333-79-9），偶联剂为a-150，分散剂为六偏磷酸钠（cas：10124-56-8），稳定剂为十六烷基二甲基磺基甜菜碱和β-氨基乙磺酸的复配，重量比为4：1。
49.所述红外隐身材料的使用方法包括：（1）将原料混合后于1250r/min下搅拌均匀得红外隐身材料；（2）对服装基材（材质为棉纤维和涤纶的混纺）打磨整理，再将红外隐身材料涂覆在其表面，涂覆厚度为15μm，之后于90℃下烘干固化3h。
50.实施例2本实施例提供了一种红外隐身材料，按重量份计，所述材料的原料包括：120份高分子聚合物、60份红外吸收剂、25份阻燃剂、5份偶联剂、10份分散剂、20份稳定剂。
51.所述高分子聚合物为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂的组合，重量比为1：6：2，所述聚苯乙烯树脂的软化点为120℃，重均分子量为6000，购自济南祥发华工科技有限公司，所述丙烯酸树脂tg值为65℃，羟值为8 mg koh/g，购自涂悦新材料科技有限公司，所述聚氨酯树脂固含为45wt.%，粘度（25℃）为80000mpa
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s，购自广东一三七化工科技有限公司，所述红外吸收剂为氧化铯钨、氧化铋和铝粉的组合，重量比为7：1：3，氧化铯钨的颗粒平均直径为10nm，氧化铋的颗粒平均直径为15nm，铝粉为片状，粒径为400目，所述阻燃剂为多聚磷酸铵（cas：68333-79-9），偶联剂为a-150，分散剂为六偏磷酸钠（cas：10124-56-8），稳定剂为十六烷基二甲基磺基甜菜碱和β-氨基乙磺酸的复配，重量比为3：1。
52.所述红外隐身材料的使用方法包括：（1）将原料混合后于1500r/min下搅拌均匀得红外隐身材料；（2）对服装基材（材质为棉纤维和涤纶的混纺）打磨整理，再将红外隐身材料涂覆
在其表面，涂覆厚度为20μm，之后于100℃下烘干固化2h。
53.实施例3本实施例提供了一种红外隐身材料，按重量份计，所述材料的原料包括：80份高分子聚合物、35份红外吸收剂、10份阻燃剂、2份偶联剂、5份分散剂、10份稳定剂。
54.所述高分子聚合物为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂的组合，重量比为3：4：5，所述聚苯乙烯树脂的软化点为90℃，重均分子量为3000，购自济南祥发华工科技有限公司，所述丙烯酸树脂tg值为45℃，羟值为4mg koh/g，购自涂悦新材料科技有限公司，所述聚氨酯树脂固含为30wt.%，粘度（25℃）为70000mpa
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s，购自广东一三七化工科技有限公司，所述红外吸收剂为氧化铯钨、氧化铋和铝粉的组合，重量比为5：2：2，氧化铯钨的颗粒平均直径为5nm，氧化铋的颗粒平均直径为10，铝粉为片状，粒径为200，所述阻燃剂为多聚磷酸铵（cas：68333-79-9），偶联剂为a-150，分散剂为六偏磷酸钠（cas：10124-56-8），稳定剂为十六烷基二甲基磺基甜菜碱和β-氨基乙磺酸的复配，重量比为5：1。
55.所述红外隐身材料的使用方法包括：（1）将原料混合后于1000r/min下搅拌均匀得红外隐身材料；（2）对服装基材（材质为棉纤维和涤纶的混纺）打磨整理，再将红外隐身材料涂覆在其表面，涂覆厚度为10μm，之后于80℃下烘干固化4h。
56.实施例4与实施例1一致，区别在于：所述高分子聚合物为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂的组合，重量比为1：4：7。
57.实施例5与实施例1一致，区别在于：所述丙烯酸树脂tg值为55℃，羟值为11mg koh/g。
58.实施例6与实施例1一致，区别在于：稳定剂为十六烷基二甲基磺基甜菜碱和β-氨基乙磺酸的复配，重量比为6：1。
59.实施例7与实施例1一致，区别在于：稳定剂为十六烷基二甲基磺基甜菜碱和月桂醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠（cas：900-82-4）的复配，重量比为4：1。
60.实施例8与实施例1一致，区别在于：按重量份计，所述材料的原料包括：85份高分子聚合物、60份红外吸收剂、15份阻燃剂、4份偶联剂、8份分散剂、15份稳定剂。
61.实施例9与实施例1一致，区别在于：所述红外吸收剂为氧化铯钨、氧化铋和铝粉的组合，重量比为4：2：3。
62.性能测试方法：1.材料红外发射率：（1）在室温下，采用ir
‑ⅱ
型红外发射率测试仪对各个实施例中经红外隐身材料涂覆后的服装基材表面进行测量，波长范围为8-14μm；（2）再采用去离子水将经红外隐身材料涂覆后的服装基材洗涤5次后测量其发射率。
63.2.断裂伸长率：根据gb/t3923.1-2013测试经红外隐身材料涂覆后的服装基材。
64.实施例的测试结果见表1。
65.性能测试结果：表1样品序号红外发射率（洗涤前）红外发射率（洗涤后）断裂伸长率%实施例10.510.5428.3%实施例20.550.6325.2%实施例30.610.6923.6%实施例40.750.8919.1%实施例50.720.8422.3%实施例60.690.7520.9%实施例70.810.8917.5%实施例80.650.7919.6%实施例90.670.7326.7%

技术特征：
1.一种红外隐身材料，其特征在于，按重量份计，所述材料的原料包括：80-120份高分子聚合物、30-60份红外吸收剂、10-25份阻燃剂、2-5份偶联剂、5-10份分散剂、10-20份稳定剂；所述红外吸收剂为氧化铯钨、氧化铋和铝粉的组合，重量比为（5-7）：（1-2）：（1-3）。2.根据权利要求1所述的一种红外隐身材料，其特征在于，所述高分子聚合物选自聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂中的至少两种。3.根据权利要求2所述的一种红外隐身材料，其特征在于，所述高分子聚合物为聚氨酯树脂、丙烯酸树脂和聚苯乙烯树脂的组合。4.根据权利要求2所述的一种红外隐身材料，其特征在于，所述聚苯乙烯树脂的软化点为90-120℃，重均分子量为3000-8000。5.根据权利要求1所述的一种红外隐身材料，其特征在于，所述氧化铯钨和氧化铋的颗粒平均直径为1nm-15nm，铝粉为球状或片状，粒径为100-500目。6.根据权利要求5所述的一种红外隐身材料，其特征在于，所述红外吸收剂添加量为高分子聚合物量的40wt.%-50wt.%。7.根据权利要求1所述的一种红外隐身材料，其特征在于，所述稳定剂为两性离子型有机盐和带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物的复配。8.根据权利要求7所述的一种红外隐身材料，其特征在于，所述两性离子型有机盐和带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物的重量比为（3-5）：1。9.根据权利要求8所述的一种红外隐身材料，其特征在于，所述带磺酸基或羧酸基的c3-c6有机物选自β-丙氨酸、甘氨酸、β-氨基乙磺酸、亮氨酸中的至少一种。10.根据权利要求1-9任一项所述的一种红外隐身材料在红外隐形服装上的应用。

技术总结
本申请提供了一种红外隐身材料，该材料的红外发射率高，对红外光的吸收波段范围广，具有优异的耐高温性、疏水性、柔韧性和较长的使用寿命，应用于红外隐形服装上时，经长期弯折摩擦、水洗后仍然具有较好的相容性和稳定性，制作工艺简单，性能稳定，可用于批量化生产制备。备。


技术研发人员：陈金鹏 方德生
受保护的技术使用者：苏州红旭新材料科技有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/8/5