如前所述,防热红外主要从控制温度和调节表面红外发射率两个方面进行。
10.2.3.1 控制目标温度技术
控制温度主要是采用隔热、相变控温和散热材料或结构,降低目标与背景的红外辐射温差,从而减小目标和背景间的红外辐射出射度的差异。
(1)隔热方面。隔热方面主要是采用大热容量、低传导率的材料,多采用泡沫塑料、空心微珠颗粒、隔热毡等微孔结构、空心结构或多层结构,阻隔人体发出的热量使之难以外传,从而降低人体的红外辐射强度而不易暴露。目前,热红外伪装织物的隔热主要是采用低传导率中空微珠涂层和多层复合结构来实现。
中空微珠由于具有体积质量轻、强度高、导热系数小的优点,而被作为隔热填料应用于织物涂层中,但其加工工艺复杂,微珠在涂层中的排列紧密度和分布均匀度不易控制,而且其耐久实用性较低。
采用多层复合结构虽能取得良好的隔热降温效果,但所得织物厚重且穿着携带不便。文献报道在假定人体仅靠出汗和汗液蒸发即可实现人体热红外伪装的基础上,建立了人体所应穿着织物的多层功能结构模型,结果表明,仅靠出汗及蒸发作用难以实现织物的轻薄柔性。由以上可知,要想实现热红外伪装纺织品的轻质柔性,需结合功能材料的应用和功能结构的设计。
(2)相变控温方面。相变控温方面主要是采用高熔融热、高相变储热材料的相变可逆过程来吸收目标放出的热量,从而降低目标的热红外辐射出射度。目前,相变材料在纺织服装上的应用,是将相变材料包封在直径为1.0~10.0μm的微胶囊中而后对织物进行涂层整理,但在实际使用中效能仍非常有限。国内外对相变微胶囊特别是微胶囊纳米化的研究较多,但微胶囊中相变材料比例的提高、功能效率的有效发挥和长时间的循环实用性能仍有待改善。
(3)散热方面。主要是采用类似于吉利服伪装服的三维树叶型、草坪型结构等特殊结构的附着,使织物表面产生气流,将移动的目标产生的热量散失在流动的空气中,使织物最外层具有较低的温度,从而达到降温和抑制目标红外辐射特性的目的。
簇饰物红外伪装体系就是通过簇状丝、带的附着实现散热的热红外伪装织物。具体是将低发射率的丝、带物以簇状形式附着在常规伪装网上,通过簇饰物产生气流而有效地散热,其中簇状饰物由柔软且具有低发射率的聚酯、聚乙烯等聚合物薄层材料制成。簇饰物红外伪装体系覆盖在阳光直射的军事移动目标上时,簇饰物发挥了气泵的作用,在目标周围产生空气流,将目标产生的热量带走并散失在流动的空气中,从而有效避免了热累积造成的强红外辐射。该散热效应在阳光强烈、静止无风的条件下尤为明显。该体系中簇饰物的颜色、红外发射率、长度以及下垂方向和角度均可调,且原材料易得、饰物易拆卸和更换、制作工艺简单;但偏厚重且在实际使用过程中易钩挂缠结。
此外,对热红外辐射热源条件下目标温度的控制,有研究者采用表面热反射涂层、仿雪结构的微泡涂层和表面凹凸或皱褶结构整理的方式实现对热红外线的反射和散射,从而减少目标对热红外线的吸收,达到缩小目标和背景红外辐射温度差异的目的。(www.xing528.com)
由以上控制目标红外辐射温度方面的研究可知,在隔热方面,隔热材料和结构的应用往往会使织物变得厚重,且穿着携带不便;在相变控温方面,微胶囊技术虽已有较为广泛的研究和应用,但实际效能受到相变材料比例和性能的限制;在散热和减少吸热方面的研究,给热红外伪装纺织品的开发提供了有效的借鉴,即可通过纤维材料的合理选取和织物结构的精巧加工设计有效降低人体与背景红外辐射温度的差异,从而实现良好的热红外伪装效果。
10.2.3.2 调节目标发射率
热红外伪装织物在调节目标发射率方面,主要是通过选用已有低发射率纤维材料或纺丝制备低发射率纤维以及对织物进行低发射率涂层整理等措施,实现纤维材料和织物表面的低发射率以及织物表面迷彩斑块的不同红外辐射特性配置,从而减小目标与背景间的红外辐射出射度差别,并达到形体分割和背景融合的目的。
国内外有关低发射率纤维开发和性能的文献报道很少,主要是因为纺丝过程中添加的低发射率粉体虽能使纤维具有较低的红外发射率,但纤维的力学性能欠佳。常见的是采用具有低发射率的涂料直接涂敷于织物上。
有关低发射率涂料的研究很多,大多集中在Al粉、氧化锡铟、ZAO(ZnO:Al)等金属或金属氧化物粉体以及纳米CdZnS粉体、纳米ZnO粉体等纳米粉体方面,但大都应用于武器装备的红外隐身。在国内外防热红外侦视伪装涂料中,代表性的伪装涂料和薄膜在8~14μm波段的红外发射率见表10-4。由表中数据可以看出,材料的红外发射率不仅与材料的种类、性质等因素有很大关系,而且与形状、粒度和结构等因素有关。薄膜材料的红外发射率普遍明显低于相应粉体和涂料的红外发射率,这主要是因为薄膜的微结构和取向对材料的红外发射率起了决定性作用。
表10-4 典型的防热红外侦视伪装涂料和薄膜的组成和热红外发射率
采用伪装涂料涂层具有涂层厚、密度大、材料增重明显等缺点,而且由于红外伪装服的使用环境普遍较恶劣,涂料的脱落难以避免,因而采用伪装涂料涂层的织物实用性差、寿命短。而且,单一的低发射率涂层并不能提供有效的热红外伪装,因为其只能实现涂层部位的低红外辐射出射度,而难以实现与红外热像多为斑块或斑点特征的背景的融合。
因此,对人体的热红外伪装,需针对典型地物植被环境的红外辐射特征,通过迷彩图案的立体、渐变和分形设计并配以不同红外发射率涂料的涂层,实现对人体的形体分割及与背景的有效融合。目前,我国的典型迷彩织物多为四色迷彩织物,故对不同颜色斑块可分别配置高、中、低发射率涂料涂层或仅对部分斑块配置中、低发射率涂层来实现织物的形体分割和背景融合功效;对外辐射热源条件下的热红外伪装,则要结合迷彩斑块的低发射率涂层与凹凸或皱褶结构的高反射和散射表面的复合应用来实现。
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