【集萃網(wǎng)觀察】1 偽裝技術現(xiàn)狀及近紅外偽裝原理
1.1 紅外偽裝現(xiàn)狀
迷彩偽裝技術【1】是現(xiàn)代軍事戰(zhàn)爭不可缺少的有效防備手段，它主要涉及可見光迷彩偽裝、近紅外線偽裝和熱紅外線偽裝三部分內容【2、3】。目前用于軍事目 標迷彩偽裝的材料主要是涂料【4、5、6、7】，人們對涂料的防偽降溫原理和具體應用都進行了較深入的研究[8、9、10]；與此同時人們也試圖把相變材 料應用在紅外線偽裝當中【11】，但具體效果還需進一步驗證。上述的涂料染色一般是用于固定目標的偽裝，而且涂料染色織物目前還存在手感差及摩擦染色不佳 的問題，而作為戰(zhàn)斗人員的服裝，不僅需要具有一定的防偽功能，而且還應具備一定的舒適性能，因此，迷彩偽裝服一般最好使用染料染色的方法進行防偽加工。
我們知道，人眼在可見光波段（0.38～0.76μm）才有視覺反應，該波段的偽裝是比較容易做到；而織物在近紅外線波段（主要指0.78～1.5μm） 的偽裝與染料結構有很大關系，不同種類的織物需用不同類型的染料染色，同一種類的織物可以用不同結構的染料，染出不同的色澤，染料不同，織物不同，其染色 性能有很大差異【12】，所染織物的紅外偽裝效果也有很大差異。有關近紅外線偽裝染料的具體結構一般較難查閱，為此，作者選用Dystar公司的分散染 料，對純滌綸織物進行染色試驗，試圖找到影響滌綸織物近紅外線防偽的主要染料，同時在理論上分析織物上染后近紅外偽裝能力與染料結構的相互關系，為實際應 用提供理論依據(jù)。
1.2 防近紅外線偽裝原理
近紅外偵察器材主要是指工作波段在0.76～1.5μm的偵察設備，如像增強器、星光鏡、紅外夜視儀和夜視鏡等。已知人眼在可見光波長0.4～0.6μm 比較敏感；眼睛+紅色濾光鏡的敏感波段在0.64～0.85μm；紅外攝影使用波段為0.78～0.95μm；紅外夜視儀探測波段在 0.82～1.25μm【6】。近紅外線比可見光穿透能力強，可以在夜間和薄霧下進行觀察和照相，從而發(fā)現(xiàn)目標，因此，偽裝就顯得比較困難。通常情況下， 防近紅外線偽裝主要是綠色（葉綠素）偽裝，即在可見光和近紅外線范圍內，織物和樹葉（葉綠素）有近似或相同的反射性能。紅外線識別圖像不會有顏色的色彩差 異，它發(fā)現(xiàn)目標的依據(jù)是其與背景的亮度差別【2】。在近紅外線波段，天然植物的光譜反射系數(shù)很高，即亮度很大，這與樹葉的結構有密切關系，它可以避免樹葉 過多地吸收熱量【13】。因此，通過染料染色使得織物表面盡量減少或消除與背景的亮度差異。而且要保證織物染色后對紅外線有較少的吸收、熱穩(wěn)定性比較好， 織物表面和樹葉（背景）顏色協(xié)調，盡量避免鏡面反射，實際生產(chǎn)中已經(jīng)可以加工出各種不同類型的迷彩偽裝織物[14、15、16、17]。
由于不同地區(qū)、不同種類的植物光譜反射曲線是不同的，就是同一種植物，在它的不同生長階段，它的反射光譜曲線也是有所差別的。所以一般人們選用標準葉綠素 曲線來進行測試比較，只要織物的光譜反射曲線與標準葉綠素曲線相比處于允許偏差范圍之內，就認為可以達到較好的防偽效果[2]。
2 試驗部分
2.1 實驗儀器、試劑和材料
實驗儀器：BP2215型電子天平、HH-2型電熱數(shù)顯恒溫水浴鍋、D25型電動調速攪拌器、Y802A型八籃電熱恒溫烘箱、SW-12AII型耐洗色牢 度試驗機、Y571B耐摩擦色牢度試驗機、Datacolor SF300電腦測色配色儀、U?4100紫外可見光近紅外分光光度儀（帶積分球）。
實驗材料：市購3/1斜紋純滌綸織物。染色前進行預處理：用NaOH 5 g/L，肥皂 4g/L的精練溶液，在95℃左右常壓煮練1小時，以去除織物上附著的漿料、油污等雜質。處理之后規(guī)格為：經(jīng)、緯號數(shù)10χ10tex，經(jīng)、緯紗密度 278χ230根/10cm，織物單位面積重量151.2g/m2。
化學試劑：分散劑NNO、平平加O、滲透劑JFC（3530印染廠提供）；水楊酸甲酯、乳化劑OP-10（實驗室自制）；乙酸、過氧化氫、苯甲醇、鄰苯二甲酸二甲酯、碳酸鈉、氫氧化鈉均為分析純。
染料：此處僅給出篩選出來的部分染料。分散黃E-3RL、分散蘭E-4R、分散黑S-2BL（3530印染廠提供）；Yellow ETD300%、Turq ETD300%、Navy S-2G200%（Dystar公司提供）。
2.2 實驗方法
根據(jù)實驗室現(xiàn)有條件，采用載體染色工藝[18]：染色深度2%（對織物重量）；浴比1：50；pH值4.5～5.0。其具體工藝流程見圖1
注：染色助劑：乙酸30%，10ml/L；分散劑NNO、乳化劑OP-10、水楊酸甲酯和滲透劑JFC分別是3g/L。
還原清洗工藝：NaOH 3g/L、 保險粉3g/L，溫度40～50℃；時間10min。
皂煮工藝：皂片4g/L、 在溫度95℃下皂洗10min。
2.3 染色樣品及染料配方
選用具有防近紅外偽裝功能的滌棉迷彩布及樹葉作為參比物，樣品及染料配方見表1所示。
表1 試樣編號及其染料配方
2.4 測試指標
2.4.1 反射光譜曲線的測定
用日立U?4100型紫外可見光近紅外分光光度儀測定織物和樹葉反射光譜曲線，波長掃描范圍240～2600nm，紫外可見光波段掃描速度1200nm/min，近紅外波段掃描速度750nm/min。
2.4.2染色明度L值、染色鮮艷度C值、色相調H值的測定
用SF-300型思維斯電腦測色配色儀測定染色滌綸織物染色明度L值、染色鮮艷度C值和色相角H值。相同色澤，L值越大，表示染色越淺；C值越大，表示染色織物鮮艷度越好；色相調變化，表明色相有所變化。
2.4.3 耐洗色牢度和摩擦牢度測定
按GB/T3921.3-1997方法測定染色織物的耐洗色牢度和摩擦牢度，然后用評定變色用的褪色灰卡和評定沾色用的沾色灰卡，分別評定褪色牢度和沾色牢度等級。
3 結果與討論
3.1 可見光反射特性
圖2是5種不同樹葉在可見光波段的反射光譜曲線�？梢钥闯�，樹葉1、2和5的反射光譜曲線比較接近，它們在545nm左右都具有特征反射峰，但大小有所區(qū) 別。樹葉1是松樹葉，屬于常青針葉林；而樹葉2、5屬于闊葉林，樹葉2偏紅色，樹葉5是一般梧桐綠色樹葉。比較有特色的是樹葉4，屬于灌木叢類，樹葉較 厚，不透光，顏色偏深，水份含量較大，反射光譜基本沒有變化，反射率值偏低，平均只有5%左右，這說明大部分能量都被葉面吸收了。樹葉3顏色偏黃，但它的 反射值比其它4種樹葉都高，在10～35%之間，可以看出，不同樹葉對可見光的吸收能力是不一樣的，這與它們的表面和內部結構有關。
圖3是染色滌綸樣品與參比物的反射光譜曲線�？梢钥闯�，7#樣品和10#參比物的反射光譜曲線比較接近，7#比8#樣品反射值要低，可能是加入了黑色染 料，使得色光偏深暗一些；同理9#比10#顏色淺，在520～700納米處反射值大一些。不難看出7#樣品模擬樹葉5比較接近。
3.2 滌綸織物染色后色光變化
由表2可知，以樹葉5作為比較的標準，7#樣品的明度差ΔL<0，彩度差ΔC<0，而色調差ΔH>0，表明7#綠色樣品較深暗，顏色飽 和度較差，顏色色相與5# 樹葉有所差異。而8#綠色樣品的明度差ΔL<0，彩度差ΔC>0，色調差ΔH>0，表明顏色稍深，飽和度提高，色相變化。比較7#、 8#樣品看出，7#試樣彩度和色相更接近與5#樹葉，而8#試樣明度更接近5#樹葉。說明用本研究所選用的染料染滌綸織物，其色澤與樹葉還有一定差異。
表2 樹葉與7、8#樣品CIELAB色差參數(shù)值
注：采用CIE1976L*a*b*色差公式進行計算，D65光源，10o視場。
3.3 染色牢度
從表3可知選用的分散染料在滌綸織物上的染色牢度較好，能夠達到參比物要求。
表3 綠色織物色牢度評價（級）
3.4 樹葉近紅外反射光特性
從圖4可以看出，不同樹葉在近紅外波段（700～2600nm）都具有非常相似的反射光譜，而且樹葉正、反面的反射光譜也是不相同的，這是因為樹葉中都含 有葉綠素成份，但樹葉正、反面結構有所不同。變化比較明顯的是在680～760nm，反射值急劇增大，不同樹葉的反射值大小有所不同，試樣11（樹葉1， 針樹葉）反射值約在45%左右，而試樣15（樹葉5，闊葉林）反射值卻高達85%，變化幅度在40～87%之間。760～1300nm反射曲線基本上沒有 大的變化，只在980nm和1187.5nm處有兩個不十分明顯的反射谷。此外，在1445nm和1930nm處有兩個明顯的反射谷，但不同樹葉吸收能力 也不相同。從圖4中還可以看出，樹皮的反射光譜與樹葉有著本質的區(qū)別（此處選用的是暗灰色楊樹皮），這是因為樹皮與樹葉構成不同。
3.5 滌綸織物近紅外反射光譜
圖5是分散染料上染滌綸纖維的反射光譜曲線。由圖5可以看出，未經(jīng)染色的滌綸織物和7#、8#染色樣品的反射光譜曲線非常相似。未染色滌綸在 295～374nm處反射值急劇增大，在267nm處有一小的反射峰，但不明顯。說明滌綸纖維在紫外波段（240～300nm）具有較強的紫外線吸收能 力，大約為80%左右。在可見光和近紅外波段（380～2000nm），反射值大約在90%左右，在有效探測波段內基本上沒有變化。7#和8#染色樣品的 反射光譜曲線基本相同，7#樣品在630～750nm處反射值急劇增大，而8#樣品在688～845nm處反射值突然變大，此后兩條曲線基本重合，表明滌 綸纖維經(jīng)分散染料上染后，產(chǎn)生了紅移現(xiàn)象，7#樣品相對未染色樣品來說，紅移了約386nm；而8#樣品紅移了442nm，產(chǎn)生的原因有待今后進一步研 究。在近紅外波段（850～1500nm）反射值基本上沒有變化，但反射能力比未染色滌綸下降，約為50%左右，說明滌綸纖維吸附染料后，對可見光和近紅 外線有一定的吸收。
3.6 不同染料反射光譜
7#、8#樣品分別是用3種染料拼色染成的，為了找出是哪一種染料在近紅外波段起主要作用，把1#～6#染料分別進行染色實驗，并測試其反射光譜，如圖6 所示。可以看出，2#和5#染料反射光譜比較相似，反射值突變位置在425nm～600nm、483nm～700nm處，與樹葉的反射光譜不吻合。1#、 4#染料反射光譜在656nm～760nm范圍內，反射值急劇變大，從4%增加到52%，與樹葉反射光譜比較接近，這一點可從圖7中得到證實。4#染料和 7#樣品的近紅外反射光譜非常相似，在660nm～1500nm波段，兩條曲線基本重合在一起，可以得知，7#綠色樣品之所以具有類似樹葉的反射特性曲 線，主要是4#染料在起作用。此處試樣為染色織物，因此，在740nm～1500nm波段，7#樣品的反射值要比10#印花參比樣品反射值小一些。
4 結論
不同樹葉在近紅外線波段的反射光譜具有相似性，在680nm～760nm處反射值急劇增大，但反射能力有所不同。滌綸織物選用適當?shù)姆稚⑷玖先旧�，可�?較好地實現(xiàn)可見光偽裝，與未染色滌綸反射光譜曲線比較，其反射光譜發(fā)生了紅移，不同染料產(chǎn)生的紅移量是不同的，主要與所選染料的極性基團的種類及染料的結 構有關。拼色的滌綸織物，其反射光譜與紅移量最大的一種染料的反射光譜接近。為了更好地實現(xiàn)近紅外偽裝，必須使滌綸織物染色后產(chǎn)生的紅移與樹葉反射峰相匹 配。
來源: 張輝 王雪燕 張建春
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