一种低红外发射率涂层及其制备方法

本发明属于功能涂层及其复合材料，特别涉及一种低红外发射率涂层及其制备方法。

背景技术：

1、红外技术是一项至关重要的研究领域，直接关系到目标的生存能力。红外辐射是由物体表面发出的热辐射，红外探测器成为了一种探测目标的重要手段。因此，发展一种能有效降低目标红外辐射的新型涂层技术成为当前研究的焦点。

2、金属铝由于其在红外波段具有较好的反射性能和良好的导电导热性质而被广泛用于低红外发射率涂层中。公开号为cn105086527a的中国专利公开了一种用表面包覆氧化铋的片状铝粉颜料制成的低发射率涂层，在8～14um红外发射率为0.42～0.44，发射率有待进一步降低。公开号为cn117070091a的中国专利公开了种可兼容光学伪装的红外超低发射率涂层及其制备方法；该制备方法包括将经过表面处理后的片状银粉以及具有红外透明性能的颜料加入到红外透明树脂中，但使用银粉的成本较高，而且易氧化使得稳定性不佳。公开号为cn117049787a的中国专利公开了一种具有低红外发射率的热防护金属搪瓷复合涂层及其制备方法。该复合涂层是由耐高温搪瓷层、掺铂搪瓷层和金属层组成，经冷喷涂后烧结制备而成。满足了不同情况下的应用需求，但层与层之间的附着力可能较差。

3、目前作为低红外发射率填料可以分为三种：金属系列填料、着色填料和半导体填料。金属填料熔点较低、易与空气中的氧气发生反应。在控制成本的前提下，采用新的材料将发射率进一步降低具有重要的科学和工程意义，因此，开发一种新的低红外发射率涂层材料迫在眉睫。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题或不足，为解决现有红外涂层材料存在性能、成本和稳定性相对不足的问题，本发明提供了一种低红外发射率涂层及其制备方法，能够进一步降低8-14um红外波段的发射率且制备方法简单、成本低。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种低红外发射率涂层，按质量百分比计，其原料组分包括：

4、17％～20wt％的树脂，4wt％～6wt％的助剂，15wt％～18wt％的铝粉，1wt％～11wt％稀土氧化物，11wt％～15wt％乙酸丁酯，24wt％～28wt％乙酸乙酯，11wt％～15wt％氟碳固化剂，各组分的质量之和为100％。

5、将原料分散均匀后，涂覆于目标载体表面干燥后即得。

6、所述助剂是流平助剂、流变助剂和成膜剂三种不同助剂的混合物，以提高涂层的表面光滑度，从而增强光的吸收，即发射率增加。

7、进一步的，所述树脂选用氟碳树脂，以提升涂层的高温稳定性、耐腐蚀性和辐射抵抗性能。比起传统环氧树脂有更好的耐腐蚀性和辐射抵抗性能，这使得氟碳树脂在飞机表面涂层中更能抵抗恶劣的环境条件，如风吹雨打、紫外线照射等。氟碳树脂在高温环境下的稳定性较好，能够保持其物理和化学性质。这使得氟碳树脂在目标物体和其他受到高温影响的区域中具有优势。氟碳树脂通常具有较低的表面能，导致其表面对水和油的亲和性较低。这有助于减少表面的污染和附着，提高外观和性能。氟碳树脂对许多化学品表现出较好的抵抗性，包括一些强酸、强碱和溶剂。这使得它在防护表面免受化学物质腐蚀方面更具优势。氟碳树脂通常具有优异的阻燃性能，这对于提高目标涂层的火灾安全性至关重要。

8、进一步的，所述铝粉为粒径10～30um的片状，从而在涂层涂覆后沉积固化时更多浮于涂层表层，片状形态能使得光以更大的入射角进入，使得涂层整体反射率更高、发射率更低。

9、进一步的，所述稀土氧化物为粒径0.1～30um的氧化铈粉末。稀土氧化物有特殊的能级结构，且具有高熔点、热稳定性和化学稳定性。尤其氧化铈，在半导体氧化物中的红外发射率最低，具有突出的性能。

10、进一步的，所述助剂中，流平助剂(如efka3777)占总助剂的50％-60％，流变助剂(如byk405)占15％-25％，成膜剂(如十二碳醇酯)占20％-30％。

11、上述低红外发射率涂层的制备方法，包括以下步骤：

12、步骤1、总量为1，按照氟碳树脂17％～20wt％、助剂4wt％～6wt％、铝粉15wt％～18wt％、稀土氧化物1wt％～11wt％、乙酸丁酯11wt％～15wt％、乙酸乙酯24wt％～28wt％和氟碳固化剂11wt％～15wt％，称取原料。

13、步骤2、将步骤1所备原料分散均匀后，得到喷涂原料。

14、步骤3、将步骤2制备好的喷涂原料均匀喷涂于目标载体表面。

15、步骤4、将步骤3喷涂后的喷涂原料于50-80℃固化12-24小时，待其固化完全，即得低红外发射率涂层。

16、稀土氧化物一般具有高熔点、热稳定性和化学稳定性，并且稀土能级丰富，稀土氧化物中存在大量的氧空位等缺陷结构，使得载流子浓度上升从而增加电导率，由hagen-rubens定律可知：材料的发射率与材料的导电性成负相关，电导率提高有利于降低发射率。

17、因此，本发明首创的将稀土氧化物和金属铝粉这两种材料结合运用于涂层制备，其中：

18、乙酸丁酯作为溶剂有良好的溶解性和挥发性，这有助于涂层迅速形成，减少固化时长提高生产效率。

19、乙酸乙酯具有较好的润湿性，有助于涂料均匀地附着在目标载体表面；这对于形成均匀的涂层和提高附着力非常重要；且乙酸乙酯的粘度较小，容易与其他溶剂混合。

20、氟碳固化剂能使涂层快速固化且具有出色的耐候性、耐磨性，能够抵抗物理磨损、紫外线辐射、酸雨、潮湿等环境因素的侵蚀和化学腐蚀。氟碳固化剂还具有低表面能，使得涂层表面更为光滑，减少对水和油的亲和性。这有助于提高涂层的抗污性，减少表面附着物形成。

21、助剂是流平助剂、流变助剂和成膜剂三种不同助剂的混合物，助剂拥有使涂层表面光滑的作用，涂层表面光滑可以降低涂层的红外发射率，因为当表面粗糙时，光在表面微结构中的多次折射和散射导致了光程的增加，从而增强了光的吸收，即发射率增加。

22、最终，本发明提供了一种能够有效调控和降低红外辐射的低红外发射率涂层。

23、综上所述，本发明采用向传统金属铝涂层中加入少量稀土氧化物来实现更低的发射率，通过稀土氧化物特殊的能级结构，与金属铝产生一些界面性质，提升整个涂层的电导率来降低红外发射率；结合其他几种原料组分后制备的低红外发射率涂层，能够进一步降低目标载体8-14um红外波段的发射率，在加入氧化铈后可降低至0.2247；且制备方法简单、成本低；有效解决了现有红外涂层材料存在性能、成本和稳定性相对不足的问题。

技术特征：

1.一种低红外发射率涂层，其特征在于：

2.如权利要求1所述低红外发射率涂层，其特征在于：所述树脂选用氟碳树脂，以提升涂层的高温稳定性、耐腐蚀性和辐射抵抗性能。

3.如权利要求1所述低红外发射率涂层，其特征在于：所述助剂中，其中，流平助剂占总助剂的50％-60％，流变助剂占15％-25％，成膜剂占20％-30％。

4.如权利要求1所述低红外发射率涂层，其特征在于：所述铝粉为粒径10～30um的片状，从而在涂层涂覆后沉积固化时更多浮于涂层表层，片状形态能使得光以更大的入射角进入，使得涂层整体反射率更高、发射率更低。

5.如权利要求1所述低红外发射率涂层，其特征在于：所述稀土氧化物为粒径0.1～30um的氧化铈粉末。

6.如权利要求1所述低红外发射率涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述低红外发射率涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的喷涂方法为压力喷涂法。

技术总结本发明属于功能涂层及其复合材料技术领域，特别涉及一种低红外发射率涂层及其制备方法。本发明采用向传统金属铝涂层中加入少量稀土氧化物来实现更低的发射率，通过稀土氧化物特殊的能级结构，与金属铝产生一些界面性质，提升整个涂层的电导率来降低红外发射率；进一步的，采用氟碳树脂使涂层具有出色的耐候性、耐磨性。本发明提高的涂层能够有效降低8‑14um红外波段的发射率，在加入氧化铈后可降低至0.2247，具有优异的红外隐身性能。与传统涂层相比，本发明涂层具有更低的发射率性质，且制备方法简单、成本低；有效解决了现有红外涂层材料存在性能、成本和稳定性相对不足的问题，非常适用于航空航天等领域。技术研发人员：尹良君,程婧,张林博,张敏,王宁涛,廖秋恒,仁科,李文新受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27