一种可逆变色迷彩组件及其制备方法

技术领域

本发明涉及变色迷彩组件领域，尤其涉及一种可逆变色迷彩组件及其制备方法。

背景技术

迷彩服装的伪装是通过服装表面覆盖特定的可见光涂层，传统的伪装服为静态不可变色伪装，其伪装能力和防护能力都有局限性。当背景颜色发生变化时，由于迷彩服装的单一性和静态性，伪装后的目标不会随背景的变化而自适应变化颜色，因此造成目标容易被发现。因此，需要找到新的材料和制备方法来实现自适应伪装。

经过大量调研可知，目前迷彩的自适应伪装主要基于电致变色、温致变色和光致变色技术来实现。电致变色技术主要是依靠膜层技术，制备变色薄膜材料，然后通过膜层结构的电控组件，实现对变色薄膜材料着色和褪色，但是电致变色技术由于工艺复杂、重复率低等缺点，目前该技术仍然停留在实验室阶段。光致变色技术由于其材料的特殊性，使用条件苛刻、变色种类少，不能满足野外使用和大规模制备的需求。

温致变色技术通过树脂基对变色材料包裹，可以实现变色涂层对环境的稳定性；且施工工艺简单，可以通过喷涂或者刮涂技术实现大面积低成本的制备。因此，发明新的自适应温致变色材料以及变色器件变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种可逆变色迷彩组件及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种可逆变色迷彩组件，包括温变涂层、碳纤维加热薄膜升温层和半导体模块降温层，其中，该温变涂层由以下重量百分比的原料组成：颜料20％～30％、填料15％～20％、氟碳树脂40％～50％、丙烯酸树脂30％～40％和基底5％～10％；该碳纤维加热薄膜升温层由以下重量百分比的原料组成：碳纤维30％～40％、棉纤维40％～50％、聚酰亚胺薄膜20％～25％、外界电源10％～20％和温度控制器5％～7％；该半导体模块降温层由以下重量百分比的原料组成：半导体降温块30％～40％、散热器30％～40％和矩阵散热片20％～30％。

进一步地，所述半导体模块降温层采用10cm×10cm×0.3cm规格的半导体设计，所述散热器设置有四个，所述碳纤维加热薄膜升温层的碳纤维间距为0.5cm。

进一步地，所述碳纤维与外界电源连接，所述氟碳树脂选用型号为GK570或Q212、丙烯酸树脂选用型号为587或507。

一种可逆变色迷彩组件的制备方法，该可逆变色迷彩组件的制备方法具体步骤如下：

步骤一：选取原料：依据结构选取相应重量的颜料、填料、氟碳树脂、丙烯酸树脂、基底、碳纤维、棉纤维和聚酰亚胺薄膜；

步骤二：制备温变涂层：基于原位聚合法，制备微胶囊壁，并通过微胶囊化对颜料进行包裹，形成变色材料，再将氟碳树脂或丙烯酸树脂充分搅拌均匀，期间依次加入填料和变色材料，持续搅拌30～40min，形成刮涂液，再采用丝网印刷法将刮涂液印刷于基底上，即得温变涂层；

步骤三：制备碳纤维加热薄膜升温层：通过编织技术将碳纤维和棉纤维交织在一起构成碳纤维布料，碳纤维均匀的分布在棉纤维布料中，形成发热芯，再于发热芯的两侧放置聚酰亚胺薄膜，并通过热压技术，将发热芯固定在两层聚酰亚胺薄膜中间，同时通过电源线将外界电源、温度控制器和碳纤维连接，即得碳纤维加热薄膜升温层；

步骤四：制备半导体模块降温层：将半导体降温块、矩阵散热片和散热器依次组装固定，即得半导体模块降温层；

步骤五：制备可逆变色迷彩组件：通过3M高导热喷胶将温变涂层与碳纤维加热薄膜升温层复合贴合，最后将半导体模块降温层的半导体降温块与碳纤维加热薄膜升温层紧密贴合，并再次通过3M高导热喷胶固定，即得可逆变色迷彩组件；

步骤六：后处理：检测可逆变色迷彩组件的性能，符合要求后包装储藏。

进一步地，步骤二中所述丝网印刷法所选用的丝网印刷板的目数为2000目，所述温变涂层的厚度为0.6mm。

进一步地，步骤二中所述刮涂液印刷于基底上的具体操作为：

S1、采用无花纹的大面积印刷丝网板对基底进行白色、中绿色底色着色处理，再将刮涂完后的基底在90°烘箱中烘干10～15min，形成变色迷彩；

S2、用带有花纹的丝网板对变色迷彩进行二次刮涂，刮涂完成后将基底在90°烘箱中烘干15～18min。

进一步地，步骤三中所述碳纤维加热薄膜升温层的发热功率为300W；步骤五中所述可逆变色迷彩组件的变色时间为3～5秒。

进一步地，步骤四中所述半导体模块降温层的设计电压与电流参数为24V-6A；步骤五中所述可逆变色迷彩组件的颜色褪色时间在30秒以内。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、该组件自主可控，可与背景光学融合度高，实现林地-荒漠、林地-雪地颜色可逆变化，增强伪装能力。

2、该器件制备工艺简单，制造成本低，利于大规模生产。

3、颜色变化速度快，颜色变化在3秒以内。

4、变色组件耐变色和沾色能力达到4-5级；具备较强耐湿热和耐盐雾性能，具有实用价值。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提出的一种可逆变色迷彩组件及其制备方法的制备流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种可逆变色迷彩组件的制备方法，该可逆变色迷彩组件的制备方法具体步骤如下：

步骤一：选取原料：依据结构选取相应重量的颜料、填料、丙烯酸树脂、基底、碳纤维、棉纤维和聚酰亚胺薄膜；

步骤二：制备温变涂层：基于原位聚合法，制备微胶囊壁，并通过微胶囊化对颜料进行包裹，形成变色材料，再将丙烯酸树脂充分搅拌均匀，期间依次加入填料和变色材料，持续搅拌30min，形成刮涂液，再采用丝网印刷法将刮涂液印刷于基底上，即得温变涂层；

步骤三：制备碳纤维加热薄膜升温层：通过编织技术将碳纤维和棉纤维交织在一起构成碳纤维布料，碳纤维均匀的分布在棉纤维布料中，形成发热芯，再于发热芯的两侧放置聚酰亚胺薄膜，并通过热压技术，将发热芯固定在两层聚酰亚胺薄膜中间，同时通过电源线将外界电源、温度控制器和碳纤维连接，即得碳纤维加热薄膜升温层；

步骤四：制备半导体模块降温层：将半导体降温块、矩阵散热片和散热器依次组装固定，即得半导体模块降温层；

步骤五：制备可逆变色迷彩组件：通过3M高导热喷胶将温变涂层与碳纤维加热薄膜升温层复合贴合，最后将半导体模块降温层的半导体降温块与碳纤维加热薄膜升温层紧密贴合，并再次通过3M高导热喷胶固定，即得可逆变色迷彩组件；

步骤六：后处理：检测可逆变色迷彩组件的性能，符合要求后包装储藏。

实施例2：

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种可逆变色迷彩组件的制备方法，该可逆变色迷彩组件的制备方法具体步骤如下：

步骤一：选取原料：依据结构选取相应重量的颜料、填料、氟碳树脂、基底、碳纤维、棉纤维和聚酰亚胺薄膜；

步骤二：制备温变涂层：基于原位聚合法，制备微胶囊壁，并通过微胶囊化对颜料进行包裹，形成变色材料，再将氟碳树脂充分搅拌均匀，期间依次加入填料和变色材料，持续搅拌40min，形成刮涂液，再采用丝网印刷法将刮涂液印刷于基底上，即得温变涂层；

步骤三：制备碳纤维加热薄膜升温层：通过编织技术将碳纤维和棉纤维交织在一起构成碳纤维布料，碳纤维均匀的分布在棉纤维布料中，形成发热芯，再于发热芯的两侧放置聚酰亚胺薄膜，并通过热压技术，将发热芯固定在两层聚酰亚胺薄膜中间，同时通过电源线将外界电源、温度控制器和碳纤维连接，即得碳纤维加热薄膜升温层；

步骤四：制备半导体模块降温层：将半导体降温块、矩阵散热片和散热器依次组装固定，即得半导体模块降温层；

步骤五：制备可逆变色迷彩组件：通过3M高导热喷胶将温变涂层与碳纤维加热薄膜升温层复合贴合，最后将半导体模块降温层的半导体降温块与碳纤维加热薄膜升温层紧密贴合，并再次通过3M高导热喷胶固定，即得可逆变色迷彩组件；

步骤六：后处理：检测可逆变色迷彩组件的性能，符合要求后包装储藏。

对比例1：

分别采用GK570和Q212氟碳树脂、587和507丙烯酸树脂为成膜基材，通过树脂对微胶囊包覆，树脂按表1所示的比例混合后，分别采用2000目丝网制备0.6mm厚度的变色涂层。

表1

对0.6mm厚度的涂层进行变色效率测试和物理性能测试，分别将涂层放置于60度的恒温加热台上，记录颜色开始变化的时间以及颜色变换完成的时长；

表2

由表2可知，通过对变色时间测试，507树脂体系变色速率较慢，Q212树脂体系在启始变化时间和变色完成时间都较短在10秒以内，GK570由于期刮涂浓度大，使得在相同单位体积内变色复配物更多，造成变色时间更长，587树脂体系由于其浓度不大，在刮涂时有部分刮涂液渗透，相同单位体积内的变色材料最少，所需变色时间最短；

为了优选复合项目物理性能要求的树脂体系，分别选取不同树脂体系的0.6mm厚的样品进行撕破强力、断裂强力和盐雾等试验测试；

表3

结果如表3所示，耐水色牢度、湿热试验和盐雾试验均表现出优异的性能，试验后无明显变化，变色：4-5级；沾色；4-5级。撕破强力和断裂强力测试结果表明，GK570在断裂强力平均值2200N，是四个树脂体系中最高值，但是GK570树脂不易烘干，不满足大面积制备需求。其次Q212和507的断裂强力平均值为1500N，但是Q212变色效率更优于507，所以最终选用Q212制备变色涂层，涂层厚度确定为0.6mm。

对比列2：

采用Q212树脂体系，得到南方林地与荒漠、北方林地与雪地相互可逆转换的样件，再进行下列测试。

环境稳定性能测试：

针对不同的迷彩的作战背景，器件会在高低温的环境中可逆重复变化，为了验证样件不同环境中的耐环境性能，对样件进行盐雾试验和高温实验，温致变色样件在30度时开始颜色的变化，在37度时完成整体颜色转化，满足研制指标热致变色的温度范围是在20～60℃的温度区间，将样件放置于温度为60度的烘箱中，耐高温两小时，器件能够完成可逆的颜色转化，满足指标要求；

颜色和光泽测试：

选用林地与雪地两个涂层样品，每个背景的样品上选取三个不同的测试点，实验前测试涂层颜色和光泽。将样品放置自然环境中，测试样品颜色和光泽，每12时测试1次，试验周期为1周。将涂层实验前测试数据平均值和环境试验后颜色和光泽平均值进行对比，判断其衰减量是否小于5％；测试数据表明，温致变色样件在自然环境(温度：20.1-28度；湿度：49-65.2％RH)测试条件下，其稳定性能优异，经过84小时环境实验，仍能够保持原有的基本变色性能，L值变化范围在：1％-4％；a值变化范围在2％-7％；b值变化范围在1％-8％；K值保持不变，其耐环境性能基本达到技术指标要求，在环境试验后变化量在10％以下。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。