2002年評(píng)為無(wú)錫市高新技術(shù)企業(yè)、2007年評(píng)為江蘇省高新技術(shù)企業(yè),并通過(guò)ISO9001認(rèn)證,AAA級(jí)資信企業(yè)
文章編號(hào) | 1009-265X(2022)01-0061-09
來(lái)源 | 《現(xiàn)代紡織技術(shù)》2022年第30卷，第1期，
作者 | 趙洪杰，祝成炎，金肖克，翁小霞，田 偉
( 浙江理工大學(xué)先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 )
作者簡(jiǎn)介 | 趙洪杰(1996-)，男，河南洛陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事紅外隱身紡織材料方面的研究。
定型機(jī)、涂層機(jī)專業(yè)生成廠家無(wú)錫前洲興華機(jī)械2022年4月8日訊 為制備一種紅外隱身復(fù)合材料，以低發(fā)射率機(jī)織物作為上下表層，隔熱涂層作為中間層，采用熱壓工藝得到了一種三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。其中低發(fā)射率機(jī)織物選取FDY滌綸長(zhǎng)絲為經(jīng)紗，鍍銀尼龍長(zhǎng)絲為緯紗；隔熱涂層選取表面改性的SiO?氣凝膠為功能填料，E51環(huán)氧樹脂為成膜劑。對(duì)鍍銀纖維和SiO?氣凝膠顆粒的形貌結(jié)構(gòu)、機(jī)織物的紅外發(fā)射率、隔熱涂層膜的導(dǎo)熱系數(shù)、復(fù)合材料的紅外隱身性能等進(jìn)行了測(cè)試與分析，確定了最佳工藝條件。結(jié)果表明：當(dāng)SiO?氣凝膠粒徑為15 μm、在涂層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，涂層膜的隔熱性能最好，導(dǎo)熱系數(shù)低至0.05835 W/(m·K)，同時(shí)對(duì)應(yīng)復(fù)合材料的紅外隱身效果最好，使用復(fù)合材料偽裝熱源目標(biāo)并用熱紅外成像儀進(jìn)行測(cè)試，可以得出材料表面與周圍環(huán)境的圖像灰度差和紅外輻射溫度差最小。
關(guān)鍵詞 低發(fā)射率機(jī)織物；SiO?氣凝膠；隔熱涂層；三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料；紅外隱身性能
紅外隱身技術(shù)是指通過(guò)減小目標(biāo)與環(huán)境的紅外輻射強(qiáng)度差，使紅外偵察設(shè)備不能或不易偵查到目標(biāo)單位，從而達(dá)到紅外隱身的效果[1]。但隨著紅外探測(cè)技術(shù)的不斷提高，尤其是紅外感溫探測(cè)儀和熱紅外成像儀不斷的智能和精準(zhǔn)化，必須通過(guò)更高效的紅外隱身技術(shù)來(lái)降低軍事目標(biāo)被偵探到的概率[2]。根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律可知，物體的紅外輻射強(qiáng)度大小主要取決于其表面的溫度和發(fā)射率，在目標(biāo)表面溫度接近環(huán)境溫度時(shí)，發(fā)射率起主要作用；當(dāng)目標(biāo)表面溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度時(shí)，溫度對(duì)紅外輻射強(qiáng)度的影響則更大[3]。目前，紅外隱身紡織材料的制備多采用降低發(fā)射率的方式，如在織物表面涂覆低發(fā)射率涂層、使用低發(fā)射率紗線織造成布等，使用這些紅外隱身材料偽裝目標(biāo)，雖能實(shí)現(xiàn)一定的紅外隱身效果[4]，但隨著目標(biāo)表面溫度的提高，紅外隱身效果會(huì)逐漸變差。就當(dāng)前的研究來(lái)看，單一降低目標(biāo)的紅外發(fā)射率不能達(dá)到理想的紅外隱身效果，因此紅外隱身材料的研究需要從控制溫度和降低發(fā)射率兩個(gè)方面著手，要求紅外隱身材料不僅具有低紅外發(fā)射率，而且具有一定的隔熱性能。
由于金屬有著較低的紅外發(fā)射率，纖維表面通過(guò)鍍金屬層能有效地降低其紅外發(fā)射率[5]，在眾多金屬中，銀的發(fā)射率低至0.02，鍍銀纖維有著較低的發(fā)射率，可以應(yīng)用于紅外隱身紡織材料上。Chu等[6]采用真空熱壓法制備了銀粒子改性碳納米管紙/玻璃鋼復(fù)合材料，用少量銀子改性后，復(fù)合材料的紅外發(fā)射率從0.45降到0.20，說(shuō)明金屬銀能有效降低材料的發(fā)射率。SiO?氣凝膠為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)材料，具有納米級(jí)別的孔徑和極高孔隙率，這種結(jié)構(gòu)使它能夠有效限制氣態(tài)和固態(tài)熱傳導(dǎo)，因此有著極低的導(dǎo)熱系數(shù)，是目前隔熱性能最好的固體材料之一[7-8]。劉國(guó)熠等[9]制備了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SiO?氣凝膠單層涂層柔性紡織復(fù)合材料，對(duì)比分析得出氣凝膠含量的增加可以提高材料的隔熱性能。另外有研究表明納米微粒的尺寸小于紅外波長(zhǎng)，對(duì)紅外波的透過(guò)率要明顯大于其他物質(zhì)，這就使得它對(duì)紅外波的反射率大大減小，對(duì)紅外波長(zhǎng)有吸收特性[10-11]，因此SiO?氣凝膠對(duì)于中遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)有較強(qiáng)的吸收特性，可以應(yīng)用于紅外隱身方面。
本文從低紅外發(fā)射率和控制溫度兩方面出發(fā)，制備了一種紅外隱身復(fù)合材料。首先選取FDY滌綸長(zhǎng)絲作為經(jīng)紗，鍍銀尼龍長(zhǎng)絲作為緯紗，制備了一種機(jī)織物；隨后選用硅烷偶聯(lián)劑表面改性的SiO?氣凝膠作為功能填料，與E51環(huán)氧樹脂復(fù)合制備了隔熱涂層，并對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試分析；最后以機(jī)織物作為上下表層，隔熱涂層作為中間層，采用熱壓工藝制備了一種兼具低紅外發(fā)射率和良好隔熱性能的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，復(fù)合材料具有較好的紅外隱身性能和隔熱性能，不僅可以應(yīng)用于軍事隱身領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于煉鋼、消防等高溫環(huán)境的熱防護(hù)，具有一定的研究意義。
實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
紗線：FDY滌綸長(zhǎng)絲(纖度5.56 tex，直徑0.089 mm，杭州碩林紡織有限公司)；鍍銀尼龍長(zhǎng)絲(纖度15.56 tex，直徑0.327 mm，紹興運(yùn)佳紡織品有限公司)；
功能填料：SiO?氣凝膠粉末(粒徑100 μm，廊坊雨田環(huán)保科技有限公司)；SiO?氣凝膠粉末(粒徑15 μm和50 μm，深圳中凝科技有限公司)；
樹脂及固化劑：環(huán)氧樹脂(E51(618)，上海奧屯化工科技有限責(zé)任公司)；593固化劑(上海奧屯化工科技有限責(zé)任公司)；
溶劑和助劑：KH560(γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，杭州米克化工儀器有限公司)；冰醋酸(乙酸，浙江騰宇新材料科技有限公司)；無(wú)水乙醇；去離子水。
1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
DZF-6050型真空干燥箱(揚(yáng)州慧科電子有限公司)；遠(yuǎn)紅外放射率測(cè)試儀(上海滬羽機(jī)電科技有限公司)；GeminiSEM500型號(hào)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(德國(guó)卡爾蔡司公司)；QLB-25T型半自動(dòng)平板硫化機(jī)(江蘇無(wú)錫市中凱橡膠機(jī)械有限公司)；傅里葉紅外光譜儀(布魯克光譜儀器有限公司)；TPS-2500S型Hot Disk熱常數(shù)分析儀(瑞典凱戈納斯有限公司)；E5 XT型熱紅外成像儀(前視紅外光電科技(上海)有限公司)。
實(shí)驗(yàn)方法
2.1 低發(fā)射率機(jī)織物制備
由于鍍銀長(zhǎng)絲強(qiáng)力較小很難作為經(jīng)紗上機(jī)織造，所以經(jīng)紗選用FDY滌綸長(zhǎng)絲，緯紗選用鍍銀尼龍長(zhǎng)絲。經(jīng)了解，織物孔徑越小，通過(guò)織物空隙透出的紅外輻射強(qiáng)度越小，紅外隱身效果就越好[12]，所以要保證機(jī)織物具有較小孔徑。
平紋織物在相同紗線循環(huán)數(shù)中交織次數(shù)最大，平均浮長(zhǎng)最短，所以在其他條件相同情況下，平紋織物的孔徑最小且最為緊密[13]，故織物組織設(shè)置為平紋組織。織物緊度越大，孔隙越小，根據(jù)緊度計(jì)算公式可知，在紗線直徑一定的情況下，織物緯向緊度與緯密成正比[14]。所以為了保證織物的緊度較大，鍍銀織物的經(jīng)緯密設(shè)置為1100×300根/10 cm，同時(shí)設(shè)置純滌綸織物作為對(duì)照組，并保證織物緊度與鍍銀織物一致，具體參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 機(jī)織物的設(shè)計(jì)參數(shù)
Tab.1 Design parameters of woven fabrics
2.2 隔熱涂層的制備
2.2.1 SiO?氣凝膠的改性處理
SiO?氣凝膠由于粒徑小，表面能大易團(tuán)聚，與環(huán)氧樹脂的相容性較差，為了促進(jìn)氣凝膠在樹脂中分散，改善其與環(huán)氧樹脂的親和力，需要對(duì)其進(jìn)行表面改性處理[15]。硅烷偶聯(lián)劑KH560含有甲氧基基團(tuán)，在醇溶液中水解后能產(chǎn)生硅羥基并與SiO?氣凝膠表面的羥基鍵合，使SiO?氣凝膠表面接支偶聯(lián)劑，KH560偶聯(lián)劑分子同時(shí)還存在親有機(jī)材料的環(huán)氧基團(tuán)，根據(jù)相似相溶原理，它與環(huán)氧樹脂有較好的相容性，能夠使氣凝膠顆粒在涂層中分散得更均勻[16]，改性實(shí)驗(yàn)工藝如下：
稱取一定量的乙醇溶液，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的SiO?氣凝膠粉末，常溫下用KQ-5200DE型數(shù)控超聲波清洗器超聲分散30 min，得到均勻懸浮液，加入少量冰醋酸調(diào)節(jié)pH為5左右，再向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的硅烷偶聯(lián)劑KH560，在水浴鍋 50 ℃ 下攪拌30 min使其充分反應(yīng)，得到均勻的改性SiO?氣凝膠醇溶液，去除溶劑并烘干得到改性后的SiO?氣凝膠粉末。
2.2.2 制備隔熱涂層
稱取一定量的環(huán)氧樹脂在水浴鍋70 ℃下預(yù)熱15 min增加其流動(dòng)性，加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性SiO?氣凝膠粉末，使用電動(dòng)攪拌器攪拌30 min使其混合均勻，待樹脂冷卻到常溫，按照1∶5的比例加入固化劑，攪拌15 min得到質(zhì)地均勻的涂層。
為了探究氣凝膠粒徑大小和添加量對(duì)涂層隔熱性能的影響，制備了8種涂層膜。每次稱取8 g的涂層液鋪滿整個(gè)塑料皿，并保持表面平整，常溫固化48 h得到質(zhì)地均勻的涂層膜，制備過(guò)程如圖1所示。
圖1 SiO?氣凝膠改性前后的紅外光譜圖
Fig.1 Infrared spectra of SiO? aerogel before
and after modification
根據(jù)氣凝膠粒徑大小制備了3種涂層膜編號(hào)a1～a3，氣凝膠的粒徑分別為15、50、100 μm；根據(jù)SiO?氣凝膠在涂層中的添加量制備了5種不同濃度的涂層膜b?～b? 。為了方便對(duì)比，其中a1與b3為同一種涂層，b0為純環(huán)氧樹脂作為空白對(duì)照，具體參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 不同涂層的工藝參數(shù)
Tab.2 Process parameters of different coatings
2.3 三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備
將a、b兩組8種不同的涂層均勻涂覆在10 cm×10 cm織物中間層，使用平板硫化儀熱壓成型，制得機(jī)織物/隔熱涂層三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，為了保證復(fù)合材料的厚度為2 mm，選用2 mm的墊片，熱壓參數(shù)設(shè)置為溫度160 ℃，壓強(qiáng)1 MPa，熱壓時(shí)間 5 min，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)如圖2所示。制備的復(fù)合材料如圖3所示。
圖2 隔熱涂層膜的制備過(guò)程
Fig.2 Preparation process of thermal
insulation coating films
圖3 三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)
Fig.3 Sandwich structure composite structure
性能表征
3.1 形貌表征
使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察鍍銀尼龍纖維和SiO?氣凝膠顆粒的表面形貌，分析纖維和氣凝膠的形貌結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。
3.2 機(jī)織物紅外發(fā)射率測(cè)試
參照GB/T 30127—2013《紡織品遠(yuǎn)紅外性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》，使用遠(yuǎn)紅外放射率測(cè)試儀對(duì)鍍銀織物和純滌綸織物進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品測(cè)試3次取平均值。
3.3 涂層膜隔熱性能的測(cè)試
使用Hot Disk熱常數(shù)分析儀對(duì)不同種類的涂層膜樣品進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試，測(cè)試方法為瞬態(tài)平面熱源法，探頭選用7577號(hào)，試驗(yàn)環(huán)境溫度為20 ℃，每個(gè)樣品測(cè)試3次取平均值。
3.4 熱紅外隱身性能的表征
利用樣品材料來(lái)偽裝熱源目標(biāo)，并使用熱紅外成像儀來(lái)探究紅外隱身效果的好壞。具體測(cè)試操作步驟：將樣品材料鋪放在恒溫加熱臺(tái)上，5 min后采用熱紅外成像儀垂直拍攝，每次拍攝都保持熱成像儀與樣品的距離保持為1 m。將紅外熱像圖導(dǎo)入FLIR Tools軟件中得到圖像上所有區(qū)域的輻射溫度，通過(guò)對(duì)比不同圖像中樣品材料表面與周圍環(huán)境的圖像灰度差和紅外輻射溫度差來(lái)比較紅外隱身性能好壞，圖像灰度差和紅外輻射溫度差越小，說(shuō)明材料的紅外隱身效果越好。
結(jié)果與分析
4.1 鍍銀纖維及SiO?氣凝膠顆粒的表面形貌
圖4為鍍銀尼龍纖維和SiO?氣凝膠顆粒的掃描電鏡圖，從圖4(a)可以看出，鍍銀纖維表面附著了大量銀顆粒，因?yàn)榻饘巽y的發(fā)射率低至0.02左右，所以鍍銀纖維與一般纖維相比有較低發(fā)射率。圖4(b)為粒徑大小15 μm的SiO?氣凝膠顆粒，從其表面形貌可以看出SiO?氣凝膠顆粒為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有較高的孔隙率。在氣相傳導(dǎo)方面，由于空氣分子運(yùn)動(dòng)的平均自由程要大于氣凝膠的孔徑，這就嚴(yán)重限制了空氣分子的自由運(yùn)動(dòng)，存在于SiO?氣凝膠內(nèi)部孔隙的空氣分子很難發(fā)生碰撞，故氣體的熱傳導(dǎo)受到限制；在固相傳導(dǎo)方面，氣凝膠復(fù)雜的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)了傳熱路徑，增加了固相傳熱的復(fù)雜性。因此SiO?氣凝膠這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使它有著極小的導(dǎo)熱系數(shù)，可以被廣泛應(yīng)用于隔熱防護(hù)領(lǐng)域。
4.2 改性前后SiO?氣凝膠的紅外分析
為分析SiO?氣凝膠的改性效果，采用傅里葉紅外光譜儀對(duì)改性前后的SiO?氣凝膠粉末進(jìn)行測(cè)試，紅外光譜如圖5所示。
如圖5所示，對(duì)比改性前后氣凝膠的紅外光譜曲線可以發(fā)現(xiàn)，改性SiO?氣凝膠在2970 cm^-1處的—CH?伸縮振動(dòng)峰明顯增強(qiáng)，并且在1410 cm^-1處出現(xiàn)了—CH?—伸縮振動(dòng)峰，因?yàn)榕悸?lián)劑KH560中存在亞甲基和甲基，所以說(shuō)明偶聯(lián)劑KH560成功接支在了SiO?氣凝膠上；改性后的曲線在1080 cm^-1處的Si—O—Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰和850 cm^-1處的Si—O—Si對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰較未改性之前明顯增強(qiáng)，這是由于偶聯(lián)劑KH560發(fā)生水解產(chǎn)生Si—OH基團(tuán)，進(jìn)一步與SiO?氣凝膠的Si—OH基團(tuán)反應(yīng)形成Si—O—Si基團(tuán)，使其振動(dòng)峰增強(qiáng)。其中改性實(shí)驗(yàn)原理如下：
圖5 鍍銀纖維和不同粒徑SiO?氣凝膠的表面形貌
Fig.5 Surface morphology of silver-plated fiber
and SiO? aerogel with different particle sizes
a)偶聯(lián)劑KH560中與硅相連的3個(gè)甲氧基水解成硅羥基：
b)硅羥基之間脫水縮合成含Si—OH的低聚硅氧烷：
c)低聚物與SiO?氣凝膠表面的Si—OH形成氫鍵并進(jìn)一步脫水形成Si—O—Si基團(tuán)：
4.3 機(jī)織物紅外發(fā)射率的分析
采用遠(yuǎn)紅外放射率測(cè)試儀對(duì)機(jī)織物的紅外發(fā)射率進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
表3 機(jī)織物紅外發(fā)射率的測(cè)試結(jié)果
Tab.3 Test result of infrared emissivity of woven fabric
從表3中可知，在兩種機(jī)織物組織、緊度一定的情況下，鍍銀織物的紅外發(fā)射率為0.749左右，對(duì)照組純滌綸織物的紅外發(fā)射率為0.828左右，說(shuō)明選取低發(fā)射率的鍍銀紗線作為緯紗，制備的機(jī)織物具有更低的紅外發(fā)射率。
4.4 SiO?氣凝膠粒徑大小對(duì)涂層膜隔熱性能和復(fù)合材料紅外隱身性能的影響
4.4.1 SiO?氣凝膠粒徑大小對(duì)涂層膜隔熱性能的影響
為探究氣凝膠粒徑大小對(duì)涂層膜隔熱性能的影響，使用Hot Disk熱常數(shù)儀對(duì)樣品a1～a3 的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，其中a1～a3分別為粒徑大小為15、50、100 μm的SiO?氣凝膠涂層膜，每個(gè)樣品測(cè)試3次取平均值，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。
圖6 不同粒徑SiO?氣凝膠隔熱涂層膜的導(dǎo)熱系數(shù)
Fig.6 Thermal conductivity of SiO? aerogel thermal
insulation coating films with different particle sizes
從圖6可以看出，樣品a1的導(dǎo)熱系數(shù)最小，a2次之，a3最大，但a?與a3差異不大，即隨著SiO?氣凝膠粒徑的增大，涂層膜的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大。一方面是因?yàn)椋琒iO?氣凝膠在環(huán)氧樹脂中能夠形成熱阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而降低涂層膜的導(dǎo)熱系數(shù)，一旦氣凝膠分散不均勻成聚集狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)熱短路現(xiàn)象，大大降低了涂層的隔熱性能。有研究表明，粒子粒徑越小，其布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，擴(kuò)散系數(shù)越大，在流體中越不易團(tuán)聚和沉積，分散穩(wěn)定性越好[17-18]，所以粒徑小的SiO?氣凝膠顆粒在涂層中的分散性更均勻，涂層的隔熱性能也越好；另一方面是因?yàn)樾×降腟iO?氣凝膠顆粒比表面積更大，相應(yīng)的界面熱阻也更大，隨著氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，這種熱阻差異會(huì)更明顯，所以粒徑小的SiO?氣凝膠涂層膜隔熱性能相對(duì)更好。
4.4.2 SiO?氣凝膠粒徑大小對(duì)復(fù)合材料紅外隱身性能的影響
如圖7(a)～圖7(c)所示，分別為粒徑大小為15、50、100 μm的SiO?氣凝膠復(fù)合材料紅外熱像圖，分別用A1、A2和A3表示。圖7中Bx1區(qū)域表示復(fù)合材料表面的紅外輻射溫度，Bx2區(qū)域表示熱源目標(biāo)的紅外輻射溫度，Bx3區(qū)域表示周圍環(huán)境的紅外輻射溫度，通過(guò)Bx1和Bx3的圖像灰度差和紅外輻射平均溫差來(lái)比較不同樣品紅外隱身效果的好壞。
從圖7可以看出，復(fù)合材料A1表面與周圍環(huán)境的圖像灰度差和紅外輻射溫度差最小，A3最大，A1～A3的紅外輻射溫度差分別為3、3.3 ℃和 3.7 ℃，即三者的紅外隱身效果A1>A2>A3，但差異不是很大，這是因?yàn)殡S著粒徑的減小，涂層的導(dǎo)熱系數(shù)也小幅度減小，對(duì)熱源目標(biāo)的熱量傳遞阻隔更大，因此對(duì)應(yīng)復(fù)合材料的紅外隱身效果也相對(duì)更好。
4.5 SiO?氣凝膠含量對(duì)涂層膜隔熱性能及復(fù)合材料紅外隱身性能的影響
4.5.1 SiO?氣凝膠添加量對(duì)涂層膜隔熱性能的影響
如圖8所示為SiO?氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、3%、6%、9%、12%的涂層膜導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比圖，5種涂層膜分別用b0～b4表示。
圖8 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SiO2氣凝膠隔熱涂層膜的
導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比
Fig.8 Comparison of thermal conductivity of SiO2
aerogel thermal insulation coating films with
different mass fractions
從圖8可以看出，純環(huán)氧樹脂涂層膜b?導(dǎo)熱系數(shù)為0.1985 W/m·K，隔熱性能較差，隨著SiO?氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，涂層膜的導(dǎo)熱系數(shù)減小，隔熱性能逐漸變好，當(dāng)氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，樣品b4的導(dǎo)熱系數(shù)低至0.05835 W/m·K。由于SiO?氣凝膠顆粒的熱阻極大，當(dāng)熱量在涂層內(nèi)部傳遞時(shí)，SiO?氣凝膠顆粒延長(zhǎng)了傳熱路徑，從而大大降低了涂層膜的熱導(dǎo)率，氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，這種隔熱效果越明顯，因此涂層膜的隔熱性能隨著SiO?氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而提高。
4.5.2 SiO?氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料紅外隱身性能的影響
如圖9(a)～圖9(e)所示為SiO?氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、3%、6%、9%、12%的5種復(fù)合材料紅外熱像圖，分別用B?～B?表示。
從圖9可以看出，復(fù)合材料B0～B4表面與周圍環(huán)境的圖像灰度差和紅外輻射溫度差逐漸減小，紅外輻射溫度差分別為8.5、6.9、4.2、3、2 ℃，即隨著SiO?氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合材料的紅外隱身效果逐漸變好，與對(duì)應(yīng)的涂層膜導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)相同的大小規(guī)律，因此降低材料的導(dǎo)熱系數(shù)在一定條件下能夠有效地提高材料的紅外隱身性能。
結(jié) 論
采用FDY滌綸長(zhǎng)絲和鍍銀尼龍長(zhǎng)絲為經(jīng)緯紗制備了平紋機(jī)織物，并對(duì)其紅外發(fā)射率進(jìn)行了測(cè)試，然后采用硅烷偶聯(lián)劑表面改性的SiO?氣凝膠和E51環(huán)氧樹脂制備了隔熱涂層，最后以機(jī)織物為上下表層，SiO?氣凝膠隔熱涂層為中間層制備了一種三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，對(duì)隔熱涂層膜的導(dǎo)熱系數(shù)和復(fù)合材料的紅外隱身性能進(jìn)行了測(cè)試，得出以下結(jié)論：
a)在織物組織和緊度相同的情況下，以滌綸長(zhǎng)絲和鍍銀尼龍長(zhǎng)絲作為經(jīng)緯紗制備的平紋織物紅外發(fā)射率為0.749，經(jīng)緯紗均為滌綸長(zhǎng)絲的平紋織物紅外發(fā)射率為0.828，說(shuō)明鍍銀纖維作為織物紗線原料，能有效降低織物的紅外發(fā)射率。
b)使用硅烷偶聯(lián)劑KH560醇溶液對(duì)SiO?氣凝膠做表面改性處理，并對(duì)改性后的SiO?氣凝膠粉末進(jìn)行紅外分析，根據(jù)紅外光譜圖中振動(dòng)峰的變化可以得出SiO?氣凝膠表面成功接枝了偶聯(lián)劑KH560。
c)以機(jī)織物作為上下表層，SiO?氣凝膠隔熱涂層作為中間層，采用熱壓工藝制備了復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)確定了最佳工藝參數(shù)，其中熱壓溫度為160 ℃，熱壓壓強(qiáng)為1 MPa，熱壓時(shí)間為5 min，墊片厚度為2 mm。
d)對(duì)比3種不同粒徑大小SiO?氣凝膠涂層膜的隔熱性能發(fā)現(xiàn)，SiO?氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時(shí)，粒徑大小15 μm的SiO?氣凝膠隔熱涂層膜導(dǎo)熱系數(shù)為 0.072 71 W/m·K，粒徑大小50 μm的為 0.078 71 W/m·K，粒徑大小100 μm的為 0.079 97 W/m·K，即隨著粒徑的增大，導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增大；使用對(duì)應(yīng)的3種復(fù)合材料偽裝熱源目標(biāo)，并用熱紅外成像儀進(jìn)行紅外隱身測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)隨著SiO?氣凝膠粒徑的增大，材料表面與周圍環(huán)境的圖像灰度差和紅外輻射溫度差逐漸增大，紅外輻射溫度差值分別為3、3.3 ℃和3.7 ℃，即隨著粒徑的增大，紅外隱身效果逐漸變差。
e)對(duì)比5種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)SiO?氣凝膠涂層膜的隔熱性能發(fā)現(xiàn)，隨著涂層膜中氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，隔熱涂層膜的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸減小，當(dāng)涂層中氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，涂層的導(dǎo)熱系數(shù)低至 0.058 35 W/m·K，具備較好的隔熱性能；使用對(duì)應(yīng)的5種復(fù)合材料偽裝熱源目標(biāo)并用熱紅外成像儀進(jìn)行測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)隨著SiO?氣凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，材料表面與周圍環(huán)境的圖像灰度差和紅外輻射溫度差逐漸減小，當(dāng)氣凝膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，紅外輻射溫度相差2 ℃左右，復(fù)合材料的紅外隱身效果最好。
參考文獻(xiàn)
[1] 郝立才,肖紅,劉衛(wèi),等.防熱紅外偵視紡織品的研究進(jìn)展[J].紡織學(xué)報(bào),2014,35(7):158-164.
He Licai, XIAO Hong, LIU Wei, et al. Research development of thermal infrared camouflage textiles[J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(7): 158-164.
[2] 胡杰,路遠(yuǎn),侯典心,等.紅外偽裝技術(shù)研究進(jìn)展[J].激光與紅外,2018,48(7):803-808.
HU Jie, LU Xuan, HOU Dianxin,et al. Research progress of infrared camouflage technology[J]. LASER & INFRARED, 2018, 48(7): 803-808.
[3] LU J H, WANG R F. The implementation method and the development tendency of infrared stealth technology[P]. Applied Optics and Photonics China, 2015, 9674(1): 1-4.
[4] 壽霜霜,田偉,祝成炎.基于灰度評(píng)價(jià)的織物熱紅外輻射性能調(diào)控研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2019,27(3):43-49.
SHOU Shuangshuang, TIAN Wei, ZHU Chengyan, et al.Study on regulation of thermal infrared radiation performance of fabrics based on gray scale evaluation[J]. Advanced Textile Technology, 2019, 27(3): 43-49.
[5] 孫振華,馬建偉.用于芳綸纖維化學(xué)鍍銀的表面改性研究進(jìn)展[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2019,37(10):1-6.
SUN Zhenhua, MA Jianwei. Research progress on surface modification for electroless silver plating of aramid fibers[J]. Technical Textiles,2019, 37(10): 1-6.
[6] CHU H T, ZHANG Z C, LIU Y J, et al. Silver particles modified carbon nanotube paper/glassfiber reinforced polymer composite material for high temperature infrared stealth camouflage[J]. Carbon, 2016,98:557-566.
[7] 許輝,汪牡丹,涂進(jìn)春,等.SiO2氣凝膠對(duì)復(fù)合隔熱涂料性能的影響[J].材料導(dǎo)報(bào),2013,27(14):100-103.
XU Hui, WANG Mudan, XU Jinchun, et al.Effect of SiO2 aerogel on the performance of composite insulation coating[J]. MATERIALS REPORTS, 2013, 27(14): 100-103.
[8] 姜小青.二氧化硅氣凝膠的研究進(jìn)展[J].精細(xì)與專用化學(xué)品,2020,28(9):42-46.
JIANG Xiaoqing.Research progress of silica aerogel[J]. Fine and Specialty Chemicals, 2020, 28(9): 42-46.
[9] 劉國(guó)熠,劉元軍,趙曉明.SiO2氣凝膠含量對(duì)單層涂層柔性復(fù)合材料熱防護(hù)性能的影響[J].紡織科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2019,36(1):102-105.
LIU Guoyi, LIU Yuanjun, ZHAO Xiaoming. Influence of SiO2 aerogel content on the thermal protective performance of single-layer coating flexible composites[J]. Journal of Textile Science and Engineering, 2019, 36(1): 102-105.
[10] 薛峰,強(qiáng)春媚,于美,等.納米氧化亞鎳/玻璃微球復(fù)合粒子的制備及表征[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2008,25(1):100-104.
XUE Feng, QIANG Chunmei, YU Mei, et al. Preparation and characterization of nano NiO/hollow glass sphere composite particles[J].Acta Materiae Compositae Sinica, 2008, 25(1): 100-104.
[11] 趙俊鋒,陳建華.納米紅外吸波材料的研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2009,37(7):8-9.
ZHAO Junfeng, CHEN Jianhua.Research progress of the infrared absorbing nano materials[J]. NEW CHEMICAL MATERIALS, 2009, 37(7): 8-9.
[12] 張文娟,紀(jì)峰,張瑞云,等.毛織物孔隙特征與透濕性關(guān)系[J].紡織學(xué)報(bào),2019,40(1):67-72.
ZHANG Wenjuan, JI Feng, ZHANG Ruiyun, et al.Study on relationship between capillary characteristics and moisture permeability of wool fabrics[J]. Journal of Textile Research, 2019, 40(1): 67-72.
[13] 翁小霞,王泉,邵靈達(dá),等.機(jī)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其紅外隱身性能的研究[J].絲綢,2020,57(7):31-36.
WENG Xiaoxia, Wang Quan, SHAO Lingda, et al.Research on the design of woven fabric structure and its infrared stealth performance[J]. Journal of Silk, 2020, 57(7): 31-36.
[14] 韓曉果,賈明皓,周紅濤,等.氣流沖擊下的緊密織物動(dòng)態(tài)透氣性能分析[J].服裝學(xué)報(bào),2019,4(5):377-382.
HAN Xiaoguo, JIA Minghao, ZHOU Hongtao, et al. Analysis on dynamic permeability of tight woven fabrics under air impact[J]. Journal of Clothing Research,2019, 4(5): 377-382.
[15] 張雨哲,卞婷婷,張奕,等.GMA改性納米SiO2及其增韌環(huán)氧樹脂的研究[J].常州大學(xué)學(xué)報(bào),2019,31(2):8-18.
ZHANG Yuzhe, BIAN Tingting, ZHANG Yi, et al. GMA modified nano-silica and research of toughening epoxy resin[J].Journal of Changzhou University, 2019, 31(2): 8-18.
[16] 熊聯(lián)明.偶聯(lián)劑的生產(chǎn)與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2017:10-11.
XIONG Lianming. Production and Application of Coupling Agent[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2017: 10-11.
[17] 翟美紅,王昊利,趙攀杰.不同粒徑微米/亞微米顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào),2014,25(3):291-295.
ZHAI Meihong, WANG Haoli, ZHAO Panjie. Study on the Brownian motion of micro/sub-micro particles with different diameters[J]. Journal of China University of Metrology,2014, 25(3): 291-295.
[18] CHOWDHURY D. 100 Years of width=52,height=11,dpi=110 theory of brownian motion: From pollen grains to protein trains[J]. Resonance, 2005, 10(9): 63-78.
發(fā)布 | 浙江理工大學(xué)雜志社 新媒體中心
編輯 | 徐 航
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