直升機(jī)紅外隱身涂料的應(yīng)用研究

孫宇楠，張 朵，毛英坤，郁 飛，周如東，唐雪濤

（1.哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150060；2.中海油常州涂料化工研究院有限公司，江蘇常州 213016）

0 引言

隨著不斷發(fā)展的探測技術(shù)［1］，如空地偵察雷達(dá)探測、熱成像設(shè)備探測以及可見光觀察設(shè)備探測和精確制導(dǎo)技術(shù)［2］，包括毫米波、紅外、激光、電視等的發(fā)展，軍用飛行器，尤其像直升機(jī)這種飛行速度較低的飛行設(shè)備在戰(zhàn)爭中的生存力受到嚴(yán)重的威脅。與其他探測技術(shù)和制導(dǎo)技術(shù)相比，紅外探測和紅外制導(dǎo)具有靈敏度高、導(dǎo)引精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前采用紅外制導(dǎo)或包含紅外制導(dǎo)的武器占比達(dá)到70 %［3］，所以紅外隱身性能成為軍用直升機(jī)生存的一個重要指標(biāo)。紅外隱身涂料可以降低或改變目標(biāo)的紅外輻射特征，同時由于其成本低、隱身效果好、施工方便等特點(diǎn)已成為實(shí)現(xiàn)紅外隱身、提高武器生存能力的重要途徑。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料及儀器設(shè)備

紅外隱身涂料（反射型、轉(zhuǎn)換型）、聚酰胺底漆、聚氨酯底漆、聚氨酯面漆，中海油常州涂料化工研究院有限公司。

VERTEX70紅外發(fā)射率測試儀，BRUKER；電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京科偉永興儀器有限公司；SMT-5000萬能材料試驗(yàn)機(jī)，揚(yáng)州市靈頓測試儀器有限公司；FA2004電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.2 紅外隱身涂料的篩選

紅外隱身涂料的作用原理主要分為兩類：一類是反射型，即通過改變涂料表面的發(fā)射率，增加其對紅外探測設(shè)備工作波段紅外線的反射，從而減少物體在該波段的紅外輻射；另一類是轉(zhuǎn)換型，即在吸收紅外能量之后，通過共軛雙鍵、電子云實(shí)現(xiàn)波譜轉(zhuǎn)移［4］，涂料釋放出的紅外輻射向紅外窗口外轉(zhuǎn)移，使之處于紅外探測系統(tǒng)的工作波段之外。

紅外隱身涂料的應(yīng)用，主要使紅外探測設(shè)備在3～5 μm和8～14 μm大氣窗口［5］波段難以探測到目標(biāo)，所以將3～5 μm和8～14 μm的平均發(fā)射率作為涂料紅外隱身性能的考察值。分別選取了一種反射型和一種轉(zhuǎn)換型沙土色SE3948和黃綠色YG1247紅外隱身涂料進(jìn)行發(fā)射率測試對比，計算其在3～5 μm和8～14 μm的平均發(fā)射率，結(jié)果見表1。由表1可見，對于同種顏色的紅外隱身涂料，反射型涂料的發(fā)射率明顯低于轉(zhuǎn)換型涂料的發(fā)射率。

表 1 反射型和轉(zhuǎn)換型紅外隱身涂料對比Table 1 Comparison of reflective and transformational infrared stealth coatings

1.3 隱身涂料試片的制備

在準(zhǔn)備好的金屬試片和復(fù)合材料試片上分別噴涂環(huán)氧聚酰胺底漆和聚氨酯底漆，再噴涂紅外隱身涂料，底漆厚度為21～25 μm，紅外隱身涂料厚度為48～53 μm，噴涂完成后按照規(guī)定的固化參數(shù)進(jìn)行涂料的固化，涂層表面平整均勻，無漏底、咬起、縮孔等現(xiàn)象。

一共噴涂9塊試片，其中1塊為四色迷彩試片（圖1），噴涂沙土色SE3948涂料的金屬和復(fù)合材料試片各2塊，噴涂黃綠色YG1247涂料的金屬和復(fù)合材料試片各2塊（圖2）。

圖1 迷彩圖案試片F(xiàn)igure 1 Camouflage pattern test piece

圖2 噴涂不同顏色涂料的試片F(xiàn)igure 2 Test pieces sprayed with different colors of paint

1.4 相容性試片的制備

分別在金屬試片和復(fù)合材料試片上噴涂金屬聚酰胺底漆和聚氨酯底漆，并在兩種試片中取一半面積涂裝聚氨酯面漆，再整體涂裝紅外隱身涂料，涂膜厚度、干燥方式及外觀狀態(tài)均參照1.3所述。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外隱身涂料的組成

對紅外隱身涂料的組分進(jìn)行淺析可以更好地為涂料應(yīng)用提供保障。紅外隱身涂料主要包括主劑、固化劑和稀釋劑3個部分。主劑主要由高耐候低發(fā)射成膜樹脂、著色顏料、隱身功能填料和助劑組成，其中低發(fā)射率成膜樹脂和隱身功能填料兩個組分共同作用實(shí)現(xiàn)涂料的紅外隱身效果，而著色顏料使涂料呈現(xiàn)不同的顏色，滿足可見光偽裝要求，最終共同作用形成不同顏色和發(fā)射率的涂層，實(shí)現(xiàn)紅外隱身功能的同時兼容可見光的偽裝。固化劑主要由異氰酸酯聚合體和助劑組成，與原漆混合完成交聯(lián)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)涂層成膜和其他相關(guān)性能。稀釋劑為涂料施工提供合適的黏度和施工性，它在漆膜固化后完全揮發(fā)，不參與漆膜交聯(lián)反應(yīng)過程。

2.2 施工工藝對涂料紅外隱身性能的影響

分別采用不同的噴涂工藝將YG1247和SE3948噴涂在馬口鐵上，YG1247-1噴涂黏度為12 s，YG1247-2噴涂黏度為17 s；SE3948-1單道噴涂膜厚為25 μm左右，2道噴涂總膜厚為48～53 μm，SE3948-2單道噴涂膜厚為10 μm，4道噴涂總膜厚為48～53 μm，不同噴涂工藝對涂料發(fā)射率的影響見表2。

表2 不同噴涂工藝對發(fā)射率的影響Table 2 Effect of different spraying processes on emissivity

由表2可見，YG1247的涂料發(fā)射率明顯高于SE3948；YG1247-1和YG1247-2對比可見，采用較低的噴涂黏度可以得到更低的發(fā)射率，即具有更好的紅外隱身性能；而通過SE3948-1和SE3948-2的對比可見，單道噴涂厚度不可過高，采用單道薄涂、多道施工的方式有利于得到更好的紅外隱身效果。

2.3 紅外隱身涂料與其他直升機(jī)常用涂料的相容性

直升機(jī)機(jī)身主要涉及的底材有金屬和復(fù)合材料，所用涂料主要包括金屬環(huán)氧聚酰胺底漆、復(fù)合材料聚氨酯底漆、聚氨酯面漆。將紅外隱身涂料與現(xiàn)有涂層體系（金屬環(huán)氧聚酰胺底漆、復(fù)合材料聚氨酯底漆、聚氨酯面漆）進(jìn)行交叉配套相容性試驗(yàn)，觀察涂層是否咬起，并按GB/T 9286—2021的規(guī)定進(jìn)行干膠帶附著力測試，對紅外隱身涂料涂層開展劃格法附著力測試（見圖3）。試驗(yàn)結(jié)果表明，隱身涂料與現(xiàn)有涂層體系的相容性良好，無咬起現(xiàn)象，紅外隱身涂料與兩種底漆及面漆的附著力均為1級。

圖3 工藝驗(yàn)證試驗(yàn)的附著力檢測照片F(xiàn)igure 3 Adhesion test photos of process validation test

2.4 紅外隱身涂料在施工中出現(xiàn)的問題

基于紅外隱身涂料中含有反射型低發(fā)射率填料以及施工條件的限制，在現(xiàn)場施工中，可能會出現(xiàn)一些外觀及性能方面的問題。

2.4.1 顏色不均勻

通過現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)，SE3948涂料容易出現(xiàn)顏色不均勻的情況，主要表現(xiàn)為邊界處顏色略淺于中心處，當(dāng)噴涂壓力較大或近距離噴涂時，局部顏色會出現(xiàn)不均勻；而YG1247則不會出現(xiàn)顏色不均勻的情況。分析原因，這可能與低發(fā)射率顏料的定向性有關(guān)系，當(dāng)定向顏料較多時，邊界處和中心處的揮發(fā)速率差會帶來定向的不同，同樣噴涂壓力對局部定向造成破壞，導(dǎo)致顏色出現(xiàn)不均勻性。采用單道薄涂、多次施工的方式，以及適宜的噴涂壓力（0.2～0.3 MPa），基本可以解決顏色不均勻的問題。

2.4.2 漆膜硬脆開裂或不干

現(xiàn)場施工中出現(xiàn)漆膜硬脆開裂或不干問題，一般是由于主劑和固化劑的配比不當(dāng)所致，當(dāng)固化劑組分過量時，表現(xiàn)為漆膜硬脆和易開裂；當(dāng)固化劑組分不足時，會出現(xiàn)漆膜不干或者假干的情況。

2.5 綜合理化性能評價

對直升機(jī)紅外隱身涂料進(jìn)行理化性能檢測，結(jié)果見表3。

表3 漆膜性能檢測結(jié)果Table 3 Coating performance test results

由表3檢測結(jié)果可見，直升機(jī)紅外隱身涂料的常規(guī)物理機(jī)械性能及耐性可以滿足直升機(jī)用面漆的相關(guān)指標(biāo)要求，紅外隱身涂料除了提供紅外隱身功能，還可起到裝飾及防護(hù)作用。

3 結(jié)語

（1） 同種顏色的紅外隱身涂料，反射型涂料的紅外隱身性能優(yōu)于轉(zhuǎn)化型涂料；

（2） 較低的噴涂黏度可以得到更低的發(fā)射率，即具有更好的紅外隱身性能；

（3） 紅外隱身涂料在噴涂施工時單道噴涂厚度不宜過高，采用單道薄涂、多道施工的方式有利于得到更好的紅外隱身效果；

（4） 紅外隱身涂料與直升機(jī)機(jī)體常用的環(huán)氧聚酰胺底漆、聚氨酯底漆以及聚氨酯面漆相容性良好，可以用于后續(xù)產(chǎn)品的表面防護(hù)以提高直升機(jī)的作戰(zhàn)能力。

（5） 采用單道薄涂，多道施工的方式，適宜的噴涂壓力（0.2～0.3 MPa），同時精確主劑與固化劑的配比，可以有效規(guī)避施工中出現(xiàn)的外觀與性能問題；

（6） 紅外隱身涂料的理化性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，施工性能良好，外觀平整均勻，無漏底、咬起、縮孔等現(xiàn)象，可以滿足直升機(jī)表面防護(hù)以及作戰(zhàn)環(huán)境要求。