微胶囊相变材料制备及其在红外隐身涂料中的应用

　　微胶囊相变材料是应用微胶囊技术在相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜构成具有核壳结构的新型复合相变材料。由于采用了独特的壳核结构,当内核的相变材料发生固—液相转变时,其外壳层保持为固态,因此,在宏观上仍为固态[1]。红外隐身涂料技术是防红外成像探测和制导的重要伪装技术手段,它能使目标呈现不同发射率的斑点而形成红外迷彩,从而实现红外隐身。如果在红外隐身涂料中加入一些能控制温度急剧变化的微胶囊相变材料,可有效提高红外隐身涂料的性能。2001年美国海军成功研制出由微胶囊相变材料掺和而成的蓄热调温纤维和3M公司Thinsulate纤维组成的干式潜水服,这种潜水服可使潜水员在3 h内保持温暖[1],而普通潜水服只能在1 h内保持温暖。20世纪80年代,美国国家航空和航天管理局也将微胶囊相变材料用于纺织品中,制成具有良好温度调节功能的航天服,以保护宇航员免受太空温度急剧变化的伤害[2,3]。在国内,王立新等制成了用密胺树脂包裹一种相变点为24℃、相变潜热为225.5 J/g的复合相变材料。应用在建筑墙体抹灰面内,以调节室内温度,可节约10%～30%的能源。吴文健等应用不同的方法对石蜡进行了改性,用脲醛树脂包裹相变石蜡制备了微胶囊相变材料。并研究了微胶囊的成型方法及在热红外示假上的应用[4]。

　　1　微胶囊相变材料

　　利用某些物质在相转变过程中的吸热和放热现象,可以进行热能贮存和温度控制,具有这种功能的物质称为相变材料。传统的相变材料普遍存在一些缺陷:如大多数无机水合盐存在过冷、相分离、热循环后性能下降和对封装容器有腐蚀等问题。尤其是传统的相变材料在液态时易于流动散失,微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆使形成微小粒子的技术。一般粒子大小可在500～1000 nm范围内。如图1所示,包裹于微胶囊内部的物质为囊芯(core materials),由成膜材料形成于微胶囊外部的包覆膜称为壁材(wall materials)[5,6]。采用胶囊化技术制备的胶囊型复合相变材料能有效地解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题。由于纳米微胶囊相变材料比表面积大,粒径小,与外部物质接触面较大,因此具有更好的热传递效果

　　2　微胶囊相变材料的制备

　　2.1　相变材料应满足的条件

　　从红外隐身涂料的工程应用看,具有温度调控功能的MPCM需要满足以下条件:①我国大部分地区四季较分明,且一般军事装备的表面温度不超过85℃,因此,适用于红外隐身涂料的微胶囊相变材料能在常温下发生温变,对应的相变温度范围为5～60℃。②必须具有较大的相变潜热。即必须有高的储能容量,能较好地控制温度。③适宜的热传导系数,能较迅速地吸收和释放热量。④相转变过程必须完全可逆,而且正过程和逆过程的方向仅以温度决定。⑤微胶囊相变材料与涂料相容,且质量轻、容粘性好。⑥微胶囊相变材料应无毒、无危险性,不可燃。