ДВУСТОРОННИЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ КАМУФЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ
TWO-SIDED MULTILAYER CAMOUFLAGE MATERIAL

Изобретение относится к материалам, которые могут быть использованы при изготовлении одежды, головных уборов, изделий технического назначения, а именно, мобильных укрытий (палаток, тентов), обеспечивающих сохранение комфортных микроклиматических условий и маскировку биологического объекта, а также маскировку специального снаряжения и техники в дневное и ночное время суток.
Дневной камуфляж обеспечивается специальной, соответствующей условиям эксплуатации изделия, цветовой гаммой и соответствующим ландшафту местности камуфлирующим рисунком. В темноте видимость ухудшается и человеческий глаз не воспринимает того, что при ярком свете ему вполне доступно. Для улучшения видимости в темноте разработаны приборы ночного видения, принцип действия которых основан на усилении уровня остаточного света, который даже в ночных условиях создает излучение неба, звезд, луны, а также отражение от земной или водной поверхности, снега и т.д., на использовании дополнительной длинноволновой инфракрасной (ИК) подсветки объекта наблюдения, невидимой человеческим глазом, а также на усилении яркости длинноволнового инфракрасного (теплового) излучения, регистрируемого специальными приборами (тепловизорами). Таким образом, ночной камуфляж, должен иметь специальную структуру материала, обеспечивающую, с одной стороны, поглощение естественной (природной) и искусственной ИК подсветки, а с другой - экранирование регистрируемого прицелом ночного видения (ПНВ) теплового излучения, исходящего от объекта наблюдения.
Известен материал /Пат. US 5281460 США, МПК F41H 3/02. Инфракрасное маскировочное покрытие / Сох Phillip; заявитель Teledyne industries Inc, патентообладатель Сох Phillip. - №900428; заявл. 18.06.1992; опубл. 25.01.1994/, в котором на пористой нейлоновой сетке нанесен рисунок из полос, которые покрыты серебром, медью или пигментом.
Недостатком данного изобретения является водопроницаемость материала, что ухудшает эксплуатационные свойства изделия, изготавливаемого из него, низкий уровень камуфлирующей защиты в дневное время суток.
Известен материал /Пат. US 4495239, МПК F41H 3/02. Маскировочные материалы широкого спектра действия / Pusch Gunter, Hoffmann Alexander, Aisslinger Dieter; заявитель Pusch Gunter; Hoffmann Alexander. - №459354; заявл. 16.12.1982; опубл. 22.01.1985/, в основе которого лежит слой текстильного материала, на поверхность которого методом осаждения из газовой фазы нанесен металлический отражающий слой, а затем - камуфлирующая раскраска.
Недостатками данного изобретения является недолговечность изделия, изготавливаемого из такого материала по причине наличия металлизированного и легкоповреждаемого покрытия на поверхности материала, невозможность нанесения сложных многоцветных рисунков, соответствующих условиям эксплуатации изделий, слабая степень маскировки в ночное время суток, так как такая структура материала не способствует эффективному рассеиванию теплового излучения, исходящего от биологического объекта.
Известен материал, обладающий теплоотражающими свойствами /Пат. RU 2127194, МПК В32/В 5/18. Материал с покрытием, отражающим инфракрасное излучение / Куллер Грегори Д.; заявитель и патентообладатель В.Л. Горе и Ассоциэйтс, Инк. (US). - №97118428/12; заявл. 12.10.1995; опубл. 10.03.1999/, содержащий по меньшей мере одну металлизированную микропористую мембрану, дублированную по меньшей мере еще одним слоем текстильного материала. В материале металлизированная мембрана выполнена из микропористого вспененного политетрафторэтилена, текстильная основа представляет собой шелк, а металл - алюминий. Текстильный материал приклеивается к металлизированной мембране со стороны металлического покрытия с помощью прерывисто нанесенного клея под действием тепла и давления или путем непосредственного термического сплавления.
Недостатками данного изобретения являются дорогостоящие компоненты, формирующие многослойный материал, а именно натуральный шелк, а также сложный, длительный и дорогостоящий процесс получения металлизированной микропористой мембраны.
Известен материал /Пат. US 4467005, МПК В32В 5/26 и др. Пароводопроницаемая драпирующаяся ткань, отражающая инфракрасное излучение / Pusch Gunter; Weimar Reinhold, Aisslinger Dieter; заявитель Pusch Gunter, Weimar Reinhold. - №480481; заявл. 30.03.1983; опубл. 21.08.1984/, изготавливаемый на основе опорной сетки, на обеих сторонах которой имеется несущее полотно с металлическим слоем и защитным покрытием, прозрачным для РОС излучение.
Такая конструкция материала не обеспечивает воздухопроницаемость, что снижает гигиенические свойства изделий, изготовленных из такого материала. К недостаткам изобретения можно отнести также высокую стоимость и трудоемкость получения материала методом прессования. Кроме того, защитное покрытие, наносимое на материал со стороны металлического покрытия, не обеспечивает маскировку в дневное время суток.
2
За прототип взят материал /Пат. RU 2403328, МПК D03D 11/00/ Материал, отражающий инфракрасное излучение/ Горберг Б.Л., Веселов В.В., Белова И.Ю., Васильев Д.М., Королева С.В.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Ивановская государственная текстильная академия» (ИГТА); №2009117931/12, заявл. 12.05.2009; опубл. 10.11.2010/, который содержит текстильную основу, металлизированный и микропористый мембранный слои. В качестве текстильной основы используют полиэфирный текстильный материал с водоотталкивающей пропиткой, металлизированный слой представлен нитридом титана, а микропористый мембранный слой выполнен из термопластичной полиуретановой смолы и размещен между текстильной основой и металлизированным слоем, при этом нитрид титана нанесен на микропористый мембранный слой на атомарно-молекулярном уровне в количестве 1-2 г/м, а текстильная основа может содержать камуфлирующий рисунок.
Материал обеспечивает высокий уровень камуфлирующей защиты в дневное время суток, однако, сплошной металлизированный слой, входящий в структуру материала, принимая на себя тепловое излучение, постепенно накапливает (аккумулирует) его, после чего начинается его теплоотдача в окружающую среду, т.е. возможность экранирования объекта изделиями, изготавливаемыми из такого материала, т.е. камуфляж в ночное время суток, особенно в холодное время года ограничен. Кроме того, материалы, в основу которых положены химические волокна и нити, не обеспечивают хорошие гигиенические свойства изготавливаемым изделиям, а металлизация материалов, основу которых составляют натуральные волокна и нити методом магнетронного распыления в глубоком вакууме экономически не целесообразна.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение степени камуфлирующей защиты объекта в дневное и ночное время суток за счет реструктурирования многослойности материала и его двухсторонней функциональности.
Указанный технический результат достигается тем, что в материале, содержащем текстильную основу с камуфлирующей раскраской, металлизированный и микропористый слои, согласно изобретению, в качестве текстильной основы используют хлопчатобумажный или хлопколавсановый материал с содержанием хлопчатобумажного волокна не менее 60%, металлизированный слой имеет пористую структуру, размещен в материале на 1/2-2/3 его толщины и представлен полимерной композиционной смесью, включающей алюминиевую пудру, элементы которой имеют форму с асимметричной многогранной поверхностью, связующее на основе акриловых и метакриловых сложных эфиров, акриловый загуститель и пигментный краситель. Двусторонний многослойный камуфлирующий материал со стороны металлизированного слоя может содержать дополнительный ламинирующий слой микропористой структуры, на основе пленкообразующего водного раствора акрилового полимера либо с добавлением пигментного красителя, либо без него.
Заявляемый двусторонний многослойный камуфлирующий материал позволяет обеспечить визуальную маскировку объекта в видимой и ближней ПК области спектра, а также маскировку от обнаружения методами формирования инфракрасных изображений в средней и дальней областях инфракрасного диапазона, с сохранением высоких гигиенических свойств, драпируемости и водонепроницаемости.
Для обеспечения дневной визуальной маскировки лицевой стороной материала является та, которая имеет камуфлирующую раскраску, а для ночной - лицевой стороной является металлизированный слой, если материал двухслойный или ламинирующий слой, если материал трехслойный. Дневной визуальный камуфляж обеспечивается благодаря специальной камуфлирующей раскраске, а ночной - благодаря многослойной структуре, придающей материалу сбалансированный комплекс свойств, направленных на поглощение естественной (природной) и искусственной ИК подсветки, с одной стороны, а с другой позволяющей экранировать регистрируемое специальными средствами наблюдения тепловое излучение, идущее от объекта наблюдения.
На фиг.1 показана структура заявляемого двустороннего многослойного камуфлирующего материала. Фиг.1а - основной слой, хлопчатобумажный или хлопколавсановый материал, с содержанием хлопчатобумажного волокна не менее 60%; фиг.1б - двухслойный вариант исполнения материала; фиг.1в - трехслойный вариант исполнения материала.
На фиг.2 и 3 представлены факсимильные рисунки, характеризующие камуфлирующий эффект объекта в ночное время суток, вид спереди (фиг.2) и вид сзади (фиг.3).
На фиг.4 и фиг.5 представлены данные спектрального анализа материалов в видимой и ИК области спектров, а именно, спектры отражения (с лицевой и изнаночной стороны) и поглощения, соответственно, для материала, изготовленного по технологии прототипа (1 и 3 - фиг.4 и 1 - фиг.5) и материала, изготовленного по технологии заявляемого изобретения (2 и 4 - фиг.4 и 2 - фиг.5).
Структура двухстороннего многослойного маскировочного материала, представлена следующими слоями (фиг.1):
1 - хлопчатобумажный или хлопколавсановых текстильный материал с содержанием хлопчатобумажного волокна не менее 60% с камуфлирующей раскраской и водоотталкивающей пропиткой, обеспечивающий защиту биологического объекта от осадков в виде дождя и снега и способствующих сохранению комфортных эксплуатационных свойств материалу в любых погодных условиях. Камуфлирующий рисунок, нанесенный на текстильную основу, может выполняться в цветовом фоне максимально приближенном к фону окружающей среды нахождения объекта, что обеспечивает ему визуальный камуфляж в дневное время суток.
2 - металлизированный слой представляет собой композицию из смеси алюминиевой пудры, элементы которой имеют форму с асимметричной многогранной поверхностью и связующего на основе акриловых и метакриловых сложных эфиров, например бутилакрилата, акрилонитрила и метакриловой кислоты, акрилового загустителя и пигментного красителя например фталоцианила.
3 - ламинированный слой микропористой структуры представляет собой пленкообразующий водный раствор акрилового полимера с добавлением пигментного красителя или без него.
Сплошной металлизированный слой делает поверхность материала блестящей. Материалы с блестящей поверхностью хорошо отражают падающий свет, что способствует демаскировке объекта в ночное время суток при использовании приборов, принцип действия которых основан на усилении уровня остаточного света. Краситель, наносимый сплошным слоем на поверхность металлизированного покрытия, снижает отражательные свойства материала, но ухудшает и потребительские свойства, так как снижается способность рассеивать тепло, поступающее от биологического объекта. Однако, алюминий - металл, обладающий наибольшей теплопроводностью и наибольшим коэффициентом серости, что способствует хорошему теплоотведению и снижению эффекта светового отражения в целом.
В структуре металлизированного слоя 2 форма соприкасающихся друг с другом элементов алюминиевой пудры с одной стороны обеспечивает равномерность распределения теплового поля по всей поверхности материала, ввиду их точечного контакта друг с другом, в то же время он не создает равномерного блестящего покрытия с высокими светоотражающими свойствами, ввиду отсутствия сплошной отражательной поверхности, а с другой - способствует ненаправленному движению теплового потока, идущего от объекта, через поры, заполненные воздухо- и паропроводящим связующим, которые не препятствуют пароотведению, т.е. поддержанию нормальной микроклиматической среды пододежного пространства. Соотношение компонентов металлизированного слоя 2 определяется комплексом показателей свойств текстильной основы 1, на которую он наносится, а именно ее толщиной, поверхностной плотностью, гигроскопичностью, количеством нитей в основе и утке и др. Выявлено оптимальное соотношение компонентов полимерной смеси, формирующей металлизированный слой (доля массы в %): алюминиевая крошка - 15-30; акриловый полимер - 60-75; акриловый загуститель - 1-10; пигментный краситель - 1-5. Указанное соотношение компонентов позволяет сохранить драпируемость, воздухо- и паропроницаемость исходного материала, получить надежное, устойчивое к эксплуатационным воздействиям (высокой температуре, заморозкам и др.) химическое соединение, используемое в качестве металлизированного слоя.
В качестве текстильной основы используют хлопчатобумажный или хлопколавсановый текстильный материал с содержанием гигроскопичного хлопчатобумажного волокна не менее 60%, что позволяет полимерной композиционной смеси, содержащей алюминиевую пудру проникать в структуру материала, обеспечивая прочное соединение слоев. Глубина проникновения металлизированного слоя в структуру основного материала зависит от процентного соотношения натуральных (гигроскопичных) и химических (гидрофобных) волокон в материале, его толщины, поверхностной плотности, качественных характеристик нитей, формирующих материал, а также от процентного соотношения компонентов полимерной композиции, формирующей металлизированный слой, ее вязкости. Чем больше в текстильной основе хлопчатобумажного волокна и меньше вязкость полимерной композиции, тем глубже металлизированный слой проникает в структуру основного слоя. Оптимальным является глубина проникновения металлизированного слоя на 1/2-2/3 толщины основного. Более глубокое проникновение полимерной композиции в структуру основного слоя приведет к прохождению алюминиевого порошка на лицевую сторону текстильной основы, что ухудшит маскировочные свойства камуфлирующего материала в дневное время суток. Материалы с содержанием хлопчатобумажного волокна менее 60% обладают низкими адгезионными свойствами, которые влияют на глубину проникновения полимерной композиции в толщину материала и надежность ее соединения с ним. При проникновении металлизированного слоя в структуру основного на глубину менее 1/2 его толщины ухудшаются показатели надежности соединения слоев, т.е. устойчивость камуфлирующего материала к эксплуатационным нагрузкам.
Ламинированный слой 3 толщиной 0,015-0,05 мм мелкопористой структуры обеспечивает материалу, имеющему низкие водоотталкивающие свойства водонепроницаемость, защиту биологического объекта от осадков в виде дождя и снега и сохранение комфортных эксплуатационных свойств материалу в любых погодных условиях, а добавление пигментного красителя способствует усилению визуального камуфлирующего эффекта. Мелкопористая структура слоя, в отличие от сплошной и непроницаемой не препятствует паропроницаемости и отводу тепла, идущего от объекта.
Такая разнородная многослойная структура материала, при использовании в качестве лицевого слоя металлизированного или ламинирующего слоя, при введении в них красителя, обеспечивает хороший камуфляж биологического объекта в ночное время суток, ввиду наличия оптимального баланса между пропускающими, поглощающими и отражающими электромагнитное излучение свойствами.
Материал, благодаря такой структуре, хорошо драпируется, обладает водоотталкивающими, паропроницаемыми и теплозащитными свойствами.
Пример 1.
2
На изнаночную сторону текстильного хлопчатобумажного материала арт. С19ЮД поверхностной плотности 270 г/м, производитель ОАО Родники текстиль, нанесли ракельным методом предварительно подготовленную полимерную смесь в следующем соотношении компонентов (доля массы в %): алюминиевая пудра - 25, акриловый полимер на основе бутилакрилата, акрилонитрила и метакриловой кислоты - 65, акриловый загуститель - 5, пигментный фталоцианиловый краситель - 5. В процессе термофиксации и каландрирования поверхности при температуре 130°С композиция проникла в структуру материала на 2/3 его толщины. Каландрирование поверхности, выполненное со стороны полимерной смеси путем пропускания через горячие валы позволило выровнять поверхность, получить хорошо драпируемый материал, устойчивый к внешним воздействиям. После нанесения металлизированного слоя поверхностная плотность материала увеличилась приблизительно на 20% (330 г/м2).
Для исследования материала на пропускающие и отражающие электромагнитное излучение свойства применяли спектрофотометр марки Сагу 300 UV-Visible (Австралия). Сравнивали материалы: с металлонапылением (технология прототипа) и изготовленные согласно изобретению двусторонний двухслойный (фиг.1б) и трехслойный (фиг.1в) материалы. В качестве лицевой стороны использовали металлизированное покрытие (для материала с металлонапылением, изготовленном по технологии прототипа), и металлизированный и ламинированный слои для двухслойного и трехслойного материалов соответственно. Данные фиг.4 и фиг.5 наглядно показывают снижение отражательной способности двустороннего многослойного материала и с лицевой и с изнаночной стороны (4 и 2 фиг.4) и увеличение его поглощательной способности (2 фиг.5).
Из материала, изготовленного согласно прототипу и материала, изготовленного согласно изобретению (пример 1) изготавливалась комбинированная куртка (левая часть куртки - из материала прототипа, а правая из материала, согласно заявляемому изобретению). Для оценки камуфлирующего эффекта, т.е. экранирующие свойства материала для ПК применялся тепловизор марки Nee ТН 7100 (инфракрасная камера) - оптико-электронный измерительный прибор, работающий в инфракрасной области электромагнитного спектра. Фиксировалась температура поверхности теплоизлучающего объекта (человека), покрытого многослойным материалом. Исследования проводились в открытой среде при окружающей температуре воздуха +15°С.
На фиг.2 и фиг.3 выражена тональная разница, характеризующая разницу температур поверхности человека, зафиксированную тепловизором. Оба материала (прототипа и изобретения) позволяют снизить тепловое излучение, идущее от биологического объекта, однако, правая сторона куртки, изготовленная из материала по заявляемому изобретению, практически сливается с окружающей средой, что подтверждает маскировочный эффект, обеспечивающий существенное ослабление теплового излучения заявляемого материала, из которого изготовлена правая сторона куртки. Более светлым тоном определяются левая сторона куртки, изготовленная из материала по прототипу, еще более светлым - не покрытые теплоизоляционным материалом участки поверхности тела человека (ноги и лицо).
Тепловизор регистрировал на поверхности исследуемого объекта температурные точки не превышающие +17°C, т.е. не более чем на 2°C выше температуры окружающей среды (+15°C). Этот факт подтверждает возможность обеспечения материалом хорошего камуфлирующего эффекта в ночное время суток.
Пример 2.
2
На изнаночную сторону текстильного материала арт. С27БЮ волокнистого состава 80% хлопчатобумажное волокно и 20% полиэфир, поверхностной плотности 280 г/м, саржевого переплетения (изготовитель Барнаульский меланжевый комбинат), предназначенного для изготовления камуфлирующих изделий (костюмов, мобильных укрытий) согласно примеру 1, нанесли ракельным методом предварительно подготовленную полимерную смесь в следующем соотношении компонентов (доля массы в %): алюминиевая пудра - 30, акриловый полимер на основе бутилакрилата, акрилонитрила и метакриловой кислоты - 60, акриловый загуститель - 10. После каландрирования поверхности материала при температуре 120°C композиция проникла в структуру материала на 1/2 его толщины. Со стороны металлизированного слоя нанесли ламинированный слой в виде водной дисперсии акрилового полимера с добавлением фталоцианилового красителя. Толщина ламинированного слоя 0,01 мм.
Для исследования материала на пропускающие и отражающие электромагнитное излучение свойства применяли спектрофотометр.