红外迷彩伪装织物研究与实践

论文摘要

红外伪装织物的研究历来都受到各国军方的高度重视。开发具有高性能的红外防伪服装不仅可以提高士兵在战场上的生存能力和安全性，而且能够极大地增强部队的战斗力。近年来，随着红外热成像技术的发展和探测器材的使用，迷彩作训服不仅要具备近红外伪装能力，而且还应具备热红外伪装能力，这样才能满足不同环境条件下军事作战的需求。本文根据红外物理学和电磁波辐射理论，针对人体红外伪装织物展开研究。在近红外迷彩伪装方面，以绿色树叶为模拟对象，分别使用分散和还原染料对涤、棉织物进行染色试验，重点研究了染料结构与染色织物反射光谱之间的相互关系；在热红外伪装方面，采用化学镀技术制备出了具有良好导电性和电磁波屏蔽性能的低发射率织物，同时还制备出了金属化空心微珠，并将其添加到涂层剂中，制作了具有热防护功能的防伪织物。以自然界中常见的绿色树叶为背景颜色，选用分散、还原染料对涤、棉织物进行染色试验。结果表明，采用分散蓝E-4R、分散黄E-3RL和分散黑S-2BL可以拼色出具有近红外绿色伪装能力的涤纶织物；采用还原嫩黄L-2LY、还原黄L-LDY、还原蓝L-MG（或汽巴能蓝83962）和还原橄榄R也可以拼色出具有近红外绿色伪装功能的棉织物。分散蓝E-4R和还原蓝L-MG是实现近红外绿色伪装的关键性染料。随着分散蓝E-4R（或还原蓝L-MG）染料用量的增加，反射率逐渐减小，但吸收峰位置并未发生改变。当染料用量为1～2％owf时，染色织物的反射光谱与绿色树叶的反射光谱在0.67～0.78μm（A区）重合。拼色织物的近红外反射光谱与所使用的染料结构有关，其由最靠近长波方向的染料的反射光谱决定。当染色配方相同时，织物组织对近红外反射光谱影响不大。对于涤棉混纺织物，涤纶纤维染色与否对近红外绿色伪装性能影响很小，而主要取决于棉纤维的染色性能。采用化学镀方法实现了涤纶织物表面化学镀镍、镀铜和镀银，制备了低发射率织物，同时还获得了优良的导电性能和电磁波屏蔽性能。试验结果表明，纱线结构和织物紧度对纤维表面金属镀层的包覆有一定影响。当增重率基本相同时，酸性镀镍织物的电磁波屏蔽效能明显大于碱性镀镍织物。随着镀层厚度的增加，表面电阻有所减小，电磁波屏蔽效能开始时增加比较明显，随后趋于某一稳定值。化学镀镍、镀铜织物的耐磨性很好，镀银织物的耐磨性较差。不同还原剂化学镀银层的表面形貌、晶粒大小有所不同，银元素含量都在95％以上，结晶度都在45～60％之间，其中蔗糖镀银表面光滑、晶粒最小，肼镀银晶粒较大，其他还原剂镀银晶粒居中。当增重率基本相同时，蔗糖镀银织物电磁波屏蔽性能最好，屏蔽效能可以达到75dB以上，其次为肼、酒石酸钾钠和甲醛镀银织物，葡萄糖镀银织物电磁波屏蔽效果较差。超声波辅助条件下化学镀银最佳工艺配方为：硝酸银5.4g／L，氨水12g／L，蔗糖25g／L，氢氧化钾为3.5g／L，乙醇100ml／L，pH值12.5，温度35℃。采用化学镀技术对空心微珠表面分别包覆了金属镍、铜和银，制备了质轻、低发射率的粉体及其功能涂层织物。试验结果表明，空心微珠化学镀前处理对镀层质量影响很大。使用偶联剂可以改善化学镀层的牢度，提高沉积速度。不同还原剂化学镀银微珠表面形貌有明显区别，晶体结构和单质银相似，均为面心立方结构，其中葡萄糖镀银微珠外观光亮，表面最为致密。当添加量相同时，葡萄糖镀银微珠屏蔽效果好于酒石酸钾钠镀银微珠，而且随着填加量的增加，电阻率逐渐降低，屏蔽效能增大。织物经空心微珠涂层整理后，热防护性能得到提高，当添加量相同时，热防护大小顺序为：未镀空心微珠＞葡萄糖镀银微珠＞镀铜微珠＞镀镍微珠。使用特制的黑体样品炉和红外光谱辐射计，测试了常见的棉、毛、亚麻、涤、锦、涤棉、毛涤织物，化学镀镍、镀铜、镀银织物，以及各种涂层织物在8～14μm波段的热红外辐射特性，并建立了测量数学模型。试验结果表明，透过率随着织物紧度的增加而减小，当棉织物紧度小于65％，涤纶织物紧度小于75％时，对透过率影响比较大。对于非常紧密的织物，红外线透过率也不为零。纱线毛羽对红外线透过率影响较大，棉织物的透过率曲线呈下凹形，涤纶织物的透过率曲线呈直线形。当紧度相同时，棉织物的透过率要小于涤纶织物的透过率。透过率随着织物厚度的增加而减小，两者符合负指数关系。在厚度相差不大时，透过率与面密度呈负线性关系。发射率指标能够表征不同纤维材料的红外辐射特性，其大小顺序为：锦纶织物＞涤纶织物＞毛织物＞棉织物＞化学镀金属织物。混纺织物的发射率由组成该织物的纤维材料决定。涂层织物的发射率很大程度上受粘合剂的影响。在8～14μm波段，对于相同的材料，织物颜色对发射率影响很小。提高表面反射能力，可以明显地降低织物的发射率。在200℃以下，织物红外线透过率和发射率基本没有变化。热成像测试结果表明，化学镀织物和表面金属化空心微珠涂层织物具有热红外伪装能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号总表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究方法
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 近红外迷彩伪装研究
• 1.3.2 热红外伪装研究
• 1.4 主要工作和论文结构
• 参考文献
• 第二章 涤棉织物近红外绿色伪装性能的研
• 2.1 引言
• 2.2 绿色树叶反射光谱特性分析
• 2.2.1 近红外反射光谱
• 2.2.2 绿色树叶可见光反射光谱
• 2.2.3 树叶近红外反射光谱
• 2.3 涤纶织物近红外绿色伪装性能研究
• 2.3.1 实验仪器与材料
• 2.3.2 实验方法
• 2.3.3 测试指标
• 2.3.4 结果与讨论
• 2.4 棉织物近红外绿色伪装性能研究
• 2.4.1 实验仪器与材料
• 2.4.2 实验方法
• 2.4.3 测试指标
• 2.4.4 结果与讨论
• 2.5 涤棉织物近红外绿色伪装性能研究
• 2.5.1 实验
• 2.5.2 结果与分析
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第三章 低发射率面料制备及电磁波屏蔽性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 化学镀原理
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 涤纶织物前处理
• 3.3.2 织物化学镀
• 3.3.3 镀层结构表征
• 3.3.4 电磁波屏蔽效能测定
• 3.3.5 表面电阻测定
• 3.3.6 耐磨性测定
• 3.3.7 增重率和镀速的测定
• 3.3.8 红外辐射性能测定
• 3.4 涤纶织物化学镀镍
• 3.4.1 实验材料与仪器
• 3.4.2 化学镀液配方
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.5 涤纶织物化学镀铜
• 3.5.1 实验材料
• 3.5.2 化学镀铜配方
• 3.5.3 结果与分析
• 3.6 不同还原剂化学镀银研究
• 3.6.1 实验材料
• 3.6.2 化学镀银液配方
• 3.6.3 结果与讨论
• 3.7 超声波化学镀银工艺研究
• 3.7.1 超声波简介
• 3.7.2 实验材料
• 3.7.3 化学镀银液配方
• 3.7.4 结果与讨论
• 3.8 小结
• 参考文献
• 第四章 空心微珠表面金属化研究及织物涂层整理
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 空心微珠前处理
• 4.2.2 空心微珠化学镀
• 4.2.3 性能测试
• 4.3 空心微珠化学镀镍、镀铜和镀银
• 4.3.1 实验材料与仪器
• 4.3.2 化学镀液配方
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.4 空心微珠织物涂层整理
• 4.4.1 织物涂层整理
• 4.4.2 结果与分析
• 参考文献
• 第五章 纺织材料红外辐射特性研究及热成像测定
• 5.1 引言
• 5.2 样品炉的研制
• 5.2.1 样品炉设计
• 5.2.2 腔体加热功率设计
• 5.3 织物对8～14μm红外线透过性能
• 5.3.1 红外光谱辐射计简介
• 5.3.2 红外线辐射透过率测量模型
• 5.3.3 实验部分
• 5.3.4 结果讨论
• 5.4 织物在8～14μm波段发射率研究
• 5.4.1 红外辐射基本理论
• 5.4.2 织物光谱发射率测量模型
• 5.4.3 实验部分
• 5.4.4 结果与分析
• 5.5 织物热红外防伪效果测定
• 5.5.1 实验部分
• 5.5.2 结果与讨论
• 5.6 小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 1、涤棉织物近红外绿色伪装性能的研究
• 2、低发射率面料制备及电磁波屏蔽性能研究
• 3、空心微珠表面金属化研究及织物涂层整理
• 4、纺织材料红外辐射特性研究及热成像测定
• 致谢
• 个人简历