直升机红外隐身涂料的应用研究

孙宇楠，张 朵，毛英坤，郁 飞，周如东，唐雪涛

（1.哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150060；2.中海油常州涂料化工研究院有限公司，江苏常州 213016）

0 引言

随着不断发展的探测技术［1］，如空地侦察雷达探测、热成像设备探测以及可见光观察设备探测和精确制导技术［2］，包括毫米波、红外、激光、电视等的发展，军用飞行器，尤其像直升机这种飞行速度较低的飞行设备在战争中的生存力受到严重的威胁。与其他探测技术和制导技术相比，红外探测和红外制导具有灵敏度高、导引精度高、抗干扰能力强等特点，目前采用红外制导或包含红外制导的武器占比达到70 %［3］，所以红外隐身性能成为军用直升机生存的一个重要指标。红外隐身涂料可以降低或改变目标的红外辐射特征，同时由于其成本低、隐身效果好、施工方便等特点已成为实现红外隐身、提高武器生存能力的重要途径。

1 试验部分

1.1 原材料及仪器设备

红外隐身涂料（反射型、转换型）、聚酰胺底漆、聚氨酯底漆、聚氨酯面漆，中海油常州涂料化工研究院有限公司。

VERTEX70红外发射率测试仪，BRUKER；电热鼓风干燥箱，北京科伟永兴仪器有限公司；SMT-5000万能材料试验机，扬州市灵顿测试仪器有限公司；FA2004电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2 红外隐身涂料的筛选

红外隐身涂料的作用原理主要分为两类：一类是反射型，即通过改变涂料表面的发射率，增加其对红外探测设备工作波段红外线的反射，从而减少物体在该波段的红外辐射；另一类是转换型，即在吸收红外能量之后，通过共轭双键、电子云实现波谱转移［4］，涂料释放出的红外辐射向红外窗口外转移，使之处于红外探测系统的工作波段之外。

红外隐身涂料的应用，主要使红外探测设备在3～5 μm和8～14 μm大气窗口［5］波段难以探测到目标，所以将3～5 μm和8～14 μm的平均发射率作为涂料红外隐身性能的考察值。分别选取了一种反射型和一种转换型沙土色SE3948和黄绿色YG1247红外隐身涂料进行发射率测试对比，计算其在3～5 μm和8～14 µm的平均发射率，结果见表1。由表1可见，对于同种颜色的红外隐身涂料，反射型涂料的发射率明显低于转换型涂料的发射率。

表 1 反射型和转换型红外隐身涂料对比Table 1 Comparison of reflective and transformational infrared stealth coatings

1.3 隐身涂料试片的制备

在准备好的金属试片和复合材料试片上分别喷涂环氧聚酰胺底漆和聚氨酯底漆，再喷涂红外隐身涂料，底漆厚度为21～25 μm，红外隐身涂料厚度为48～53 μm，喷涂完成后按照规定的固化参数进行涂料的固化，涂层表面平整均匀，无漏底、咬起、缩孔等现象。

一共喷涂9块试片，其中1块为四色迷彩试片（图1），喷涂沙土色SE3948涂料的金属和复合材料试片各2块，喷涂黄绿色YG1247涂料的金属和复合材料试片各2块（图2）。

图1 迷彩图案试片Figure 1 Camouflage pattern test piece

图2 喷涂不同颜色涂料的试片Figure 2 Test pieces sprayed with different colors of paint

1.4 相容性试片的制备

分别在金属试片和复合材料试片上喷涂金属聚酰胺底漆和聚氨酯底漆，并在两种试片中取一半面积涂装聚氨酯面漆，再整体涂装红外隐身涂料，涂膜厚度、干燥方式及外观状态均参照1.3所述。

2 结果与讨论

2.1 红外隐身涂料的组成

对红外隐身涂料的组分进行浅析可以更好地为涂料应用提供保障。红外隐身涂料主要包括主剂、固化剂和稀释剂3个部分。主剂主要由高耐候低发射成膜树脂、着色颜料、隐身功能填料和助剂组成，其中低发射率成膜树脂和隐身功能填料两个组分共同作用实现涂料的红外隐身效果，而着色颜料使涂料呈现不同的颜色，满足可见光伪装要求，最终共同作用形成不同颜色和发射率的涂层，实现红外隐身功能的同时兼容可见光的伪装。固化剂主要由异氰酸酯聚合体和助剂组成，与原漆混合完成交联反应，实现涂层成膜和其他相关性能。稀释剂为涂料施工提供合适的黏度和施工性，它在漆膜固化后完全挥发，不参与漆膜交联反应过程。

2.2 施工工艺对涂料红外隐身性能的影响

分别采用不同的喷涂工艺将YG1247和SE3948喷涂在马口铁上，YG1247-1喷涂黏度为12 s，YG1247-2喷涂黏度为17 s；SE3948-1单道喷涂膜厚为25 μm左右，2道喷涂总膜厚为48～53 μm，SE3948-2单道喷涂膜厚为10 μm，4道喷涂总膜厚为48～53 μm，不同喷涂工艺对涂料发射率的影响见表2。

表2 不同喷涂工艺对发射率的影响Table 2 Effect of different spraying processes on emissivity

由表2可见，YG1247的涂料发射率明显高于SE3948；YG1247-1和YG1247-2对比可见，采用较低的喷涂黏度可以得到更低的发射率，即具有更好的红外隐身性能；而通过SE3948-1和SE3948-2的对比可见，单道喷涂厚度不可过高，采用单道薄涂、多道施工的方式有利于得到更好的红外隐身效果。

2.3 红外隐身涂料与其他直升机常用涂料的相容性

直升机机身主要涉及的底材有金属和复合材料，所用涂料主要包括金属环氧聚酰胺底漆、复合材料聚氨酯底漆、聚氨酯面漆。将红外隐身涂料与现有涂层体系（金属环氧聚酰胺底漆、复合材料聚氨酯底漆、聚氨酯面漆）进行交叉配套相容性试验，观察涂层是否咬起，并按GB/T 9286—2021的规定进行干胶带附着力测试，对红外隐身涂料涂层开展划格法附着力测试（见图3）。试验结果表明，隐身涂料与现有涂层体系的相容性良好，无咬起现象，红外隐身涂料与两种底漆及面漆的附着力均为1级。

图3 工艺验证试验的附着力检测照片Figure 3 Adhesion test photos of process validation test

2.4 红外隐身涂料在施工中出现的问题

基于红外隐身涂料中含有反射型低发射率填料以及施工条件的限制，在现场施工中，可能会出现一些外观及性能方面的问题。

2.4.1 颜色不均匀

通过现场施工发现，SE3948涂料容易出现颜色不均匀的情况，主要表现为边界处颜色略浅于中心处，当喷涂压力较大或近距离喷涂时，局部颜色会出现不均匀；而YG1247则不会出现颜色不均匀的情况。分析原因，这可能与低发射率颜料的定向性有关系，当定向颜料较多时，边界处和中心处的挥发速率差会带来定向的不同，同样喷涂压力对局部定向造成破坏，导致颜色出现不均匀性。采用单道薄涂、多次施工的方式，以及适宜的喷涂压力（0.2～0.3 MPa），基本可以解决颜色不均匀的问题。

2.4.2 漆膜硬脆开裂或不干

现场施工中出现漆膜硬脆开裂或不干问题，一般是由于主剂和固化剂的配比不当所致，当固化剂组分过量时，表现为漆膜硬脆和易开裂；当固化剂组分不足时，会出现漆膜不干或者假干的情况。

2.5 综合理化性能评价

对直升机红外隐身涂料进行理化性能检测，结果见表3。

表3 漆膜性能检测结果Table 3 Coating performance test results

由表3检测结果可见，直升机红外隐身涂料的常规物理机械性能及耐性可以满足直升机用面漆的相关指标要求，红外隐身涂料除了提供红外隐身功能，还可起到装饰及防护作用。

3 结语

（1） 同种颜色的红外隐身涂料，反射型涂料的红外隐身性能优于转化型涂料；

（2） 较低的喷涂黏度可以得到更低的发射率，即具有更好的红外隐身性能；

（3） 红外隐身涂料在喷涂施工时单道喷涂厚度不宜过高，采用单道薄涂、多道施工的方式有利于得到更好的红外隐身效果；

（4） 红外隐身涂料与直升机机体常用的环氧聚酰胺底漆、聚氨酯底漆以及聚氨酯面漆相容性良好，可以用于后续产品的表面防护以提高直升机的作战能力。

（5） 采用单道薄涂，多道施工的方式，适宜的喷涂压力（0.2～0.3 MPa），同时精确主剂与固化剂的配比，可以有效规避施工中出现的外观与性能问题；

（6） 红外隐身涂料的理化性能指标符合标准要求，施工性能良好，外观平整均匀，无漏底、咬起、缩孔等现象，可以满足直升机表面防护以及作战环境要求。