低红外发射率水性聚氨酯的研究解析.docx

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低红外发射率水性聚氨酯的研究解析

低红外发射率水性聚氨酯的研究

鲁立军，郑天亮，李

谦，雷

辉

（北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京１０００８３）

摘要：

为满足红外隐身涂料成膜物的要求，采用在７１５～１

２５０

ｃｍ＿１波段红外透明性好的聚碳酸酯

二醇（ＰＣＤＬ）为软段，而以异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）为硬段，合成了低红外发射率水性聚氨酯。

该树脂在８～１４“ｒｎ红外窗口红外光谱吸收峰少，红外发射率低，涂膜物理综合性能优良。

关键词：

红外隐身涂料；红外发射率；水性聚氨酯中图分类号：

ＴＱ

６３０

文献标志码：

Ａ

ｏｎ

Ｒｅｓｅａｒｃｈ

ＷａｔｅｒｂｏｒｎｅＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｗｉｔｈＬｏｗＩＲＥｍｉｓｓｉｖｉｔｙ

Ｉ。

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

Ｉｎｆｒａｒｅｄｓｔｅａｌｔｈｃｏａｔｉｎｇ，ＩＲ

红外隐身技术在军事上具有重要意义。

大气对热红外辐射有一定的衰减和干扰，但在３～５／．ｔｍ和８～１４肚ｍ两个红外窗１＝Ｉ上的热红外辐射的透过率还是很高的，尤其在８～１４“ｍ波段具有非常明显的热红外特征。

红外隐身材料的机理是通过隐身材料调节目标表面的发射率，改变其红外辐射特征，使之与背景的红外辐射接近，尽可能降低目标与背景的反差，从而达到隐身的目标。

隐身涂料以其施工方便、成本低廉、性能优越等优点一直是各国研究的重点Ⅲ。

树脂作为涂料的成膜物，也是影响涂层发射率的主要因素之一。

当前国内研究较多的是颜填料，关于树脂的报道较少［１］。

树脂的红外透明性能由其所含化学键、官能团以及分子结构所决定。

本文采用ＰＣＤＬ为软段，异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）为硬段，合成水性聚氨酯。

从而达到在８～１４ｐｍ红外窗口具有较低的发射率以及优良的物理综合性能。

液漏斗，电动搅拌器，电子天平，离心机，傅立叶红外光谱测试仪，红外发射率测试仪等。

１．３合成步骤

采用后乳化工艺：

合成预聚体一降低粘度一扩链一封端成盐一水分散一除去过量丙酮一ＰＵ乳液。

具体合成步骤如下：

在氮气保护作用下，加热，除去聚碳酸酯二醇中吸湿的水分。

调节温度至８５℃，按剂量比称取ＩＰＤＩ，加入三口烧瓶，搅拌至混合均匀。

适当滴加ＤＭＰＡ，开始反应约３ｈ。

降低温度，加入溶解于丙酮中的ＴＭＰ。

继续反应一段时间后降低温度，加入成盐剂三乙胺，中和过量的ＤＭ—ＰＡ。

继续降温至约４０℃，倒人烧杯。

加入滴加封端剂三乙胺，并注射压入蒸馏水高速乳化，一段时间后得到微微泛蓝光的白色乳液。

常温蒸馏除去溶剂即得产品。

２性能及表征

２．１

１试验部分

１．１

水性聚氨酯乳液的外观

水性聚氨酯乳液呈现的外观，颜色与聚氨酯树

主要原料

聚碳酸酯二醇（ＰＣＤＬ）：

平均相对分子量约为

脂的水分散体的粒径及其分布有关，表１给出了乳液外观与水分散体粒径的大致关系。

表１

粒径范Ｉ童Ｉ／ｔｔｍ

２

０００；异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ），异氰酸根含量

约为８．８２３ｍｍｏｌＮＣＯ／ｇ；二羟甲基丙酸（ＤＭＰＡ），分析纯；三羟甲基丙烷ＴＭＰ：

分析纯；成盐剂三乙胺：

分析纯；扩链剂乙二胺：

分析纯。

１．２主要仪器及设备

２５０

乳液外观与粒径分布的关系

乳液外观浅黄色透明的水溶液带蓝光半透明白色乳液

白色乳液部分白色凝胶

ｍＬ三口烧瓶，电加热套，温度计，５０ｍＬ分

弧ｑⅫ＞２００９年

・１１６・

簟新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究第３期

一般而言，乳液粒径越小，乳液的稳定性越好。

２．２乳液稳定性

稳定性是聚氨酯乳液的重要性能。

通过离心加速沉淀试验模拟乳液的储存稳定性，具体方法是：

在

离心机中以３

０００

∞∞∞∞∞奎ｖ爵麓缎

｜ｅｍ皓∞

ｒ／ｍｉｎ转速离心沉降１５ｒａｉｎ，无

沉淀，可以认为有６个月的储存稳定期ｎ］。

２．３涂膜性能检测方法

耐水性：

ＧＢ５２０９—８５色漆和清漆一耐水性的测定一浸水法。

硬度：

ＧＢ／Ｔ６７３９—１９９６涂膜铅笔

硬度测定法。

附着力：

ＧＢ／Ｔ１７２０—１９７９（１９８９）涂

鲫啪啪

２波咖致几

３

咖

３

瑚

’

‘

咖

膜附着力测定法。

抗冲击性：

ＧＢ／Ｔ１７３２—１９９３涂

膜耐冲击性能测定法。

２．４红外性能分析

３．３

圈２合成聚氨酯的红外光谱

８～１４ｐｍ窗口发射率比较

在常温条件下，按ＧＢ／Ｔ１７２７—１９９２漆膜一般

２５０

首先采用傅立叶红外光谱仪分析７１５～１制备法在马口铁板上制备涂膜，厚度为２５ｌｕｍ。

涂膜发射率的测试结果见表２。

由表２可见，合成水性聚氨酯的红外发射率低于常用涂料树脂。

表２不同树脂的发射率

ｃｍ－１波段树脂的红外吸收峰，根据吸收峰的多少及

强弱来判断树脂的红外透明性。

然后使用ＨＷＦ一１型红外辐射率测量仪测试其８～１４弘ｍ红外窗口的红外发射率。

３试验结果及性能分析

３．１单体的影响

根据美国涂料协会研究表明，树脂的红外透明性能由其所含化学键、官能团以及分子结构所决定。

中国科学技术大学汪金花［５３等人在比较不同软段聚氨酯树脂的红外光谱分析研究中发现，１谱带，而聚碳酸酯二醇ＰＣＤＬ在１

１１０

５４０ｃｍ叫

３．４涂膜综合性能比较

将合成水性聚氨酯树脂与奥德美（淄博）高分子材料有限公司生产的ＡＤＭ—Ｊ３０８Ｆ水性聚氨酯金属漆用树脂进行综合性能的比较见表３。

表３乳液及涂膜综合性能比较

左右为聚氨酯一Ｃ—Ｎ和Ｎ—Ｈ键的混合吸收特征

ｃｍ＿１左右并

没有一Ｃ—Ｏ～键的特征峰。

所以，以ＰＣＤＬ为软段合成的树脂具有较好的红外透明性。

３．２红外光谱比较分析

比较图１与图２可以发现，市面聚氨酯红外吸收峰较多而且强度较大，尤其在７１５－－－１段存在１

１１０ｃｍ＿１的特征峰。

２５０

ａｍ叫波

由上表可见，在漆膜的干燥时间、硬度、附着力、抗冲击性能等方面，合成水性聚氨酯与ＡＤＭ—

禽

Ｊ３０８Ｆ型树脂相当，而合成水性聚氨酯具有更优异的耐水性。

４

瓣

捌蝴

结语

１）选取聚碳酸酯二醇ＰＣＤＬ作为软段合成的

水性聚氨酯乳液，具有良好的红外透明性，红外发射

波数／ｃｍ。

率比大多数涂料成膜树脂低０．１，可作为红外隐身涂料的树脂。

２）采用后乳化工艺得到的聚氨酯乳液稳定性好，涂膜的综合性能优良。

圈１市面聚氨酯的红外光谱

《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究２００９年

第３期

・１１７・

镁合金微弧氧化过程中熄弧方式对膜层性能的影响

姜均涛，马跃洲，李

泽，王巧霞

（兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，甘肃兰州７３００５０）

摘要：

在镁合金微孤氧化过程中存在一种气体持续燃烧，造成工件失效、报废的现象。

为了解决这一问题进行了氧化过程中电弧控制的研究。

自然熄弧和强制熄弧是电弧熄灭的两种方式，比较了两种电孤的现象，并讨论了两种熄弧状态下得到的微弧氧化陶瓷层的性能。

结果表明：

自然熄弧状态下得到的陶瓷膜粗糙，表面有孔洞，导致工件失效；强制熄弧状态得到的膜层表面光滑，陶瓷膜与基体结合紧密。

关键词：

镁合金；微孤氧化；自然熄弧；强制熄弧中图分类号：

ＴＧ

１１５．２８

文献标志码：

Ａ

ＪＩＡＮＧＪｕｎｔａｏ。

ＭＡＹｕｅｚｈｏｕ。

ＬｉＺｅ。

ＷａｎｇＱｉａｏｘｉａ

Ｓｔｕｄｙｏｆ耵ａｍｅ叫ｔｉｎｔｈｅＣｏｕｒｓｅｏｆＭｉｃｒｏ－ａｒｅＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＭａｇｎｅｓｉｔｍｍＡｌｌｏｙ

（Ｃｏｌｌｅｇｅｏｆ

Ａｂｓｔｒａａ：

Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ

ｇａｓ

ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＲｃｈ．，Ｉ．ａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）

ｃｏｕｒｓｅｏｆｍｉｃｒｏ－ａｒｃｏｘｉｄａｔｉｏｎ

ｏｎ

ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｉｎｔｈｅ

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ｍａｇｎｅｓｉｕｍｃａｕｓｅｄｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓｌａｐｓｅｏｒｓｃｒａｐｓ．Ｔｏ

ａｒｅ

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ｔｉｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｗｅｓｔｕｄｙｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｎｆｉｃｒｏ－ａｒｃｏｘｉｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅ

ｔｗｏｆｌａｍｅｏｕｔｍｏｄｅｓ，ｏｎｅｉｓｎａｔｕｒｅ，ｔｈｅ

ｏｔｈｅｒｉｓｆｏｒｃｅｆｌａｍｅｏｕｔ．Ｎａｔｕｒｅｆｌａｍｅｏｕｔａｎｄｆｏｒｃｅ

ｆｌａｍｅｏｕｔ

ａｒｅ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙ

ａｒｃ

ｓｈａｐｅ，ｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｃｉｒｃｕｉｔ，ｐｕｌｓｅｗａｖｅｆｏｒｒｎ．

ｆｌａｍｅｏｕｔｗｈｉｌｅｔｈｅｆｉｌｍｉｓｓｍｏｏｔｈ。

ａｎｄｏｘｉｄｅ

Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｉｌｍｉｓｃｏａｒｓｅｎｅ．ｓｓ。

ｓｕｃｈａｓ。

‘ｈｏｌｅｓ”ａｎｄ”ｃａｎｙｏｎｓ“ｕｎｄｅｒｆｉｌｍ

ｎａｔｕｒｅ

ｃｏｍｂｉｎｅｄｔｉｇｈｔｌｙｗｉｔｈｃｅｒａｍｉｃｆｉｌｍ．Ｆｏｒｃｅｆｌａｍｅｏｕｔｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆｉｌｍｄｅｓｔｒｏｙｅｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｎａｔｕｒｅｆｌａｍｅｏｕｔ．

脚瞄：

Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ

ａｌｌｏｙ，Ｍｉｃｒｏ－ａｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ，Ｎａｔｕｒｅ

ｆｌａｍｅｏｕｔ，Ｆｏｒｃｅｆｌａｍｅｏｕｔ

虽然电弧是膜层生长的必要条件，但是持续的电弧燃烧会对工件产生破坏作用，诸如白斑、孑Ｌ洞等，甚至造成工件报废。

因此，必须对电弧进行控制。

在微弧氧化领域未见电弧控制方面的报导，本文主要研究了２种电弧的形态，比较了２种熄弧状态下膜层的性能。

镁合金由于比重小、能量衰减系数大以及优良的电磁屏蔽等优点，被誉为２ｌ世纪理想的电子产品壳体材料１１＿２］。

但是镁合金的耐蚀性极差，必须进行表面处理。

传统的化学氧化和阳极氧化膜层薄，存在耐蚀性差及污染环境等问题［３］。

微弧氧化技术是近几年在国内新兴的一种镁合金表面处理技术［４．６］，其原理是通过脉冲电参数和电解液的匹配调整，在阳极表面产生微区弧光放电，在金属表面原位生长出一层陶瓷膜。

电弧一旦产生，它的熄灭有２种方式，一种是放电通道内气体完全燃烧，电弧自动熄灭，这种熄弧方式为自然熄弧；另一种方式是气泡内的气体还没有完全燃烧，维持电弧燃烧的电压消失，电弧随之熄灭，这种熄弧方式为强制熄弧。

电弧持续燃烧是维持微弧氧化过程中膜层生长的必要条件。

１试验材料与方法

试验材料为ＡＺ９１Ｄ铸造镁合金，工件规格为≯

２５

Ｉｍ×８ＩＴＩＩＴＩ的标准圆块，化学成分如表１所示。

表１

ＡＺ９１Ｄ镁合金成分

３）该水性聚氨酯乳液不含有机溶剂，对环境没有污染。

［５３汪金花，张兴元，戴家兵．不同软段聚氨酯的红外光谱定量分析［Ｊ］．分析化学研究报告・２０