МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНАЯ ИЗБИРАТЕЛЬНО ОТРАЖАЮЩАЯ СТРУКТУРА
MULTISPECTRAL SELECTIVELY REFLECTING STRUCTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к избирательно отражающей структуре, регулирующей отражательную способность и пропускание в видимом, БИК (ближнем инфракрасном), КИК (коротковолновым инфракрасном), СИК (средневолновом инфракрасном) и ДИК (длинноволновом инфракрасном) диапазонах электромагнитного спектра.
Уровень техники
Маскировочные материалы, применяемые охотниками и военным, обычно обеспечивают камуфлирующие качества в видимой части электромагнитного (ЭМ) спектра. Последние достижения в области военного камуфляжа расширили их эксплуатационные качества на участки спектра БИК и коротких инфракрасных волн (КИК). Вследствие возросшего применения тепловизионных датчиков, функционирующих в средневолновом инфракрасном (СИК) и длинноволновом инфракрасном (ДИК) диапазонах ЭМ спектра, пользователи в военной среде начали искать способы улучшения защиты в этих диапазонах действия датчиков.
Обычные средства для достижения маскирующего эффекта в тепловом диапазоне часто приводят к повышению отражательной способности в видимом и БИК диапазонах ЭМ спектра. Аналогичным образом эффективность в видимом и БИК диапазонах часто увеличивает обнаружимость в тепловых диапазонах. Таким образом, эффективного мультиспектрального (в видимой, БИК, КИК, СИК, ДИК областях) решения для регулирования в единой структуре отражательной способности, пропускания и поглощения по всем этим отдельным диапазонам ЭМ спектра не существует.
Раскрытие изобретения
Описывается структура, в которой оказывается возможным регулирование отражательной способности, пропускания и поглощение в различных ЭМ диапазонах, включая видимую, БИК, СИК и ДИК области спектра. Для целей настоящего изобретения область видимого света ограничивается длинами волн 400-600 нм, диапазон БИК ограничивается 700-1000 нм, СИК ограничивается 3-5 мкм и ДИК ограничивается 9-12 мкм. Описанные здесь способы могут также быть пригодными для создания структур, обладающих подходящими свойствами в диапазоне длин волн 8-14 мкм.
В одном воплощении описывается структура, содержащая а) первый компонент, который является теплопроницаемой, визуально непрозрачной подложкой, содержащей полимерный слой и окрашивающее средство, и b) второй компонент, который является термоотражающим слоем и компонентом с низкой излучательной способностью, прилегающим к поверхности термопроницаемой, визуально непрозрачной подложки. Структура имеет среднюю отражательную способность i) менее чем около 70% в диапазоне длин волн 400-600 нм, ii) менее чем около 70% в диапазоне длин волн 700-1000 нм, iii) более чем около 25% в диапазоне длин волн 3-5 мкм и iv) более чем около 25% в диапазоне длин волн 9-12 мкм.
Описан способ мультиспектральной маскировки поверхности или объекта, содержащий следующие этапы: а) обеспечение теплопроницаемой визуально непрозрачной подложки, содержащей полимерный материал и окрашивающее средство; b) обеспечение теплоотражающего слоя, содержащего поверхность с низкой излучательной способностью; с) размещение поверхности с низкой излучательной способностью смежно с теплопроницаемой визуально непрозрачной подложкой для формирования мультиспектральной избирательно отражающей структуры и d) размещение мультиспектральной избирательно отражающей структуры между средством обнаружения и объектом наблюдения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематическое изображение избирательно отражающей структуры в сечении.
Фиг.2 - схематическое изображение избирательно отражающей структуры в сечении.
Фиг.3 - схематическое изображение избирательно отражающей структуры в сечении.
Фиг.4 - схематическое изображение избирательно отражающей структуры в сечении.
Фиг.5 - схематическое изображение избирательно отражающей структуры в сечении.
Фиг.6 - схематическое изображение избирательно отражающей структуры в сечении.
Фиг.7 - схематическое изображение избирательно отражающей структуры в сечении.
Фиг.8 - схематическое изображение избирательно отражающей структуры в сечении.
Фиг.9 - спектры отражения нескольких примеров структур в диапазоне длин волн от 250 нм до 2 500 нм.
Фиг.10 - спектры отражения нескольких примеров структур в диапазоне длин волн от 3,0 мкм до 5,0 мкм.
Фиг.11 - спектры отражения нескольких примеров структур в диапазоне длин волн от 8,0 мкм до 12,0 мкм.
Осуществление изобретения
Мультиспектральные, избирательно отражающие структуры описываются со ссылками на фиг.1-8. Для целей настоящего изобретения область видимого света ограничивается длинами волн 400 нм - 600 нм, диапазон БИК ограничивается 700 нм - 1000 нм, СИК ограничивается 3 мкм - 5 мкм и ДИК ограничивается 9 мкм - 12 мкм. Спектральные характеристики СИК и ДИК представляют область теплового излучения.
Как иллюстрируется схематическим в разрезом структуры на фиг.1, в одном варианте воплощения структура (10) содержит первый компонент, содержащий теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку (1), имеющую первую поверхность (12) и вторую поверхность (13), и второй компонент, содержащий теплоотражающий слой (30). Теплоотражающий слой (30) содержит компонент с низкой излучательной способностью и прилегает ко второй поверхности (13) термопроницаемой визуально непрозрачной подложки (1). Мультиспектральная, избирательно отражающая структура имеет следующие средние величины отражательной способности: i) менее чем около 70% в диапазоне длин волн от 400 до 600 нм, ii) менее чем около 70% в диапазоне длин волн от 700 до 1000 нм, iii) более чем около 25% в диапазоне длин волн от 3 до 5 мкм и iv) более чем около 25% в диапазоне длин волн от 9 до 12 мкм.
В следующем варианте воплощения мультиспектральная, избирательно отражающая структура, имеет средние величины отражательной способности: i) менее чем около 50% в диапазоне длин волн от 400 до 600 нм, ii) менее чем около 70% в диапазоне длин волн от 700 до 1000 нм, iii) более чем около 25% в диапазоне длин волн от 3 до 5 мкм и iv) более чем около 25% в диапазоне длин волн от 9 до 12 мкм. Может быть изготовлена другая структура, имеющая средние величины отражательной способности: i) менее чем около 70% в диапазоне длин волн от 400 до 600 нм, ii) менее чем около 50% в диапазоне длин волн от 700 до 1000 нм, iii) более чем около 25% в диапазоне длин волн от 3 до 5 мкм и iv) более чем около 25% в диапазоне длин волн от 9 до 12 мкм. Может быть изготовлена мультиспектральная, избирательно отражающая структура, имеющая средние величины отражательной способности: i) менее чем около 70% в диапазоне длин волн от 400 до 600 нм, ii) менее около 70% в диапазоне длин волн от 700 до 1000 нм, ill) более чем около 25% в диапазоне длин волн от 3 до 5 мкм и iv) более чем около 35% в диапазоне длин волн от 9 до 12 мкм.
Далее, со ссылкой на фиг.1, структура (10) содержит первый компонент, который является теплопроницаемой визуально непрозрачной подложкой (1), которая является окрашенной в оптическом диапазоне. Теплопрозрачная визуально непрозрачная подложка (1) состоит из полимерного материала (2) и окрашивающего средства (60). Для образования теплопроницаемой подложки полимерный материал (2) состоит из полимера, имеющего высокое пропускание в диапазонах 3 мкм - 5 мкм и 9 мкм - 12 мкм. Теплопроницаемая визуально непрозрачная подложка (1) считается проницаемой для теплового излучения, если она имеет среднее пропускание в диапазонах от 3 мкм до 5 мкм (СИК) и от 9 мкм до 12 мкм (ДИК) выше чем около 30%. В некоторых воплощениях структурный элемент содержит теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку, имеющую среднее пропускание в диапазоне длин волн от 3 до 5 мкм, равное или более чем около 40%, 50%, 60% или 70%, и/или среднее пропускание в диапазоне длин волн от 9 мкм до 12 мкм, равное или более чем около 40%, 50%, 60% или 70%.
Полимерный материал (2) теплопроницаемой визуально непрозрачной подложки (1) может включать политетрафторэтилен (PTFE), микропористый вспененный PTFE (ePTFE), фторированный этилен-пропилен (FEP), перфторалкокси-сополимер (PFA) и полиолефины, включая полипропилен и полиэтилен. Полимерный материал может быть пористым или микропористым, либо монолитным. Полимерные материалы могут быть несплошной или непрерывной полимерной пленкой. Полимерный материал содержит полимерный слой, который может содержать полимерные пленки или волокна. Для достижения желательных уровней визуальной непрозрачности и проницаемости по отношению к тепловому излучению могут подбираться толщина материала, показатель преломления и пористость полимерного материала (2). Для некоторых применений могут быть подходящими полимерные слои, имеющие толщину более 5 мкм. Для других воплощений пригодными могут быть полимерные слои толщиной более чем около 20 мкм, более чем около 40 мкм или более чем около 100 мкм.
Первый компонент, содержащий теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку, рассматривается как визуально непрозрачной, если его оптическая плотность, измеренная согласно описанному здесь способу, в диапазоне между 475 нм и 675 нм превышает величину около 0,30. В других воплощениях структуры могут иметь теплопроницаемые визуально непрозрачные подложки с оптической плотностью в диапазоне между 475 нм и 675 нм выше чем около 0,70, выше чем около 0,75 или выше чем около 1,0. Также полезными могут считаться воплощения, в которых теплопроницаемая визуально непрозрачная подложка имеет оптическую плотность в диапазоне между 475 нм и 675 нм выше чем около 1,5, выше чем около 2 или выше чем около 3. Конкретные величины оптической плотности, тепловых и БИК характеристик могут быть достигнуты с помощью комбинации полимерного материала (2) и окрашивающего средства (60).
В частности, подходящими могут быть микропористые полимерные пленки, когда для содействия достижению желательного уровня визуальной непрозрачности подбирается степень пористости пленки. В одном воплощении, пример которого представлен на фиг.6, первый компонент является теплопроницаемой визуально непрозрачной подложкой (1), содержащей микропористый полимерный материал (2). Подходящими для некоторых используемых здесь структур могут быть микропористые полимерные пленки, имеющие толщину в пределах от около 5 мкм до 300 мкм. Например, структура может содержать теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку, которая содержит пленку из микропористого политетрафторэтилена (ePTFE) толщиной менее чем около 50 мкм и с оптической плотностью выше чем около 0,50. В одном предпочтительном воплощении теплопроницаемая визуально непрозрачная подложка содержит пленку из микропористого политетрафторэтилена (ePTFE) толщиной приблизительно 35 мкм с оптической плотностью 0,77. В качестве варианта структура может содержать теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку, содержащую пленку из микропористого ePTFE, имеющую толщину менее чем около 120 мкм и с оптической плотностью выше чем около 0,90. В одном конкретном воплощении теплопроницаемая визуально непрозрачная подложка содержит пленку из микропористого ePTFE, которая имеет толщину приблизительно 110 мкм и обладает оптической плотностью 1,1.
Для воздействия на спектральную характеристику в видимой, БИК и КИК областях может использоваться окрашивающее средство. Окрашивающее средство (60) может состоять из одной или нескольких добавок, которые поглощают, преломляют и/или отражают свет. Окрашивающее средство (60) может размещаться на первой поверхности (12) или на второй поверхности (13) полимерного материала (2), внутри полимерного материала или же располагаться как на первой и второй поверхностях, так и внутри полимерного материала. Окрашивающее средство может содержать один или несколько красителей, включая, но не ограничиваясь, кислотными красителями, дисперсными красителями, протравными красителями и растворимыми в органических средах красителями. Окрашивающее средство может содержать один или несколько пигментов, включая, но не ограничиваясь, пигментами на основе сажи, кадмиевыми пигментами, железоокисными пигментами, цинксодержащими пигментами, пигментами, содержащими мышьяк, и органическими пигментами. Для доставки краски или пигмента в полимерную подложку окрашивающее средство может применяться в виде чернил, тонера или других подходящих средств нанесения печати. Подходящие для применения в настоящем изобретении чернила могут быть твердыми, на водной основе или на основе растворителя.
Окрашивающее средство (60) может содержать единственный краситель или же краситель может состоять из одного или нескольких красителей (60, 61, 62 и 63), например, в виде смеси из более чем одного красителя. В следующем воплощении первый компонент, содержащий теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку (1), может содержать несколько окрашивающих средств (61, 62, 63), причем эти несколько окрашивающих средств могут наноситься в виде отдельных рисунков, как изображено на фиг.3, или же в виде одного, например, камуфляжного рисунка. При размещении на поверхности первого компонента, например, первой поверхности (12) полимерного материала (2), как изображено на фиг.4, эти несколько окрашивающих средств (61, 62, 63) могут быть сцеплены с полимерным материалом, например, путем выбора красок, обладающих подходящими связывающими центрами, или при помощи связующих компонентов, которые соединяют краситель с полимерным материалом. Для целей настоящего изобретения первая поверхность (12) полимерного материала (2) относится к поверхности, ориентированной наружу от владельца или объекта, предназначаемого для защиты от обнаружения, или к поверхности полимерного материала, обращенной в направлении датчика или детектора ЭМ. Как показано на фиг.6, окрашивающее средство (60) может впитываться в полимерный материал (2) и может покрывать стенки пор пористого полимерного материала. В качестве варианта, окрашивающее средство (60) может добавляться к полимерному материалу (2) в качестве наполнителя.
Для получения желательной визуальной непрозрачности первого компонента, содержащего теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку (1), должны быть сбалансированы такие свойства полимерного материала (2), как толщина материала, показатель преломления и пористость. В некоторых воплощениях, в которых в целях, например, увеличения гибкости, предпочтительными являются более тонкие материалы, такие тонкие материалы с точки зрения достижения желательных свойств конечной структуры могут оказаться визуально слишком проницаемыми. Поэтому в некоторых воплощениях визуальная непрозрачность может быть усилена посредством увеличения пористости. Желаемый диапазон визуальной непрозрачности может также быть достигнут подбором вида и концентрации окрашивающего средства (60) в комбинации с выбором полимерного материала (2). Например, когда выбирается полимерный материал с оптической плотностью менее чем около 0,30, для увеличения оптической плотности может быть добавлено окрашивающее средство таким образом, чтобы теплопроницаемая визуально непрозрачная подложка, содержащая полимерный материал и окрашивающее средство, имела бы оптическую плотность выше чем около 0,30. Для достижения желательной визуальной непрозрачности первого компонента, содержащего теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку (1), подбираться могут тип окрашивающего средства и его концентрация. В одном воплощении первый компонент содержит слой микропористого политетрафторэтилена (ePTFE) толщиной приблизительно 35 мкм и с оптической плотностью 0,77. В другом воплощении первый компонент содержит слой микропористого ePTFE толщиной приблизительно 110 мкм и с оптической плотностью около 1,1.
В одном воплощении структура, которая содержит первый компонент - теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку, содержащую слой микропористого ePTFE толщиной приблизительно 35 мкм и окрашивающее средство на углеродной основе - имеет оптическую плотность выше 1,5. В другом воплощении образована структура, в которой теплопроницаемая визуально непрозрачная подложка содержит микропористый ePTFE и окрашивающее средство, при этом оптическая плотность выше 4,0; в альтернативном воплощении с подобным окрашивающим средством, теплопроницаемая визуально непрозрачная подложка, содержащая визуально прозрачный слой из сплошного полиэтиленового полимера, имеет оптическую плотность выше 1,0.
В дополнение к обеспечению эффективности в видимой области спектра ЭМ могут быть получены структуры, обладающие определенными уровнями отражения и поглощения в ближней инфракрасной (БИК) области ЭМ. Предпочтительные структуры имеют отражательную способность в диапазоне длин волн 700 мкм - 1000 мкм менее 70%. Может быть получена содержащая полимерный материал теплопроницаемая визуально непрозрачная подложка, имеющая желательный уровень отражения в БИК-диапазоне. Для достижения в конечной структуре желательного уровня отражения в БИК-области уровень БИК-отражения первого компонента может быть отрегулирован с учетом тех эффектов, к которым приводит добавление других слоев структуры.
В некоторых воплощениях окрашивающее средство (60) выбирается так, чтобы в дополнение к желательной отражательной способности в видимой области придать избирательно отражающей структуре (10) особую отражательную способность в БИК-диапазоне. Например, в качестве окрашивающего средства могут быть выбраны отражающие и поглощающие добавки и применены в полимерном материале (2) первого компонента таким образом, чтобы достичь желательного уровня отражательной способности как в цветовой (видимой) области, так и в области БИК. В одном воплощении может быть получен первый компонент, содержащий такой микропористый материал, как ePTFE, содержащий БИК-добавки, например углерод. Полимерный материал, используемый для получения микропористого материала, может содержать одну или несколько БИК-добавок и может быть затем преобразован в теплопроницаемую микропористую пленку, имеющую желательный уровень отражения в БИК-области. Как показано на фиг.2 и 4, к теплопроницаемой визуально непрозрачной первой подложке (1) для обеспечения особых отражательных свойств в диапазонах БИК, КИК, СИК или ДИК могут быть добавлены БИК-добавки (90, 91, 92, 93), такие как углерод, металл и ТЮз, но не ограничиваясь этим.
Особые отражательные свойства структуры в области коротковолнового инфракрасного излучения (КИК) могут быть также достигнуты с помощью инфракрасных добавок (IR), регулирующих размер пор полимерного материала, и/или посредством регулирования толщины полимерного материала. Подходящие рабочие характеристики для структур представлены отражательной способностью в диапазоне КИК (от 900 нм до 2500 нм), составляющей менее 70%. Для получения характеристик теплоотражающего слоя применяются измерения среднего коэффициента теплового излучения в широком диапазоне спектра, как, например, от 3 мкм до 30 мкм. Однако измерения в широком диапазоне не могут адекватно характеризовать конкретные рабочие характеристики структуры при ее применении. Описанные здесь структуры предназначаются для обеспечения особых спектральных рабочих характеристик в более узких областях, таких, как рабочие характеристики, усредненные по диапазону длин волн 3 мкм - 5 мкм (СИК) или усредненные по диапазону длин волн 9 мкм - 12 мкм (ДИК). В некоторых воплощениях определенные спектральные рабочие характеристики могут быть приспособлены к определенным отражательным способностям при определенных интересующих длинах волн в пределах данного диапазона. Отражательная способность или пропускание внутри более узкого диапазона 3 мкм - 5 мкм и/или 9 мкм - 12 мкм рассматриваются как эффективность в тепловом диапазоне.
В одном воплощении обеспечивается мультиспектральная, избирательно отражающая структура, имеющая эффективность в тепловой области по средней отражательной способности в диапазоне длин волн от 3 мкм до 5 мкм, превышающую или равную до около 25%, и/или средней отражательной способности в диапазоне от 9 мкм до 12 мкм выше или равную до около 25%. В других воплощениях образованы структуры, имеющие среднюю отражательную способность в диапазоне длин волн от 3 мкм до 5 мкм, превышающую или равную до около 30%, 40%, 50%, или 60%, и/или среднюю отражательную способность в диапазоне длин волн от 9 мкм до 12 мкм, превышающую или равную до около 30%, 40%, 50%, или 60%. В некоторых воплощениях мультиспектральные, избирательно отражающие структуры имеют отражательную способность в диапазонах длин волн от 3 мкм до 5 мкм и/или от 9 мкм до 12 мкм, измеренную согласно описанным здесь методам испытаний, выше 30% и менее 98%, менее 90% или менее 80%. Кроме того, показанная на фиг.1 мультиспектральная, избирательно отражающая структура (10) содержит второй компонент, содержащий теплоотражающий слой (30), содержащий компонент (35) с низкой излучательной способностью, который придает структуре высокую отражательную способность в диапазонах длин волн от 3 мкм до 5 мкм и от 9 мкм до 12 мкм. Теплоотражающий слой имеет излучательную способность, измеренную согласно описанному здесь методу определения излучательной способности, составляющую менее около 0,75, менее около 0,6, менее около 0,5, менее около 0,4, менее около 0,3 или менее около 0,2. Компонент (35) с низкой излучательной способностью может быть покрытием или подложкой с излучательной способностью менее около 0,75. Компоненты с низкой излучательной способностью содержат металлы, включая, но не ограничиваясь, Ag, Сu, Au, Ni, Sn, Al, и Cr. Помимо этого, компоненты с низкой излучательной способностью могут содержать неметаллические материалы, имеющие излучательную способность, определенную согласно описанному здесь методу измерения излучательной способности, составляющую менее около 0,75, менее около 0,6, менее около 0,5, менее около 0,4, менее около 0,3 или менее около 0,2. Неметаллические материалы, которые могут быть подходящими для применения в компоненте с низкой излучательной способностью, включают оксид индия и олова, нанотрубки из углерода, полипиррол, полиацетилен, политиофен, полифлуорен и полианилин. Толщина теплоотражающего слоя (30) может быть выбрана такой, чтобы обеспечивать наличие некоторых определенных свойств. В одном воплощении, в котором желательной является гибкая мультиспектральная, избирательно отражающая структура, толщина теплоотражающего слоя (30), содержащего компонент с низкой излучательной способностью, может быть минимизирована, и выбираться могут теплоотражающие слои с толщиной менее около 0,002 дюйма.
В одном воплощении теплоотражающий слой (30) может состоять из компонента с низкой излучательной способностью, нанесенного на вторую поверхность (13) теплопроницаемой визуально непрозрачной подложки (1) посредством осаждения металла из паровой фазы или напыления покрытия, содержащего металлические частицы, такого как металлизированная аэрозольная краска. В следующем воплощении теплоотражающий слой (30) может быть образован соединением компонента с низкой излучательной способностью (35) со второй поверхностью (13) теплопроницаемой визуально непрозрачной подложки (1) через промежуточный, лежащий между ними слой (4), например, клейкого материала или прокладочного материала, как показано на фиг.1. Теплоотражающий слой (30) может содержать компонент с низкой излучательной способностью, например, в виде передающей тепло фольги.
В одном варианте воплощения, таком, как представлен на фиг.6 и 7, теплоотражающий слой (30) может содержать компонент (35) с низкой излучательной способностью, например, содержащую металл пленку или пленку аэрозольной металлизированной краски, которые могут располагаться позади или же быть нанесенными на вторую поверхность (13) теплопроницаемой визуально непрозрачной подложки (1). Металлизация подходящей пленки может быть выполнена с помощью метода химического восстановления, осаждением из паровой фазы или восстановлением солей металлов в или на поверхности пленки.
В качестве варианта металлосодержащие пленки, подходящие для настоящего изобретения, могут быть получены экструдированием металлонаполненного полимера, поверхностной металлической пропиткой или ламинированием, либо инкапсулированием металлических пленок или частиц. Например, как показано на фиг.8, структура (10) может содержать первый компонент (80), содержащий первую подложку (81), которая является теплопроницаемой визуально непрозрачной подложкой, и второй компонент (70), содержащий вторую подложку (71). Второй компонент (70), содержащий теплоотражающий слой, содержит подложку (71), например пленку из вспененного PTFE, которая была подвергнута металлизации компонентом (35) с низкой излучательной способностью и сцеплена через посредство промежуточного слоя (4) со второй поверхностью (13) теплопроницаемой визуально непрозрачной первой подложки (71). В другом воплощении второй компонент (70) может содержать металлизированную ткань, прилегающую ко второй поверхности (13) теплопроницаемой визуально непрозрачной первой подложки (71) и возможно присоединенную к первой подложке (81).
В одном воплощении, в котором теплоотражающий слой (30) образован прикреплением компонента с низкой излучательной способностью ко второй поверхности (13) теплопроницаемой визуально непрозрачной подложки (1), может использоваться промежуточный слой (4), который является или непрерывным, или несплошным. Мультиспектральная, избирательно отражающая структура, содержащая непрерывный теплопроницаемый промежуточный слой (4), например, из клейкого материала или прокладочного материала, иллюстрируется на фиг.1. В качестве варианта может применяться несплошной промежуточный слой (4), имеющий достаточную теплопроницаемость для того, чтобы придавать желательные теплофизические свойства мультиспектральной, избирательно отражающей структуры. Мультиспектральные, избирательно отражающие структуры с несплошным промежуточным слоем (4) иллюстрируются, например, на фиг.2, 4, 5, 7 и 8.
В другом воплощении обеспечивается мультиспектральная, избирательно отражающая структура, в которой второй компонент, содержащий теплоотражающий слой (30), содержащий компонент с низкой излучательной способностью, прилегает ко второй поверхности первого компонента, содержащего теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку (1) с небольшим или полностью отсутствующим сцеплением с теплопроницаемой визуально непрозрачной подложкой. В одном воплощении структура может быть образована способом, подобным структуре, поясняемой на фиг.1, но без промежуточного слоя (4). «Прилегающий» при использовании применительно к настоящему изобретению означает или (а) расположенный непосредственно рядом безо всяких промежуточных слоев, (b) непосредственно присоединенный, (с) присоединенный через посредство промежуточных слоев, или (d) расположенный на данной стороне, но отделенный от другого слоя промежуточными слоями еще одного материала. При условии достижения желательных мультиспектральных рабочих характеристик настоящего изобретения может быть реализовано воплощение, имеющее один или несколько промежуточных слоев из достаточно теплопроницаемого материала, расположенных между второй поверхностью (13) теплопроницаемой визуально непрозрачной подложки (1) и теплоотражающим слоем (30). Эти слои могут быть или соединенными друг с другом, или не соединенными друг с другом, или представлять любую их комбинацию.
Теплоотражающий слой может содержать компонент с низкой излучательной способностью, обладающий одинаковой излучательной способностью по всей поверхности теплоотражающего слоя (30) или же, в качестве варианта, может быть обеспечено наличие некоторого количества участков с различными величинами излучательной способности. В одном воплощении, поясняемом на фиг.7, теплоотражающий слой (30) может содержать множество отдельных компонентов с низкой излучательной способностью (31, 32, 33), прилегающих ко второй поверхности (13) теплопроницаемой визуально непрозрачной подложки (1). В одном воплощении теплоотражающий слой (30) может содержать единственный непрерывный слой компонента с низкой излучательной способностью, или в качестве варианта воплощения, теплоотражающий слой (30) может содержать несплошной рисунок из компонентов с низкой излучательной способностью.
2
2
2
2
2
2
Для применений, в которых желательны такие свойства, как влагонепроницаемость, огнестойкость или стойкость к действию химических и биологических агентов, мультиспектральная, избирательно отражающая структура может содержать один или несколько подкладочных слоев (5), прилегающих к той стороне теплоотражающего слоя (30), которая является противоположной стороной по отношению к первой подложке (1). Как представляется на фиг.5, пористый подкладочный слой (5) возможно может быть обеспечен на одной стороне теплоотражающего слоя (30) мультиспектральной, избирательно отражающей структуры. Это воплощение дополнительно увеличивает применимость настоящего изобретения, обеспечивая улучшение качеств структуры, независимо от ее отражательных свойств в оптическом, БИК и тепловом диапазонах. Как показано на фиг.5, в качестве пористой подкладки (5) может служить текстильный слой, сцепление которого с теплоотражающим слоем может быть выполнено таким присоединением (8), как клеевое соединение, например, для улучшения сопротивления истиранию или прочности на разрыв. Ткани являются особенно подходящими для применения в качестве пористой подкладки (5) и могут быть подобраны так, чтобы придавать улучшенную долговечность, структурную устойчивость или стабильность размеров, огнестойкость, изолирующие и другие подобные качества мультиспектральной, избирательно отражающей структуры, сохраняя при этом удобство и эстетические свойства. Подходящие для этих целей текстильные материалы включают, но не ограничиваются ткаными, вязаными и неткаными материалами. В другом воплощении настоящего изобретения пористая подкладка (5) может содержать пористую или микропористую пленку, например, из вспененного PTFE. Пористые или микропористые пленки могут обеспечивать предохранение слоя с низкой излучательной способностью, сохраняя при этом его воздухопроницаемость. Воздухопроницаемость структуры измерялась здесь методом испытания MVTR и ее величина желательно превышала 1000 г/м/день. Для описанных здесь структур может быть достигнута воздухопроницаемость выше 2000 (г/м/день), выше 4000 (г/м/день), выше 6000 (г/м/день), выше 8000 (г/м/день) и даже выше 10000 (г/м/день). В собранном виде мультиспектральная, избирательно отражающая структура (10) может использоваться в большом количестве разнообразных применений, включая, но не ограничиваясь защитной одеждой, накидками, укрытиями, пологами и сетями. Содержащие эти структуры изделия могут изготавливаться с использованием единственного слоя мультиспектральной, избирательно отражающей структуры или с несколькими слоями с тем, чтобы обеспечивать подходящие количественные показатели характеристик внешнего вида и отражательной способности. Например, в одном воплощении применения в качестве защитной одежды, которая должна скрывать владельца этой одежды, может быть предпочтительным обеспечение множества слоев узко нарезанного мультиспектрального, избирательно отражающего материала данной структуры (то есть лентами 1×4 дюйма) на другом слое избирательно отражающей структуры, который образует основную часть защитной одежды. Это обеспечивает более значительную степень визуального разрушения силуэта владельца, обеспечивая при этом улучшенные свойства теплоотражения. Образуются изделия, содержащие мультиспектральные, избирательно отражающие структуры, в которых первый компонент структуры, содержащий теплопроницаемую визуально непрозрачную подложку, направлен от объекта или от тела, которые должны быть защищены от обнаружения, и в сторону источника обнаружения. Таким образом, изделия содержат структуру, в которой второй, содержащий теплоотражающий слой компонент направлен к объекту или к телу, которые должны защищаться от обнаружения, и в противоположную от источника обнаружения сторону. Поэтому, когда изделие представляет собой, например, палатку, защитную одежду, полог, или защитную накидку, первый компонент структуры соответствует или является ближайшим к наружной поверхности изделия, а второй компонент структуры соответствует или является ближайшим к внутренней поверхности изделия и поэтому оказывается ближайшим к объекту или телу, которые должны быть защищены от обнаружения.
Эффективность изделий, содержащих описанные здесь мультиспектральные, избирательно отражающие структуры, в тепловой области может быть дополнительно усилена выборочным применением изолирующих материалов или изолирующих композиций между владельцем/оборудованием, предохраняемым от теплового обнаружения, и слоем мультиспектральной, избирательно отражающей структуры. Например, в одном воплощении защитная одежда образована так, чтобы содержать мультиспектральный, избирательно отражающий композиционный материал, который, кроме того, содержит изолирующий материал, обеспечиваемый, например, в частях защитной одежды, соответствующих области плеча, с тем, чтобы минимизировать на защитной одежде участки местного перегрева и снизить заметность в тепловом диапазоне. В случаях когда имеется необходимость в снижении заметности в тепловом диапазоне в течение длительных периодов времени (например, периодов более 24 часов), предпочтительными могут являться высокоэффективные изолирующие материалы, такие как описываемый в одновременно поданной данным заявителем заявке на патент США №7118801. Эти изолирующие материалы могут также быть подходящими для маскировки горячих участков оборудования (таких как моторные отсеки) и могут использоваться в комбинации с покрытием, изготовленным из материала описанной здесь мультиспектральной, избирательно отражающей структуры, который будет дополнительно маскировать заметность в тепловом диапазоне и обеспечивать подавление отображения в оптическом и БИК диапазонах. В различных вариантах воплощений мультиспектральная, избирательно отражающая структура настоящего изобретения может иметь толщину менее около 20 мм, предпочтительно менее около 10 мм, более предпочтительно менее около 7 мм и еще более предпочтительно менее около 5 мм.
В различных вариантах воплощений мультиспектральная, избирательно отражающая структура настоящего изобретения может иметь массу менее около 20 унций на квадратный ярд, предпочтительно менее около 15 унций на квадратный ярд, более предпочтительно менее около 10 унций на квадратный ярд и еще более предпочтительно менее около 7 унций на квадратный ярд.
В различных вариантах воплощений мультиспектральная, избирательно отражающая структура настоящего изобретения может иметь показатель грифа менее около 3000 г, предпочтительно менее около 2000 г, более предпочтительно менее около 1000 г и еще более предпочтительно менее около 500 г.
Методы испытаний
Испытание на влагонепроницаемость
Проверка влагонепроницаемости выполнялась следующим образом. Структуры материала были проверены на влагонепроницаемость с помощью устройства для проведения модифицированного испытания Сатера (Suter) при использовании воды в качестве представительной испытательной жидкости. Вода под давлением направляется на испытуемый участок диаметром около 4,25 дюйма, герметично закрепленный между двумя резиновыми прокладками в зажимном устройстве. В случае образцов, включающих один или несколько текстильных слоев, текстильный слой ориентировался таким образом, чтобы располагаться с противоположной стороны от поверхности, на которую воздействовала вода. Когда испытаниям по методу Сатера подвергался нетекстильный образец (то есть не ламинированная текстильным слоем пленка), на верхней поверхности образца (то есть поверхности, противоположной той, на которую воздействовала вода) размещался холст, не допускавший чрезмерного растяжения образца при воздействии на него давления воды. Образец находился в открытом атмосферным условиям состоянии и был видим проводившему испытания оператору. Давление воды на образец с помощью присоединенного к емкости для воды насоса увеличивалось до величины около 1 фунта на квадратный дюйм, что отображалось на подходящем измерительном приборе и регулировалось с помощью проходного вентиля. Образец для испытаний располагался под углом, а вода рециркулировала так, чтобы обеспечивать контакт нижней поверхности образца с водой, а не с воздухом. Верхняя поверхность образца визуально наблюдалась в течение 3 минут для отслеживания появления продавливаемой через образец воды. Замеченная на поверхности жидкая вода интерпретировалась как просачивание. Если на поверхности образца в течение 3 минут никакой жидкой воды не замечалось, образец рассматривался как выдержавший испытание на влагонепроницаемость (испытание по методу Сатера). Выдержавший это испытание образец определялся как «влагонепроницаемый для целей настоящего изобретения».
Испытание восприятия на ощупь (гриф)
Показатели грифа проверялись на образцах для испытаний с помощью измерительного устройства Thwing-Albert Handle-O-Meter (модель # 211-5 производства Thwing Albert Instrument Company, Филадельфия, PA). Использовалась установленная величина нагрузки балансира устройства для проталкивания испытуемых образцов через щель в 1/4 дюйма. При испытаниях ламинированных образцов применялась нагрузка в 1000 граммов. Устройство измеряет силу сопротивления, которая соотносится с жесткостью образца на изгиб, и отображает в цифровом виде пиковые величины сопротивления. Для адекватной количественной оценки анизотропии и асимметрии образцов вырезались различные образцы для сгибания их против направления оси Х и направления оси Y соответственно. Для выполнения испытаний из материала вырезались квадраты размером в четыре дюйма. При типичном испытании Х-ориентированный образец устанавливался в устройстве таким образом, чтобы направление по оси Х проходило перпендикулярно к щели. Испытание начиналось при расположении образца лицевой стороной вверх, вызывая опускание балансира и проталкивание образца через щель испытательного стенда. Отображалась и регистрировалась пиковая величина сопротивления как относящаяся к лицевой стороне образца структуры. Тот же самый образец затем переворачивался с поворотом на 180 градусов с тем, чтобы быть согнутым в другом месте. При этой новой схеме размещения испытание с пропусканием образца через щель повторялось еще раз. Вторая величина сопротивления записывалась как относящаяся к образцу структуры с лицевой стороной, обращенной вниз. Процедура повторялась для Y-направления образца (при котором направление по оси Y ориентировалось перпендикулярно к щели), приводя к получению еще двух величин: «образец структуры лицевой стороной вверх» и «образец структуры лицевой стороной вниз».
Получаемые в результате четыре величины (направление по оси Х и направление по оси Y, образец структуры лицевой стороной вверх и образец структуры лицевой стороной вниз) складываются для получения общего показателя грифа, который характеризует жесткость образца (с учетом его асимметрии и анизотропии). Получают, по меньшей мере, две величины такого общего показателя грифа и усредняют для определения представленной здесь величины показателя грифа.
Скорость проницаемости водяных паров (MVTR).
Ниже приводится описание испытания, применяемого для измерения скорости проницаемости водяных паров (MVTR). Была подобрана методика, подходящая для исследования пленок, покрытий и изделий с покрытием.
2
В данной методике в полипропиленовую чашку с внутренним диаметром горловины 6,5 см и емкостью 133 мл помещалось приблизительно 70 мл насыщенного соляного раствора, состоящего из 35 массовых долей ацетата калия и 15 массовых долей дистиллированной воды. К ободу чашки тепловой склейкой прикреплялась мембрана из вспененного политетрафторэтилена (PTFE), имеющая минимальный MVTR приблизительно в 85000 г/м / 24 час, что проверялось способом, описанным в патенте США 4862730 (Crosby), с тем, чтобы создать туго натянутый, герметичный, микропористый барьер, удерживающий раствор.
Подобная мембрана из вспененного PTFE была установлена над поверхностью водяной бани. Посредством использования термостатированного помещения и циркуляции воды в ванне температура водяной бани поддерживалась на уровне 23°С + 0,2°С.
Перед выполнением процедуры испытаний исследуемый образец выдерживался при температуре 23°С и относительной влажности 50%. Образцы располагались таким образом, чтобы первая подложка была ориентирована в сторону от водяной бани, а противоположная поверхность находилась в контакте с мембраной из вспененного политетрафторэтилена, установленной над поверхностью водяной бани, и до введения чашки оставлялись, по меньшей мере, на 15 минут для достижения состояния равновесия. Чашка в сборе взвешивалась с точностью до 1/1000 г и помещалась в перевернутом состоянии в центре испытуемого образца.
Перенос воды обеспечивался движущей силой между водой в водяной бане и насыщенным соляным раствором, создающей диффузионный поток воды в данном направлении. Испытание образца проводилось в течение 15 минут, затем чашка в сборе извлекалась и снова взвешивалась с точностью 1/1000 г.
MVTR образца вычислялся по увеличению массы чашки в сборе и выражался в граммах воды на квадратный метр площади поверхности образца в течение 24 часов.
Метод проверки отражательной способности в видимой и ближней инфракрасной областях спектра
Была измерена близкая к нормально-полусферической спектральная отражательная способность образцов (например, окрашенной стороны первой подложки структуры) в видимой и ближней инфракрасной (БИК) областях спектра, используя спектрофотометр UV/VIS/БИК (Perkin-Elmer Lambda 950), оснащенный интегрирующей сферой диаметром 150 мм с покрытием Spectralon (Labsphere DRA 2500), который собирал как отраженное, так и рассеиваемое излучение. Измерения отражательной способности проводились в двухлучевом режиме работы и в качестве эталонов в диапазоне от 250 нм до 2500 нм с шагом в 20 нм использовались материалы Spectralon.
Образцы, на которых проводились измерения, были однослойными с подкладкой. Используемые подкладочные материалы представляли собой матовые полимерные листы черного цвета. Измерения проводились не менее чем на трех различных участках и данные измерений на этих участках усреднялись. Все измерения в этой работе были выполнены под близким к нормали углом падения луча, то есть образец рассматривался под углом, отличающимся от нормали не более чем на 10 градусов, и с включенным отражающим компонентом. Фотометрическая точность спектрофотометра была откалибрована в пределах 1 процента, а точность установки длины волны - в пределах 2 нм со стандартным используемым в измерительном устройстве размером апертуры. Для коррекции результатов ослабления сигнала подкладочным материалом отражательная способность образцов вычислялась согласно стандарту ASTM:E903-96 для определения отражательной способности материалов с помощью интегрирующей сферы.
Результаты спектрофотометрических измерений в видимой и ближней инфракрасной областях спектра представлены в таблице 1 в виде усредненных по всем полученным точкам данных по полусферической отражательной способности для определенного диапазона длин волн.
Метод проверки полусферической отражательной способности и пропускания в тепловой инфракрасной области спектра
Близкие к нормально-полусферическим спектральное пропускание и отражательная способность в тепловой инфракрасной области спектра очень важны для исполнения и оценки настоящего изобретения. Измеренные величины полусферической отражательной способности и спектры пропускания могут использоваться для вычисления коэффициента направленного излучения с помощью закона Кирхгофа (ε=1-R-T; для непрозрачных подложек, ε=1-R [где ε - излучательная способность, R - отражательная способность и Т - пропускание).
-1
-1
-1
2
Для измерения направленно-полусферического пропускания и отражения образцы рассматривались под углом к нормали не более 10 градусов, с включенным отражающим компонентом. Были выполнены измерения спектрального полусферического пропускания и отражательной способности образцов в диапазоне 600 см - 5000 см, со спектральным разрешением 8 см. Источник оптического излучения и селективность по волновым числам обеспечивались инфракрасным Фурье-спектрофотометром (FTIR) Bio-Rad FTS-6000, снабженным глобаром с керамическим покрытием и покрытым германием расщепителем луча из КВr. Измерения на полусферической поверхности осуществлялись при использовании интегрирующей сферы диаметром 150 мм с диффузионным напылением золота (Mid-IR IntegratlR- Pike Technologies) на образцах, устанавливаемых в отверстии, прорезанном в поверхности сферы. На верхней части сферы устанавливался охлаждаемый жидким азотом детектор МСТ с зоной обзора, ограничиваемой участком нижней поверхности сферы. Интегрирующая сфера Mid-IR Integral IR отличается освещением образца под углом 8 градусов, а образцы, отражательная способность которых определяется, размещаются непосредственно в отверстии для образцов направленной вверх сферы или на тонком, пропускающем инфракрасное излучение окне. Для измерения отражательной способности вырезались образцы квадратной формы площадью приблизительно 40 мм и размещались на интегрирующей сфере в 18 мм горизонтальных отверстиях для измерения отражательной способности образцов. В измерениях использовался контрольный эталон с напыленным диффузионным способом золотом, а все образцы размещались на подкладочном материале, изготовленном из покрытого черной матовой краской полимера. Спектры всех образцов снимались в режиме быстрого сканирования и в количестве 200 сканирований для каждого образца. Для каждого образца снималось по три показания и полученные данные усреднялись. Для коррекции результатов ослабления сигнала подкладочным материалом отражательная способность образцов вычислялась согласно стандарту ASTM:E903-96 для определения отражательной способности материалов с помощью интегрирующей сферы.
Оценивалось пропускание проницаемых или просвечивающих материалов в области от 2 мкм до 17 мкм посредством размещения образца в узле пропускания, приспособленном под стандартный держатель образца размером 2×3 дюйма. Затем прибор настраивался в положение абсолютных измерений (100%) и регистрировался сигнал интенсивностью 100% без образца, находящегося в положении измерения. Затем устанавливался образец и регистрировались показания по пропусканию. Величина прошедшего сигнала, разделенная на сигнал с интенсивностью 100%, соответствовала пропусканию.
Таблица 1 содержит сведения по направленно-полусферическому пропусканию и отражательной способности, представленные всеми экспериментальными точками, полученными и усредненными по спектральным диапазонам 3 мкм - 5 мкм и 9 мкм - 12 мкм.
Метод проверки оптической плотности
Для целей данного патента визуальная непрозрачность оценивается в терминах оптической плотности (OD).
Оптическая плотность образцов измерялась при комнатной температуре с помощью настольного денситометра TRX-N, поставляемого компанией Tobias Associates, Inc, Ivyland, Пенсильвания, США. Устройство состоит из источника света и кремниевого фотоприемника со спектральной чувствительностью между 475 нанометрами и 675 нанометрами, превышающей 20%. Это устройство пригодно для измерения оптической плотности пленок как в режиме пропускания, так и в режиме отражения. При всех измерениях использовался режим пропускания. Оптическая плотность является параметром, который приближенно соответствует реакции человеческого глаза. Оптическая плотность определяется с помощью следующего уравнения:
OD=Log 1/T
где OD = оптическая плотность и Т = пропускание.
Прибор требует прогревания в течение приблизительно 10 минут. Исследуемый участок имел диаметр приблизительно 3 мм и предназначенные для проведения измерений образцы были достаточно большими, чтобы полностью покрывать исследуемый участок. Методика испытаний была следующей:
1. Поверх отверстия для образцов размещается стандарт из ПЭТ-пленки толщиной 0,0075 дюйма.
2. Устанавливается положение нуля, опустив рукоятку детектора к окошку и нажав кнопку управления.
3. Отобразившуюся цифровую величину следует воспринимать как ноль.
4. Результат записывается.
5. Испытуемый образец размещается на окошке так, чтобы окошко было им накрыто.
6. Рукоятка детектора опускается к накрывающему окошко образцу и нажимается кнопка управления.
7. Считываются и записываются результаты, отображающиеся на светодиодном дисплее.
8. Этапы с 5 по 8 повторяются для всех остающихся образцов.
Результаты измерений оптической плотности отображаются на трех семисегментных светодиодных устройствах отображения, по одному для каждой цифры. Для целей данного патента материал считается визуально непрозрачным, когда величина OD в диапазоне между 475 и 675 нм превышает 0,30.
Метод измерения излучательной способности
Излучательная способность образцов в инфракрасной области при температуре, близкой к комнатной, измерялась с помощью переносного устройства для определения излучательной способности модели АЕ производства компании Devices & Services Company (Техас, США). Это устройство для оценки излучательной способности определяет общую тепловую излучательную способность в сравнении со стандартными материалами, обладающими высокой и низкой излучательной способностью.
4
4
d
s
d
s
Устройства для определения излучательной способности модели АЕ производства Devices & Services состоит из измерительной головки и масштабирующего цифрового вольтметра. Измерительная головка разработана таким образом, чтобы ее детектор излучения нагревался до 355 К, позволяя при этом испытуемым образцам оставаться во время измерений при температуре окружающей среды. Детектор представляет собой дифференциальный термоэлектрический элемент, состоящий из двух элементов с высокой величиной s и двух элементов с низкой величиной е, и таким образом реагирует только на теплоту, которая переносится посредством излучения между самим детектором и образцом. Детектор имеет почти постоянный отклик на длины волн инфракрасного диапазона излучения и снимает данные с участка образца диаметром 50 мм на расстоянии 4,3 мм. Изготовитель указывает, что выходное напряжение детектора линейно меняется с ε в пределах ±0,01 единиц и пропорционально T -T , где Т и T - абсолютные температуры детектора и испытуемого образца соответственно. Вместе с устройством для определения излучательной способности поставляются два «стандарта» с величинами е 0,06 и 0,90, каждый диаметром 66,7 мм и толщиной 4 мм. Прибор требует прогревания в течение приблизительно 60 минут. Поскольку устройство для определения излучательной способности является компаративным, перед применением оно должно быть откалибровано. Два стандарта размещаются на теплоотводе так, чтобы оба достигли температуры окружающей среды. Затем головка детектора размещается над стандартом с высокой излучательной способностью и коэффициент усиления вольтметра регулируется таким образом, чтобы после выдерживания для установления равновесия в течение около 90 секунд на нем отображалось число 0,90. После чего головка детектора размещается над стандартом с низкой излучательной способностью и регулятор напряжения смещения нуля устанавливается в такое положение, чтобы вольтметр показывал значение 0,06. Регулировка повторяется до тех пор, пока устройство для определения излучательной способности не сможет переводиться с одного стандарта на другой и показания вольтметра не будут при этом отображать эти две величины без какой-либо подстройки.
Образец для оценки излучательной способности вырезается такой же формы и размеров, как и стандарты, а затем помещается на теплоотводе и оставляется для уравновешивания с ним. Над ним размещается головка детектора и показание вольтметра непосредственно представляет полусферическую излучательную способность исследуемой поверхности. Прибор для оценки излучательной способности модели АЕ измеряет полусферическую излучательную способность приблизительно в диапазоне длин волн 3-30 мкм.
Примеры
Пример 1
Следующим образом готовился образец структуры, содержащий покрытый углеродом ePTFE и металлизированный ePTFE.
Первый компонент, содержащий покрытый углеродом ePTFE и представляющий собой первую подложку, готовился в соответствии с описанием из примера 3 публикации патентной заявки США №2007/0009679 за исключением следующего. Применяемая мембрана из ePTFE имела толщину около 30 мкм, массу около 9 граммов на квадратный метр и средний размер пор около 0,2 мкм. Количество используемой углеродной сажи составляло около 0,9 масс.% от массы мембраны из ePTFE. Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний оптическая плотность и теплоотражающие свойства первой подложки первого компонента и полученные данные представлены в таблице 1.
Второй компонент, представляющий теплоотражающий слой и содержащий металлизированный ePTFE, готовился в соответствии с патентом США 5955175. Была измерена согласно указанным здесь методам испытаний излучательная способность с металлизированной стороны и представлена в таблице 1.
Затем первый компонент размещался против металлизированной стороны второго компонента, а между ними помещался слой полиэтиленовой пленки толщиной в 0,5 тысячных долей дюйма. Слои были сцеплены друг с другом для образования структуры обработкой термопрессом модели 178SU производства Geo Knight and Co в течение около 10 секунд при температуре около 350°F. Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых измерениям с покрытой углеродом ePTFE-стороны образца, представлены в таблице 1 и показаны на фиг.9, 10 и 11. Структуры, как показано в таблице 1, имели отражение в видимой области приблизительно 8%, отражение в БИК области приблизительно 12%, отражение в области СИК приблизительно 28% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 50%.
Кривые спектральной чувствительности на фиг.9, 10 и 11 демонстрируют вариабельность отражательной способности и пропускания по широкому диапазону проверявшихся длин волн. Представленные усредненные результаты вычислены на основании отображенных на этих фигурах данных по определенным диапазонам длин волн, представленным в таблице 1. Фиг.11 дополнительно включает данные по отражательной способности структур в диапазоне от около 8 мкм до 9 мкм.
Пример 2
Следующим образом готовился образец структуры, содержащий слой покрытого углеродом ePTFE, алюминиевую фольгу и текстильную подкладку.
Первый, представляющий первую подложку, компонент из покрытого углеродом ePTFE готовился, как описано в примере 1. Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и представлены в таблице 1 данные по оптической плотности и теплопередающим свойствам первой подложки.
Готовился второй, представляющий теплоотражающий слой, компонент, содержащий несплошной слой фольги, присоединенной к текстильной подкладке. Второй компонент был образован перфорированием слоя алюминиевой передающей тепло фольги производства Crown Roll Leaf, Inc (позиция #MG39-100G) для образования приблизительно 30% открытого участка с тем, чтобы получить несплошной слой теплопередающей фольги. Несплошной слой передающей тепло фольги присоединялся к текстильной подкладке с помощью непрерывного слоя (8) термопластичного полиуретанового клея для образования второго компонента, представляющего теплоотражающий слой. Слои были сцеплены друг с другом обработкой термопрессом производства Geo Knight and Co, модель 178SU в течение около 8 секунд при температуре около 280°F.
Была измерена согласно указанным здесь методам испытаний излучательная способность со стороны несплошной теплопередающей фольги и представлена в таблице 1.
Затем для образования структуры первый компонент помещался сверху второго компонента со стороны фольги и они соединялись друг с другом при помощи термопресса так, как это описано в примере 1, при этом участки полиуретанового клея, соответствующие открытым участкам несплошного слоя передающей тепло фольги, прилипали непосредственно к первому компоненту. Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям со стороны первого компонента, представлены в таблице 1. Структуры имели отражение в видимой области приблизительно 7%, отражение в БИК области приблизительно 11%, отражение в области СИК приблизительно 31% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 43%. С помощью описанного здесь метода оценки грифа был измерен показатель грифа данного образца, составивший 186 граммов.
Пример 3
Следующим образом готовился образец структуры, содержащий слой окрашенного ePTFE, алюминиевую фольги и текстильную подкладку.
Первый, образующий первую подложку структуры, компонент готовился окрашиванием слоя ePTFE толщиной 1,2 тысячной доли дюйма (со средним размером пор около 0,2 мкм и плотностью около 18 граммов на квадратный метр) одним по существу сплошным черным покрытием, нанесенным стойким маркером Sharpie. Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и представлены в таблице 1 данные по оптической плотности и теплопередающим свойствам первой подложки.
Второй компонент, предназначенный для образования термоотражающего слоя, был приготовлен посредством перфорирования слоя алюминиевой передающей тепло фольги производства Crown Roll Leaf, Inc (позиция #MG39-100G) для образования приблизительно 30% открытого участка с тем, чтобы получить несплошной слой теплопередающей фольги. Этот несплошной слой передающей тепло фольги присоединялся к текстильной подкладке с помощью непрерывного слоя термопластичного полиуретанового клея. Слои фольги и текстильной подкладки соединялись друг с другом обработкой термопрессом производства Geo Knight and Co, модель 178SU в течение около 8 секунд при температуре около 280°F. Была измерена согласно указанным здесь методам испытаний излучательная способность со стороны несплошной теплопередающей фольги и представлена в таблице 1.
Первый компонент своей неокрашенной стороной помещался сверху второго компонента со стороны фольги, после чего первый и второй компоненты скреплялись между собой с помощью термопресса, как описано в примере 1, для образования структуры. Участки полиуретанового клея, соответствующие открытым участкам несплошного слоя передающей тепло фольги, склеивались непосредственно с первым компонентом.
Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям со стороны первого компонента, представлены в таблице 1. Структуры имели отражение в видимой области приблизительно 5%, отражение в БИК области приблизительно 11%, отражение в области СИК приблизительно 48% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 43%.
Пример 4
Следующим образом готовился образец структуры, содержащий ePTFE с нанесенной на нем печатью и металлизированный ePTFE.
Первый компонент из ePTFE пленки толщиной 1,2 тысячной доли дюйма (со средним размером пор около 0,2 мкм и плотностью около 18 граммов на квадратный метр) был покрыт водным раствором, содержащим около 13% Rhodapex ES-2 производства Rhodia, Inc и около 6% гексанола, и оставлялся для высыхания. Для создания первой подложки на ePTFE пленке с покрытием с помощью принтера DesignJet 110 plus было напечатано цветное изображение. Согласно указанным здесь методам испытаний были измерены оптическая плотность и теплопередающие свойства первой подложки первого компонента и представлены в таблице 1.
Второй компонент металлизированного ePTFE был приготовлен в соответствии с патентом США 5955175, применяющим в качестве металла золото и исключающим олеофобные покрытия при создании теплоотражающего слоя. Была измерена согласно указанным здесь методам испытаний излучательная способность с металлизированной стороны и представлена в таблице 1.
Сторона первого компонента, не имеющая печати, была соединена с металлизированной стороной второго компонента с помощью слоя полиэтиленовой пленки толщиной в 0,5 тысячных дюйма, как описано в примере 1.
Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям со стороны первого компонента, представлены в таблице 1 и показаны на фиг.9, 10 и 11. Структуры, как показано в таблице 1, имели отражение в видимой области приблизительно 38%, отражение в БИК области приблизительно 62%, отражение в области СИК приблизительно 60% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 47%. Продемонстрированная на фиг.11 спектральная чувствительность показывает, что структуры с нанесенной на их первых компонентах из ePTFE печатью воздействуют на отражательную способность в видимой области длин волн, прежде всего в диапазоне между 250 нм и 600 нм.
Пример 5
Был приготовлен образец структуры по существу согласно примеру 1 со следующими исключениями. Для создания первой подложки первого компонента вместо покрытого углеродом ePTFE-слоя первый компонент готовился окрашиванием слоя ePTFE толщиной 1,2 тысячной доли дюйма (со средним размером пор около 0,2 мкм и плотностью около 18 граммов на квадратный метр) одним по существу сплошным черным покрытием, нанесенным стойким маркером Sharpie. Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и представлены в таблице 1 данные по оптической плотности и теплопередающим свойствам первой подложки.
Была измерена согласно указанным здесь методам испытаний излучательная способность с металлизированной стороны второго компонента, приготовленного и подвергнутого испытаниям так же, как и в примере 1, и результаты представлены в таблице 1.
Неокрашенная сторона первого компонента была затем соединена с металлизированной стороной второго компонента с помощью несплошного слоя полиуретанового клея. Затем для образования структуры к неметаллизированной стороне второго компонента с помощью несплошного слоя полиуретанового клея в качестве подкладки была присоединена ткань. Результаты мультиспектральных испытаний образцов, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям со стороны первого компонента, представлены в таблице 1 и показаны на фиг.9, 10 и 11. Структуры, как показано в таблице 1, имели отражение в видимой области приблизительно 5%, отражение в БИК области приблизительно 12%, отражение в области СИК приблизительно 53% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 54%.
Пример 6
Готовился следующим далее образом образец структуры, содержащий два слоя покрытого углеродом ePTFE, соединенных слоем металлизирующего покрытия. Образец из покрытого углеродом ePTFE, представляющий первую подложку первого компонента, готовился, как описано в примере 1.
Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и представлены в таблице 1 данные по оптической плотности и теплопередающим свойствам первой подложки.
Первая подложка первого компонента из покрытого углеродом ePTFE была разделена на две примерно равные секции. Одна секция была для создания теплоотражающего слоя окрашена в соответствии с представленными на банке указаниями золотой пигментированной металлической аэрозольной краской для внутренних и наружных работ фирмы Krylon (позиция №1510-Н597). Оставшаяся неокрашенной секция для получения составного образца своей не имеющей углеродного покрытия стороной устанавливалась поверх влажной краски на другую секцию и разравнивалась вручную для удаления складок, давая возможность краске выступать и в качестве клейкого материала, и как компонент с низкой излучательной способностью. Образец оставлялся для высыхания в течение около 10 минут и затем измерялась его излучательная способность с помощью прибора для определения излучательной способности производства Devices and Services, Inc (10290 Monroe Drive #202, Даллас, TX), модель АЕ. Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям с первой стороны образца, представлены в таблице 1. Структуры имели отражение в видимой области приблизительно 9%, отражение в БИК области приблизительно 13%, отражение в области СИК приблизительно 31% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 41%.
Пример 7
Образец структуры, содержащий полипропилен и металл, готовился следующим образом.
Готовилась первая подложка первого компонента окрашиванием одной стороны слоя полипропиленовой пленки толщиной 2,5 тысячных долей дюйма по существу сплошным черным покрытием, нанесенным стойким маркером Sharpie. Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и представлены в таблице 1 данные по оптической плотности и теплопередающим свойствам первой подложки. По существу в соответствии с патентом США 5955175 готовился теплоотражающий слой, содержащий металлизированный ePTFE-материал. Была измерена согласно указанным здесь методам испытаний излучательная способность с металлизированной стороны и представлена в таблице 1.
Затем для образования структуры неокрашенная сторона первой подложки была присоединена к металлизированной стороне теплоотражающего слоя обработкой термопрессом модели 178SU производства Geo Knight and Co в течение около 10 секунд при температуре около 350°F.
Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям с окрашенной стороны, представлены в таблице 1 и показаны на фиг.9, 10 и 11. Структуры, как показано в таблице 1, имели отражение в видимой области приблизительно 7%, отражение в БИК области приблизительно 16%, отражение в области СИК приблизительно 43% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 78%.
Пример 8
Образец структуры из металлизированного полиуретана готовился следующим образом.
Посредством физического осаждения из паровой фазы была металлизирована первая подложка, содержащая образец пленки из полиуретана толщиной 1 тысячная дюйма (производства Deerfield Urethanes, позиция по каталогу №171 OS, Deerfield, MA). На второй поверхности первой подложки физическим осаждением из паровой фазы был осажден слой алюминия толщиной приблизительно 300 нм. Затем этот образец с не подвергшейся металлизации стороны был однократно окрашен по существу сплошным черным покрытием, нанесенным стойким маркером Sharpie.
Были проведены испытания свойств первого образца подложки, используя для этого не подвергшийся металлизации участок PU (полиуретановой) пленки, по существу имеющий покрытие, нанесенное стойким маркером Sharpie. Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и представлены в таблице 1 в графе «первый компонент» данные по оптической плотности и теплопередающим свойствам первой подложки.
Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям с окрашенной стороны образца, представлены в таблице 1. Структуры имели отражение в видимой области приблизительно 7%, отражение в БИК области приблизительно 13%, отражение в области СИК приблизительно 54% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 18%.
Пример 9
Готовился следующим образом образец структуры, содержащий полиэтиленовую пленку и алюминиевую фольгу.
Готовился первый компонент, образующий первую подложку первого компонента, окрашиванием слоя полиэтиленовой пленки толщиной 2,0 тысячных долей дюйма посредством однократного нанесения стойким маркером Sharpie по существу сплошного черного покрытия. Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и представлены в таблице 1 данные по оптической плотности и теплопередающим свойствам первой подложки.
В качестве теплоотражающего слоя был применен второй компонент, содержащий алюминиевую фольгу марки Stor-lt™. Была измерена согласно указанным здесь методам испытаний излучательная способность и данные по ней представлены в таблице 1. Своей неокрашенной стороной полиэтиленовая пленка размещалась, прилегая к алюминиевой фольге, и использовалась как мультиспектральная, избирательно отражающая структура. Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям с окрашенной стороны, представлены в таблице 1 и показаны на фиг.9, 10 и 11. Структуры, как показано в таблице 1, имели отражение в видимой области приблизительно 7%, отражение в БИК области приблизительно 23%, отражение в области СИК приблизительно 70% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 73%.
Пример 10
Был приготовлен образец структуры по существу согласно примеру 5 со следующими исключениями. Вместо несплошного слоя полиуретанового клея, первый и второй компоненты были соединены друг с другом с помощью непрерывного слоя универсального клея 3М Super 77™. Текстильная подкладка также была исключена.
Согласно указанным здесь методам испытаний были измерены оптическая плотность и теплопередающие свойства первой подложки первого компонента, приготовленного так же, как и в примере 5, и представлены в таблице 1.
Согласно указанным здесь методам испытаний была измерена так же, как и в примере 5, излучательная способность второго компонента с металлизированной стороны и результаты представлены в таблице 1.
Образцы структур были подвергнуты мультиспектральным испытаниям с окрашенной стороны образца и их результаты представлены в таблице 1. Это воплощение настоящего изобретения имело отражение в видимой области приблизительно 4%, отражение в БИК области приблизительно 9%, отражение в области СИК приблизительно 34% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 16%.
Пример 11
Был приготовлен образец структуры по существу согласно примеру 8, но с заменой пленки толщиной 1,5 тысячной доли дюйма из полиэтилентерефталата (PET) на пленку из полиуретана. Была измерена излучательная способность с не подвергавшейся металлизации стороны и полученные величины представлена в таблице 1 как относящиеся к теплоотражающему слою.
Были проведены испытания свойств первого образца подложки, как и в примере 8, используя для этого не подвергшийся металлизации участок PET (полиэтилентерефталатной) пленки, по существу имеющий покрытие, нанесенное стойким маркером Sharpie. Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и представлены в таблице 1 в графе «первый компонент» данные по оптической плотности и теплопередающим свойствам первой подложки.
Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям с окрашенной стороны образца, представлены в таблице 1. Структуры имели отражение в видимой области приблизительно 7%, отражение в БИК области приблизительно 17%, отражение в области СИК приблизительно 63% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 5%.
Пример 12
Следующим образом готовился образец структуры, содержащий ePTFE и металлизированный ePTFE.
Были измерены согласно указанным здесь методам испытаний и в таблице 1 представлены результаты по оптической плотности и теплопередающим свойствам первого компонента из ePTFE-пленки толщиной 1,2 тысячной доли дюйма (со средним размером пор около 0,2 мкм и плотностью около 18 граммов на квадратный метр). Второй компонент, представляющий теплоотражающий слой и содержащий металлизированный ePTFE, готовился в соответствии с патентом США 5955175. Была измерена согласно указанным здесь методам испытаний излучательная способность с металлизированной стороны и представлена в таблице 1.
Затем первый компонент размещался против металлизированной стороны второго компонента, а между ними помещался слой полиэтиленовой пленки толщиной в 0,5 тысячных дюйма. Слои были соединены друг с другом для образования структуры обработкой термопрессом модели 178SU производства Geo Knight and Co в течение около 10 секунд при температуре около 350°F. Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых измерениям с покрытой углеродом ePTFE-стороны образца, представлены в таблице 1 и показаны на фиг.9, 10 и 11.
Структуры, как показано в таблице 1, имели отражение в видимой области приблизительно 86%, отражение в БИК области приблизительно 73%, отражение в области СИК приблизительно 56% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 83%.
Пример 13
Следующим образом готовился образец структуры, содержащий покрытый углеродом ePTFE и металлизированную полиэфирную пластмассу. Образец готовился посредством обеспечения, как в примере 1, в качестве первой подложки первого компонента из покрытого углеродом ePTFE. Затем свободным образом против первой подложки был размещен второй компонент из Ni/Cu металлизированной полиэфирной тафты от Laird Co. (продукт # 3027-217), представляющей теплоотражающий слой (30). Результаты мультиспектральных испытаний образцов структур, подготовленных согласно этому примеру и подвернутых исследованиям со стороны первого компонента, представлены в таблице 1 и показаны на фиг.9, 10 и 11. Структуры, как показано в таблице 1, имели отражение в видимой области приблизительно 10%, отражение в БИК области приблизительно 15%, отражение в области СИК приблизительно 44% и отражение в области спектра ДИК приблизительно 61%.
Пример 14
Был получен материал №WJIX102108HZ по каталогу компании Gore для измерения мультиспектральных отражающих свойств составного материала. Материал Gore является представителем тканей, соответствующих военным техническим требованиям с приемлемыми визуальными и БИК рабочими характеристиками, но не отвечающих требованиям в отношении теплоотражательных свойств. Ткань является текстилем с камуфляжным рисунком, посредством ламинирования преобразованным в двухкомпонентную пленку с подкладочным текстильным слоем. Каждый цвет из 4 цветовых шаблонов - Light tan («светлый коричневый»). Urban tan («городской коричневый»). Light Coyote («светлый койот») и Highland («нагорье») - при измерениях обозначался как 14а, 14b, 14с и 14d соответственно. Результаты мультиспектральных испытаний представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Определение свойств образцов.
Пример
Первый компонент
Теплоотражающий слой
Общее отражение структуры
Оптическая плотность
Общее пропускание (3-5 мкм)
Общее пропускание (9-12 мкм)
Излучательная способность
Оптический диапазон
БИК
3-5 мкм
9-12 мкм
1
1,95
62,7
73,4
0,12
7,8
11,7
28,4
50,0
2
1,95
62,7
73,4
0,38
6,8
10,5
30,9
42,5
3
4,15
74,3
71,3
0,38
4,8
11,1
48,3
42,8
4
2,53
81,1
67,2
0,08
38,1
61,5
59,8
47,0
5
4,15
74,3
71,3
0,12
5,4
12,1
53,0
53,7
6
1,95
62,7
73,4
0,34
9,4
13,4
30,8
41,1
7
1,08
67,0
85,7
0,12
7,4
16,4
42,5
77,7
8
1,19
55,0
22,1
0,04
6,9
12,6
54,2
17,9
9
1,07
70,2
77,6
0,02
6,9
23,4
70,2
72,9
10
4,15
74,3
71,3
0,12
4,2
8,9
34,2
16,3
11
1,09
60,8
18,7
0,02
7,0
17,1
62,5
5,1
12
0,75
90,8
86,1
0,12
86,1
72,6
56,4
82,9
13
1,95
62,7
73,4
0,15
9,8
14,8
43,8
61,3
14а
-
-
-
-
28,9
52,1
11,9
3,9
14b
-
-
-
-
23,6
47,9
9,7
7,1
14с
-
-
-
-
13,8
35,0
9,7
7,0
14d
-
-
-
-
8,9
35,9
9,9
6,8
Таблица 2.
Измеренная скорость проницаемости водяных паров (MVTR) образцов.
Пример
MVTR (г/м<sup>2</sup>/день)
5
>14000
6
>8000
13
>21000