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野战输油管道用水性聚氨酯近红外伪装涂料综述,野战输油管道是军事作战中必不可少的装备,且受力较复杂,容易受损暴露,因此本文旨在探讨制备既具有伪装性能,又具有良好机械性能的涂料,以满足作战的需求,中国建材网,cnprofit.com
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野战输油管道用水性聚氨酯近红外伪装涂料综述,野战输油管道是军事作战中必不可少的装备,且受力较复杂,容易受损暴露,因此本文旨在探讨制备既具有伪装性能,又具有良好机械性能的涂料,以满足作战的需求
2019年10月09日    阅读量:320    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

随着现代探测技术、红外侦察等一系列技术飞速发展,如何对抗探测技术、红外侦察,避免各种军事目标被探测是我军的必备技能。近年来,世界各国军事科学家对红外伪装技术的研究高度重视。红外诱饵、伪装涂料、伪装网、隐身烟幕等都是具有防红外侦视的方法中国建材网cnprofit.com


因为涂料有很多优点,如易于使用,特别适用现场的快速伪装,并适宜任何外形的武器装备,对设计的要求也不高,特别适宜于现有的装备,可制成伪装罩或伪装网等,因此伪装涂料是最具有发展前景的红外伪装技术之一。


现代战争中油料的需求量在增加,野战输油管道也越来越重要。野战输油管道显然已成为军事作战中必不可少的装备。野战输油管道的伪装就是用伪装涂料来实现的。水性聚氨酯涂料以水为溶剂,属于环保型涂料的一种,不仅具有安全可靠、节能、不污染环境、不易燃烧、无毒等优点,而且还具有溶剂型聚氨酯涂料的一些优异的机械性能及耐老化、耐化学性能。因此本文研究的野战输油管道用近红外伪装涂料选用水性聚氨酯涂料。

 

1 野战输油管道的特殊性

野战输油管道作为装配式的一种管道,通常是通过快速接头(承接插头式或插槽头式)进行连接,作战或者军事演习时直接铺设于野外或地面上,特点如下:

1)易暴露军情。因为输油管道直接铺设于地面,容易被红外侦察仪探测到。因此必须采取伪装防护措施,尤其是管道接头处,其面积较大,且无伪装性能,在接头处可通过涂覆伪装涂料,提高伪装性能。

2)受力较复杂。一般野战输油管道直接在地面铺设,受力非常复杂。管外除有巨大的弯曲应力外,管道内部还有石油流动产生的纵向和环向应力,这些应力的存在,使管道中原先存在的缺陷处应力集中,从而使管道破坏更严重。

3)机械损伤严重。军事作战中,野战输油管道需要经常现场装配,改变作战位置时要拆卸和搬运,会导致管道受到机械损伤,如管道外壁被摩擦损伤,则会破坏管道的防腐层使管道容易腐蚀。另外,由于管道受到摩擦或冲撞的作用,使管道的疲劳强度降低。由于野战输油管道的特殊性,故要求管道接口处实现伪装,且伪装涂层需具备良好的附着力及耐磨性等。

 

2 近红外伪装涂料的性能要求

伪装涂料要实现目标的近红外伪装性能,其基本要求是:

1)涂层本身的颜色与目标所处的背景色彩相同;

2)在可见光与近红外波段内,涂层的红外反射曲线最大可能与其所处的背景环境的红外反射曲线一致。通常要求采用各种不同颜色配方的涂料进行涂覆目标,以达到目标在可见光与近红外范围内隐身。

一般的近红外伪装即可见光- 近红外波段的伪装,大家都把近红外伪装视为叶绿素伪装,因此这种具有近红外伪装功能的涂料必须在红外探测仪探测到的各个光谱区间内得到的光谱反射曲线与周围绿色植被环境反射得到的反射曲线近似相同,其特点为有极高的红外反射率。即可满足被伪装的物体与背景融合为一体,难以区分。不同植被的红外反射曲线存在差别,由于物体所处的环境不同,所以需满足的光谱反射曲线亦不同。不同植物光谱反射曲线见图1。

不同植物光谱反射曲线

野战输油管道用水性聚氨酯近红外伪装涂料综述,野战输油管道是军事作战中必不可少的装备,且受力较复杂,容易受损暴露,因此本文旨在探讨制备既具有伪装性能,又具有良好机械性能的涂料,以满足作战的需求 中国建材网,cnprofit.com

利用红外线探测目标时,红外线是探测不到色彩变化的,它是以目标与背景的亮度差异为依据探测目标的。在近红外波段内,一般绿色颜料的亮度是低于自然植物的亮度的,如果用一种绿色颜料来模拟绿色植被,不能达到相同程度的亮度,目标会很容易被探测到。因此要合理选择颜料并进行调配,使制得的伪装涂料的红外反射曲线与其所处的背景相似,并且处在规定的偏差范围内。草绿色伪装涂料光谱反射曲线最大允许偏差见图2。

草绿色伪装涂料光谱反射曲线最大允许偏差

野战输油管道用水性聚氨酯近红外伪装涂料综述,野战输油管道是军事作战中必不可少的装备,且受力较复杂,容易受损暴露,因此本文旨在探讨制备既具有伪装性能,又具有良好机械性能的涂料,以满足作战的需求 中国建材网,cnprofit.com

近红外伪装涂料不仅要能够满足大致符合植物叶绿素的反射曲线,而且还要尽量避免镜面反射且在近红外区域具有高反射率。因此涂料需为无光或平光,漆膜光泽度要尽量低,这样物体在涂覆了伪装涂料后可以很好地实现伪装。野战输油管道的重要性及特殊性不仅要求伪装涂料实现伪装且伪装涂料需具备优异的机械性能,如:耐磨擦性、耐腐蚀性、耐水等。而涂膜的附着力为重要的性能指标,附着力的好坏可影响涂膜的耐冲击性、柔韧性、耐磨性等。因此野战输油管道用水性伪装涂料需在满足伪装的性能基础上拥有较高的附着力。

 

3 水性聚氨酯涂料性能特征及发展趋势

水性聚氨酯涂料应用很广泛,因具有很多优异的性能,如:优异的机械性能,适用于对耐摩擦和硬度要求高的物体;因其融合性好且附着力强,可被用于装饰外表和保护性能的涂膜;因其分子间结合作用强,涂膜性能稳定,耐腐蚀性能、耐化学药品性能强;能和多种树脂混溶,有很强的调节能力,可根据涂膜性能的要求,调节其成分比例来满足;可施工时间长,既能在较高温度下固化成膜,也能在低温下固化。但水性聚氨酯涂料因其分散体为水,也存在不足之处,如:成本较高;单组分涂料整体综合性能不尽如意,双组分涂料不方便运输;干燥时间长;涂膜的丰满度、鲜映度、硬度及涂料的固化时间等较溶剂型涂料差。

水性聚氨酯涂料因其溶剂为水,因此其耐水性能较差。另外,在涂料施工与涂料应用范围和性能方面,也存在许多缺点。具体表现在涂料施工后,干燥速率慢,尤其是双组分水性聚氨酯涂料干燥时间长;水性涂料对底材有要求,因其含有水易对铁质材料引起腐蚀;水性涂料体系表面张力大,制备涂料时对颜料润湿分散性差,施涂于底材时对基材浸润性差。为改善水性聚氨酯涂料的性能,国内外都加大了对其的研究,并且取得了显著的成果,水性聚氨酯涂料正以强劲的势头进军涂料市场,发展趋势如下:

1)配套生产,商品化加快。加强水性聚氨酯适用的配套助剂的研究及生产,改善水性聚氨酯涂料制备的车间设计及施涂工艺与环境的设定,使该产品的商品化步伐加快。

2)降低成本,方便施工。降低水性聚氨酯涂料的原料成本,分散体可用粉末状替代,聚氨酯可用高固含量聚氨酯替代,便可降低成本并且使用方便。

3)拓宽领域,提高性能。采用丙烯酸酯对水性聚氨酯乳液进行改性,乳液综合了聚丙烯酸酯和聚氨酯的优点,显著地提高了水性聚氨酯耐候、耐溶剂、耐水等性能的同时,又能保存其原有的优点[8]。

综上所述,水性聚氨酯的研究正朝着零污染、提高性能、拓宽应用领域、降低成本等方向发展。

 

4 水性聚氨酯近红外伪装涂料性能影响因素

4.1 涂料组成成分的影响

近红外伪装涂料一般由3 部分组成:一是成膜物质即树脂;二是颜料,颜料用来调节涂膜颜色,使之具有可见光下的彩色效果,同时使之红外反射图谱更趋近于叶绿素的红外反射曲线;三是填料,填料一般为无机矿物质,其主要功效是改变涂膜表面的光亮度,提高涂料的加工性及涂膜的物理机械性能和耐化学品性能。为了制定合格的伪装涂料配方,大幅度降低涂料在相应波段的光谱发射率,重点研究方向可以放在探索发现光谱发射率较低的水性成膜物质上。制备低发射率的近红外伪装涂料可从3 方面着手:一是成膜物质,成膜物质要在红外波段具有良好的透明性或低发射率,如国外有报道称:“科腾树脂,尽管其力学机械性能不是很好,但可以选用为伪装涂料的成膜物质,因为其在8 ~ 14 μm 波段的平均红外发射率很低,在近红外波段有良好的透明性”;二是可在颜填料方向上想办法,比如调整着色颜料,在目前广泛使用的铬绿中添加钴绿,或者调整填料在涂料配方中的比率;三是涂料涂层必须要有良好的力学性能,这方面可添加涂料助剂使其满足力学性能要求。

涂料中使用助剂,只要配比合适,能够大幅度改善涂料和涂膜的性能。涂料的最终成膜才能满足各种需求,所以涂膜的好坏直接决定涂料的配制。而涂料成膜后往往会有很多缺陷,如:橘皮、缩孔、气泡、针孔等。大多数涂膜缺陷是由于涂膜中的物料流动引起的。表面张力是涂膜流平和流动的主要动力,要得到平整、光滑的涂膜表面,必须调整和控制涂膜的表面张力。加入表面活性剂类助剂可以降低涂料体系表面张力,使涂膜流平性良好,但由于表面张力降低,在搅拌过程中就会混入大量气泡,涂膜干燥时,气泡在涂膜中难消除,出现缩孔气泡等缺陷。而水性聚氨酯的表面状态较差,因为水的表面张力比较高,不容易润湿颜填料和底材,尤其更难润湿除油,除尘不干净的底材,为提高体系的润湿性必须加入润湿分散剂,同时也可改善体系的流平性,但润湿分散剂是一种表面活性剂,它的加入常在乳液中产生泡沫,因此,要在加入润湿分散剂的同时加入消泡剂,才能使涂膜表面平整,性能良好。

4.2 施工工艺的影响

“三分涂料,七分工艺”,涂料的施工工艺在很大程度上影响涂膜的性能好坏,而且涂料质量的优劣和合理选择施工方法都会影响涂膜的性能。对于伪装涂料来说,当漆膜表面越光滑时,目标的红外发射率就越低,伪装性能就越好,但是,光滑表面能对太阳等主动辐射源产生强烈的镜面反射,这样目标在某一方向的反射强度将大大增加,伪装效果严重下降,所以应变换涂料施工方法,增大目标表面的粗糙度,形成对伪装有利的漫反射。可见,相同的伪装涂料,在不用的涂料施工方法下伪装性能差异很大。有研究表明,伪装涂料的伪装性能和涂覆目标的涂膜厚度有关,常温下涂膜的红外反射性能主要由靠近表面的35 ~ 40 μm 的部分决定。

4.3 颜料体积浓度的影响

涂料的颜料体积浓度在实际生产和科学研究中成为描述和制定涂料配方的重要参数。颜料体积浓度指在基料和颜料的总体积中,颜料所占的体积分数,用PVC 表示。当树脂逐渐加入到颜料中时,颜料粒子间的空隙随着树脂的不断加入而不断减少,当树脂恰好填满全部的空隙及完全覆盖了颜料粒子表面时,此时的颜料体积浓度称为临界颜料体积浓度,用CPVC 表示。当PVC 低于CPVC,树脂在涂膜中有过剩体积,颜料颗粒不是紧密堆积;当PVC 高于CPVC 时,没有足够的树脂填满颗粒之间的全部体积,涂膜中出现的空隙是空气泡。PVC 对涂膜性能有很大影响,涂膜机械性能一般随PVC 增大而增强,至CPVC 时达到最大值,后又减弱。

在涂料的特殊性能确定后,涂料中相应的树脂、颜填料也基本确定下来,此时涂料性能会受成膜物质、颜料和填料的比例影响。设计试验配方时可通过使用颜料体积浓度的概念会更简便、准确,且因得到的涂料性能与期望性能很接近,会大大减小试验工作量。


5 结语

随着高科技的不断发展和应用,敌军对战场形势的探测预知能力不断增强,部队生存面临严重的威胁。为提高军队的生存能力,各国正不断进行伪装功能设备的改善及推进伪装技术的创新。


地面军事装备与武器所处的环境会随战争的地域不断改变,背景也要因地域而变,因此当今的伪装涂料要考虑到这种多变的环境,尽量能在各种环境下都能实现伪装,使涂料具有多波段性能兼容的特性,不仅可以节省伪装的原料与成本,也为作战带来很大的便利;并且要采用新材料新技术来提高涂层的性能,提高军用涂料对目标伪装的可靠性,同时提高伪装作业设备的机械化程度,确保军队的后勤力量。


野战输油管道用近红外伪装水性聚氨酯涂料是针对野战输油管道的特殊性及近红外伪装性能要求研制的,期望能达到伪装性能对抗红外侦查,该涂料依旧存在一些问题,下一步的发展方向即为解决这些问题:涂料施涂于管道表面受力复杂,需使用改性聚氨酯水性涂料并采用合适的施工方式提高涂膜性能,使伪装性能持久;伪装性能的实现是依靠颜料的搭配实现,而现今的伪装涂料正向多波段兼容发展,因此须尝试采用多颜料搭配制备多波段兼容的水性聚氨酯伪装涂料。



野战输油管道用水性聚氨酯近红外伪装涂料综述

亓云飞1,2,丁国清1,2,杨万国1,2(1.钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所,山东青岛266071;2.青岛钢研纳克检测防护技术有限公司,山东青岛266071)


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