申请/专利权人：中国人民解放军国防科学技术大学

申请日：2017-06-22

公开（公告）日：2021-02-23

公开（公告）号：CN107418063B

主分类号：C08L23/16(20060101)

分类号：C08L23/16(20060101);C08K3/22(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.23#授权;2017.12.26#实质审查的生效;2017.12.01#公开

摘要：本发明公开了一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，包括以下重量含量的组分：三元乙丙橡胶：89％～99％；二氧化钒纳米粉体：0.9％～10％；和抗氧化剂：0.1％～1％。本发明的制备方法：1将三元乙丙橡胶、二氧化钒纳米粉体和抗氧化剂通过混合机混合均匀；2将步骤1所得的混合物加入到微型螺杆挤出机中进行连续挤出，挤出的胶料在微型注塑机中成型，完成二氧化钒薄片的制备。本发明二氧化钒薄片柔性较好，适用于各种异型装备表面。本发明采用挤出成型的方式制备得到了柔性二氧化钒薄片，操作过程简单，易于成型，成本低廉，易于批量生产，并且无需高温退火，可以节约能源。

主权项：1.一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1将三元乙丙橡胶、二氧化钒纳米粉体和抗氧化剂通过混合机混合均匀；其中，各原料的重量含量为：三元乙丙橡胶：89％～99％、二氧化钒纳米粉体：0.9％～10％、抗氧化剂：0.1％～1％；所述二氧化钒纳米粉体选自纯单斜相二氧化钒纳米粉体和掺杂钨单斜相的二氧化钒纳米粉体中的任一种；所述纯二氧化钒纳米粉体的粒径大小为30～100nm，相变温度为67℃；所述掺杂钨单斜相的二氧化钒纳米粉体的粒径大小为40～110nm，其相变温度为35～55℃；2将步骤1所得的混合物加入到微型螺杆挤出机中进行连续挤出，挤出的胶料在微型注塑机中成型，完成二氧化钒薄片的制备。

全文数据：一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片及其制备方法技术领域[0001]本发明属于功能材料技术领域，尤其涉及一种红外隐身用柔性二氧化钒薄膜及其制备方法。背景技术[0002]随着现代军事技术的发展，现代探测和制导武器广泛应用于武装装备中，使得武器装备的命中率提高了1〜2个数量级，这无疑给坦克、装甲等武器的生存造成了极大威胁。现代军事技术已经达到了“目标只要被发现，就能被命中，只要被命中，就能被摧毁”的水平。因此，为了提高武器装备的生存能力和突防能力，各种隐身技术引起了世界各国的高度重视。红外隐身技术主要通过两个途径来实现，一是通过直接制冷控制温度来实现红外隐身，二是通过调控其红外发射率来实现红外隐身。通过直接制冷能够产生多余的热量从而增加目标的暴露概率，因而并不是一种理想的途径。与控制温度相比，调控材料的红外发射率是实现红外隐身的理想方式。[0003]二氧化钒在温度升高时可以主动降低其红外发射率，控制自身红外辐射强度，是一种能够作为调控红外发射率的理想材料，广泛应用于红外隐身技术中。现在将二氧化钒应用于红外隐身主要是通过薄膜、薄片和涂层三种形式，薄膜制备工艺复杂，成本较高，且难以大面积应用；薄片其刚性较大，难以应用于异型件中，并且主要适合于尺寸较小的器件和少量生产；涂层制备过程中首先需要进行涂料的配置，红外隐身涂料需要使用红外透明粘合剂，三元乙丙橡胶是众所周知的红外透明性较好的粘合剂，然而其在溶剂中的溶解性较差，给使用带来麻烦。CN105669194A号中国专利文献公开了一种热致变红外发射率二氧化钒薄片的制备方法，该方法通过先将粉体压制成薄片，后将退火处理得到热致变红外发射率二氧化钒薄片，其制备过程简单，在实际使用中可以加工成不同尺寸的薄片直接粘贴到所需部位，使用方便，然而其刚性较大，难以应用于异性件中，且主要适合于尺寸较小的器件和少量生产。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种红外隐身用柔性二氧化钒薄膜及其制备方法。[0005]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：[0006]—种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，包括以下重量含量的组分：[0007]三元乙丙橡胶：89%〜99%;[0008]二氧化钒纳米粉体:0.9%〜10%;和抗氧化剂:0.1%〜1%。[0009]上述的柔性二氧化钒薄片，优选的，所述二氧化钒纳米粉体选自纯单斜相二氧化钒纳米粉体和掺杂钨单斜相的二氧化钒纳米粉体中的任一种。[0010]上述的柔性二氧化f凡薄片，优选的，所述纯二氧化f凡纳米粉体的粒径大小为30〜100nm，相变温度为67°C;所述掺杂妈单斜相的二氧化f凡纳米粉体的粒径大小为40〜llOnm，其相变温度为35〜55°C。[0011]上述的柔性二氧化钒薄片，优选的，所述三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和非共辄二烯烃单体共聚得到的，其主链由化学稳定的饱和烃组成，在侧链含有不饱和键，结构如下：[0012][0013]该三元乙丙橡胶在8〜14μπι波段范围内没有强吸收基团，具有很好的红外透明性，且耐臭氧性、耐热、耐候等耐老化性能优异;其中，乙烯单体的质量含量为75〜85%，丙烯单体的质量含量为8〜12%。例如陶氏化学4820Ρ。[0014]上述的柔性二氧化钒薄片，优选的，所述抗氧化剂选自邻苯二酚和对苯二酚中的一种或两种。[0015]作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的柔性二氧化钒薄片的制备方法，包括以下步骤：[0016]1将三元乙丙橡胶、二氧化钒纳米粉体和抗氧化剂通过混合机混合均匀；[0017]2将步骤1所得的混合物加入到微型螺杆挤出机中进行连续挤出，挤出的胶料在微型注塑机中成型，完成二氧化钒薄片的制备。[0018]上述的制备方法，优选的，连续挤出的过程中，微型螺杆挤出机的熔化温度设置在100〜120°C，螺杆的转速设置在15〜30rmin。[0019]上述的制备方法，优选的，注塑成型过程中，微型注塑机的熔化温度设置为100〜110°C，注塑压力设置为0·6〜0·8MPa，保压时间为3·0〜5·Os。[0020]上述的制备方法，优选的，所述步骤（1中，在混合机中混合搅拌的时间为10〜30min〇[0021]本发明中使用了三元乙丙橡胶，三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯和少量的非共辄二烯烃的共聚物，是乙丙橡胶的一种，由于其分子结构中没有极性取代基，分子内聚能低，分子链可在较宽范围内保持柔顺性，弹性较好，使得本发明制备的二氧化钒薄片具有柔性，适用于各种异型装备表面。[0022]本发明的原料中加入三元乙丙橡胶，既实现了二氧化钒薄片的柔性；同时，三元乙丙橡胶具有红外透明的特性，不影响其二氧化钒纳米粉体的热致变红外发射率特性;且三元乙丙橡胶具有粘合剂的特性，容易在注塑机中成型，可以批量生产。[0023]与现有技术相比，本发明的优点在于：[0024]1本发明采用挤出成型的方式制备得到了柔性二氧化钒薄片，操作过程简单，易于成型，成本低廉，易于批量生产，并且无需高温退火，可以节约能源。[0025]2本发明二氧化钒薄片柔性较好，适用于各种异型装备表面。[0026]3本发明将红外透明性较好的三元乙丙橡胶和热致变红外发射率特性的二氧化钥i内米粉体结合，制备的二氧化银薄片可广泛应用于红外隐身中。附图说明[0027]图1为本发明实施例1采用的三元乙丙橡胶的傅里叶红外光谱图。[0028]图2为本发明实施例1制备得到柔性二氧化钒薄片照片。[0029]图3为本发明实施例1制备得到的柔性二氧化钒薄片的SEM图。[0030]图4为本发明实施例1制备得到的柔性二氧化钒薄片的红外发射率随温度变化曲线。[0031]图5为本发明实施例2制备得到的柔性二氧化钒薄片的红外发射率随温度变化曲线。具体实施方式[0032]为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。[0033]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。[0034]除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。[0035]实施例1:[0036]一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，包括以下重量含量的组分:三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P:89%;纯单斜相二氧化钒纳米粉体：10%;和抗氧化剂邻苯二酚：1%;其中，三元乙丙橡胶陶氏化学4820P是由乙烯、丙烯和非共辄二烯烃单体共聚得到的，乙烯单体的质量含量为75〜85%，丙烯单体的质量含量为8〜12%;单斜相二氧化钒纳米粉体的粒径大小为30〜lOOnm，其相变温度为67°C〇[0037]本实施例的红外隐身用柔性二氧化钒薄片的制备方法，包括以下步骤：[0038]1按将三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P、单斜相二氧化钒纳米粉体和邻苯二酚按照重量含量分别为89%、10%和1%的量放入高速混合机中，在高速混合机中搅拌30min，充分混合均勾；[0039]2将步骤（1后的混合物加入到微型螺杆挤出机中，熔化温度控制在120°C，螺杆的转速为15rmin，使得胶料连续挤出；[0040]3将步骤2挤出的胶料在微型注塑机中成型，微型注塑机中的熔化温度为100°C，注塑压力为0.6MPa，保压时间为3.Os，最终得到二氧化钒薄片。[0041]图1为三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P的傅里叶红外光谱图，从图中可以看出，其在8〜14μπι波段714〜1250CHT1没有强吸收，红外透明性较好。图2为本实施例制备得到的二氧化钒薄片的图片，从图2可以看出其为柔性薄片，可以扭曲。图3为本实施例制备得到的二氧化钒薄片的SEM图，从图中可以看出二氧化钒纳米粉体为近似球形颗粒，其粒径大小为30〜lOOnm，在三元乙丙橡胶中分散效果好。采用ETlO便携式红外光谱发射计测试本实施例制备得到的二氧化钒薄片在不同温度下8_12μπι波段的红外发射率，结果如图4所示，可以看出，当低于相变温度70°C左右时，随着温度的升高，其红外发射率几乎没有变化，然而当温度高于相变温度时，随着温度的升高，其红外发射率发生突变，突变值为〇.23，因而可以广泛应用于红外隐身领域。[0042]实施例2:[0043]一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，包括以下重量含量的组分:三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P:89%;掺杂钨单斜相二氧化钒纳米粉体：10%;和抗氧化剂邻苯二酚：1%;其中，三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P是由乙烯、丙烯和非共辄二烯烃单体共聚得到的，乙烯单体的含量为75〜85%，丙烯单体的含量为8〜12%;掺杂钨单斜相二氧化钒纳米粉体的粒径大小为40〜110歷，其相变温度为55°：〇[0044]本实施例的红外隐身用柔性二氧化钒薄片的制备方法，包括以下步骤：[0045]1按将三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P、掺杂钨单斜相二氧化钒纳米粉体和邻苯二酚按照重量含量分别为89%、10%和1%的量放入高速混合机中，在高速混合机中搅拌30min，充分混合均匀；[0046]2将步骤1后的混合物加入到微型螺杆挤出机中，熔化温度控制在120°C，螺杆的转速为15rmin，使得胶料连续挤出；[0047]3将步骤2挤出的胶料在微型注塑机中成型，微型注塑机中的熔化温度为100°C，注塑压力为0.6MPa，保压时间为3.Os，最终得到二氧化钒薄片。[0048]本实施例得到的二氧化钒柔性薄片可以扭曲，掺杂的二氧化钒纳米粉体在三元乙丙橡胶中分散效果好。采用ETlO便携式红外光谱发射计测试所得的二氧化钒薄片在不同温度下8-12μπι波段的红外发射率，结果如图5所示，可以看出，当低于相变温度55°C左右时，随着温度的升高，其红外发射率几乎没有变化，然而当温度高于相变温度时，随着温度的升高，其红外发射率发生突变，突变值为0.18，可以广泛应用于红外隐身领域。[0049]实施例3:[0050]—种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，包括以下重量含量的组分:三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P:99%;掺杂钨单斜相二氧化钒纳米粉体：0.9%;和抗氧化剂邻苯二酚：0.1%;其中，三元乙丙橡胶陶氏化学4820P是由乙烯、丙烯和非共辄二烯烃单体共聚得到的，乙烯单体的质量含量为75〜85%，丙烯单体的质量含量为8〜12%;掺杂钨单斜相二氧化钒纳米粉体的粒径大小为40〜11〇11111，其相变温度为35°：。[0051]本实施例的红外隐身用柔性二氧化钒薄片的制备方法，包括以下步骤：[0052]1按将三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P、掺杂钨单斜相二氧化钒纳米粉体和邻苯二酚按照重量含量分别为99%、0.9%和0.1%的量放入高速混合机中，在高速混合机中搅拌IOmin，充分混合均勾；[0053]2将步骤1后的混合物加入到微型螺杆挤出机中，熔化温度控制在120°C，螺杆的转速为30rmin，使得胶料连续挤出；[0054]3将步骤2挤出的胶料在微型注塑机中成型，微型注塑机中的熔化温度为100°C，注塑压力为0.6MPa，保压时间为3.Os，最终得到二氧化钒薄片。[0055]本实施例得到的掺杂的二氧化钒柔性薄片可以扭曲，掺杂的二氧化钒纳米粉体在三元乙丙橡胶中分散效果好，该二氧化钒柔性薄片可以广泛应用于红外隐身领域。[0056]实施例4:[0057]一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，包括以下重量含量的组分:三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P:89%;纯单斜相二氧化钒纳米粉体：10%;和抗氧化剂邻苯二酚：1%;其中，三元乙丙橡胶陶氏化学4820P是由乙烯、丙烯和非共辄二烯烃单体共聚得到的，乙烯单体的质量含量为75%〜85%，丙烯单体的质量含量为8%〜12%;单斜相二氧化钒纳米粉体的粒径大小为30〜lOOnm，其相变温度为67°C〇[0058]本实施例的红外隐身用柔性二氧化钒薄片的制备方法，包括以下步骤：[0059]1按将三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P、纯单斜相二氧化钒纳米粉体和邻苯二酚按照重量含量分别为89%、10%和1%的量放入高速混合机中，在高速混合机中搅拌30min，充分混合均勾；[0060]⑵将步骤⑴后的混合物加入到微型螺杆挤出机中，恪化温度控制在100°C，螺杆的转速为15rmin，使得胶料连续挤出；[0061]3将步骤2挤出的胶料在微型注塑机中成型，微型注塑机中的熔化温度为100°C，注塑压力为0.6MPa，保压时间为5.Os，最终得到二氧化钒薄片。[0062]本实施例得到的掺杂的二氧化钒柔性薄片可以扭曲，掺杂的二氧化钒纳米粉体在三元乙丙橡胶中分散效果好，该二氧化钒柔性薄片可以广泛应用于红外隐身领域。[0063]实施例5:[0064]一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，包括以下重量含量的组分:三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P:95%;纯单斜相二氧化钒纳米粉体:4.5%;和抗氧化剂对苯二酚:0.5%;其中，三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P是由乙烯、丙烯和非共辄二烯烃单体共聚得到的，乙烯单体的含量为75%〜85%，丙烯单体的含量为8%〜12%;单斜相二氧化钒纳米粉体的粒径大小为30〜lOOnm，其相变温度为67°C〇[0065]本实施例的红外隐身用柔性二氧化钒薄片的制备方法，包括以下步骤：[0066]1按将三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P、纯单斜相二氧化钒纳米粉体和对苯二酚按照重量含量分别为95%、4.5%和0.5%的量放入高速混合机中，在高速混合机中搅拌30min，充分混合均匀；[0067]2将步骤1后的混合物加入到微型螺杆挤出机中，熔化温度控制在110°C，螺杆的转速为15rmin，使得胶料连续挤出；[0068]3将步骤2挤出的胶料在微型注塑机中成型，微型注塑机中的熔化温度为110°C，注塑压力为0.6MPa，保压时间为4.Os，最终得到二氧化钒薄片。[0069]本实施例得到的掺杂的二氧化钒柔性薄片可以扭曲，掺杂的二氧化钒纳米粉体在三元乙丙橡胶中分散效果好，该二氧化钒柔性薄片可以广泛应用于红外隐身领域。[0070]实施例6:[0071]一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，包括以下重量含量的组分:三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P:95%;纯单斜相二氧化钒纳米粉体:4.5%;抗氧化剂对苯二酚:0.25%;抗氧化剂邻苯二酚0.25%;其中，三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P是由乙烯、丙烯和非共辄二烯烃单体共聚得到的，乙烯单体的质量含量为75%〜85%，丙烯单体的质量含量为8%〜12%;单斜相二氧化钒纳米粉体的粒径大小为30〜100nm，其相变温度为67°C。[0072]本实施例的红外隐身用柔性二氧化钒薄片的制备方法，包括以下步骤：[0073]1按将三元乙丙橡胶（陶氏化学4820P、纯单斜相二氧化钒纳米粉体、对苯二酚和邻苯二酚按照重量含量分别为95%、4.5%、0.25%和0.25%的量放入高速混合机中，在高速混合机中搅拌30min，充分混合均勾；[0074]2将步骤1后的混合物加入到微型螺杆挤出机中，熔化温度控制在120°C，螺杆的转速为30rmin，使得胶料连续挤出；[0075]3将步骤2挤出的胶料在微型注塑机中成型，微型注塑机中的熔化温度为100°C，注塑压力为0.SMPa，保压时间为3.Os，最终得到二氧化钒薄片。[0076]本实施例得到的掺杂的二氧化钒柔性薄片可以扭曲，掺杂的二氧化钒纳米粉体在三元乙丙橡胶中分散效果好，该二氧化钒柔性薄片可以广泛应用于红外隐身领域。

权利要求：1.一种红外隐身用柔性二氧化钒薄片，其特征在于，包括以下重量含量的组分：三元乙丙橡胶：89%〜99%;二氧化钒纳米粉体:0.9%〜10%;和抗氧化剂:0.1%〜1%。2.如权利要求1所述的柔性二氧化钒薄片，其特征在于，所述二氧化钒纳米粉体选自纯单斜相二氧化钒纳米粉体和掺杂钨单斜相的二氧化钒纳米粉体中的任一种。3.如权利要求2所述的柔性二氧化f凡薄片，其特征在于，所述纯二氧化f凡纳米粉体的粒径大小为30〜100nm，相变温度为67°C;所述掺杂钨单斜相的二氧化钒纳米粉体的粒径大小为40〜110歷，其相变温度为35〜55°：。4.如权利要求1所述的柔性二氧化钒薄片，其特征在于，所述三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯和非共辄二烯烃单体共聚得到的；其中，乙烯单体的质量含量为75〜85%，丙烯单体的质量含量为8〜12%。5.如权利要求1-4任一项所述的柔性二氧化钒薄片，其特征在于，所述抗氧化剂选自邻苯二酚和对苯二酚中的一种或两种。6.—种如权利要求1-5任一项所述的柔性二氧化钒薄片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1将三元乙丙橡胶、二氧化钒纳米粉体和抗氧化剂通过混合机混合均匀；2将步骤1所得的混合物加入到微型螺杆挤出机中进行连续挤出，挤出的胶料在微型注塑机中成型，完成二氧化钒薄片的制备。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，连续挤出的过程中，微型螺杆挤出机的熔化温度设置在100〜120°C，螺杆的转速设置在15〜30rmin。8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，注塑成型过程中，微型注塑机的熔化温度设置为100〜Il〇°C，注塑压力设置为0.6〜0.8MPa，保压时间为3.0〜5.Os。9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1中，在混合机中混合搅拌的时间为10〜30min。

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