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【集萃网观察】1 伪装技术现状及近红外伪装原理
1.1 红外伪装现状
迷彩伪装技术【1】是现代军事战争不可缺少的有效防备手段，它主要涉及可见光迷彩伪装、近红外线伪装和热红外线伪装三部分内容【2、3】。目前用于军事目 标迷彩伪装的材料主要是涂料【4、5、6、7】，人们对涂料的防伪降温原理和具体应用都进行了较深入的研究[8、9、10]；与此同时人们也试图把相变材 料应用在红外线伪装当中【11】，但具体效果还需进一步验证。上述的涂料染色一般是用于固定目标的伪装，而且涂料染色织物目前还存在手感差及摩擦染色不佳 的问题，而作为战斗人员的服装，不仅需要具有一定的防伪功能，而且还应具备一定的舒适性能，因此，迷彩伪装服一般最好使用染料染色的方法进行防伪加工。
我们知道，人眼在可见光波段（0.38～0.76μm）才有视觉反应，该波段的伪装是比较容易做到；而织物在近红外线波段（主要指0.78～1.5μm） 的伪装与染料结构有很大关系，不同种类的织物需用不同类型的染料染色，同一种类的织物可以用不同结构的染料，染出不同的色泽，染料不同，织物不同，其染色 性能有很大差异【12】，所染织物的红外伪装效果也有很大差异。有关近红外线伪装染料的具体结构一般较难查阅，为此，作者选用Dystar公司的分散染 料，对纯涤纶织物进行染色试验，试图找到影响涤纶织物近红外线防伪的主要染料，同时在理论上分析织物上染后近红外伪装能力与染料结构的相互关系，为实际应 用提供理论依据。
1.2 防近红外线伪装原理
近红外侦察器材主要是指工作波段在0.76～1.5μm的侦察设备，如像增强器、星光镜、红外夜视仪和夜视镜等。已知人眼在可见光波长0.4～0.6μm 比较敏感；眼睛+红色滤光镜的敏感波段在0.64～0.85μm；红外摄影使用波段为0.78～0.95μm；红外夜视仪探测波段在 0.82～1.25μm【6】。近红外线比可见光穿透能力强，可以在夜间和薄雾下进行观察和照相，从而发现目标，因此，伪装就显得比较困难。通常情况下， 防近红外线伪装主要是绿色（叶绿素）伪装，即在可见光和近红外线范围内，织物和树叶（叶绿素）有近似或相同的反射性能。红外线识别图像不会有颜色的色彩差 异，它发现目标的依据是其与背景的亮度差别【2】。在近红外线波段，天然植物的光谱反射系数很高，即亮度很大，这与树叶的结构有密切关系，它可以避免树叶 过多地吸收热量【13】。因此，通过染料染色使得织物表面尽量减少或消除与背景的亮度差异。而且要保证织物染色后对红外线有较少的吸收、热稳定性比较好， 织物表面和树叶（背景）颜色协调，尽量避免镜面反射，实际生产中已经可以加工出各种不同类型的迷彩伪装织物[14、15、16、17]。
由于不同地区、不同种类的植物光谱反射曲线是不同的，就是同一种植物，在它的不同生长阶段，它的反射光谱曲线也是有所差别的。所以一般人们选用标准叶绿素 曲线来进行测试比较，只要织物的光谱反射曲线与标准叶绿素曲线相比处于允许偏差范围之内，就认为可以达到较好的防伪效果[2]。
2 试验部分
2.1 实验仪器、试剂和材料
实验仪器：BP2215型电子天平、HH-2型电热数显恒温水浴锅、D25型电动调速搅拌器、Y802A型八篮电热恒温烘箱、SW-12AII型耐洗色牢 度试验机、Y571B耐摩擦色牢度试验机、Datacolor SF300电脑测色配色仪、U?4100紫外可见光近红外分光光度仪（带积分球）。
实验材料：市购3/1斜纹纯涤纶织物。染色前进行预处理：用NaOH 5 g/L，肥皂 4g/L的精练溶液，在95℃左右常压煮练1小时，以去除织物上附着的浆料、油污等杂质。处理之后规格为：经、纬号数10χ10tex，经、纬纱密度 278χ230根/10cm，织物单位面积重量151.2g/m2。
化学试剂：分散剂NNO、平平加O、渗透剂JFC（3530印染厂提供）；水杨酸甲酯、乳化剂OP-10（实验室自制）；乙酸、过氧化氢、苯甲醇、邻苯二甲酸二甲酯、碳酸钠、氢氧化钠均为分析纯。
染料：此处仅给出筛选出来的部分染料。分散黄E-3RL、分散兰E-4R、分散黑S-2BL（3530印染厂提供）；Yellow ETD300%、Turq ETD300%、Navy S-2G200%（Dystar公司提供）。
2.2 实验方法
根据实验室现有条件，采用载体染色工艺[18]：染色深度2%（对织物重量）；浴比1：50；pH值4.5～5.0。其具体工艺流程见图1
注：染色助剂：乙酸30%，10ml/L；分散剂NNO、乳化剂OP-10、水杨酸甲酯和渗透剂JFC分别是3g/L。
还原清洗工艺：NaOH 3g/L、 保险粉3g/L，温度40～50℃；时间10min。
皂煮工艺：皂片4g/L、 在温度95℃下皂洗10min。
2.3 染色样品及染料配方
选用具有防近红外伪装功能的涤棉迷彩布及树叶作为参比物，样品及染料配方见表1所示。
表1 试样编号及其染料配方
2.4 测试指标
2.4.1 反射光谱曲线的测定
用日立U?4100型紫外可见光近红外分光光度仪测定织物和树叶反射光谱曲线，波长扫描范围240～2600nm，紫外可见光波段扫描速度1200nm/min，近红外波段扫描速度750nm/min。
2.4.2染色明度L值、染色鲜艳度C值、色相调H值的测定
用SF-300型思维斯电脑测色配色仪测定染色涤纶织物染色明度L值、染色鲜艳度C值和色相角H值。相同色泽，L值越大，表示染色越浅；C值越大，表示染色织物鲜艳度越好；色相调变化，表明色相有所变化。
2.4.3 耐洗色牢度和摩擦牢度测定
按GB/T3921.3-1997方法测定染色织物的耐洗色牢度和摩擦牢度，然后用评定变色用的褪色灰卡和评定沾色用的沾色灰卡，分别评定褪色牢度和沾色牢度等级。
3 结果与讨论
3.1 可见光反射特性
图2是5种不同树叶在可见光波段的反射光谱曲线。可以看出，树叶1、2和5的反射光谱曲线比较接近，它们在545nm左右都具有特征反射峰，但大小有所区 别。树叶1是松树叶，属于常青针叶林；而树叶2、5属于阔叶林，树叶2偏红色，树叶5是一般梧桐绿色树叶。比较有特色的是树叶4，属于灌木丛类，树叶较 厚，不透光，颜色偏深，水份含量较大，反射光谱基本没有变化，反射率值偏低，平均只有5%左右，这说明大部分能量都被叶面吸收了。树叶3颜色偏黄，但它的 反射值比其它4种树叶都高，在10～35%之间，可以看出，不同树叶对可见光的吸收能力是不一样的，这与它们的表面和内部结构有关。
图3是染色涤纶样品与参比物的反射光谱曲线。可以看出，7#样品和10#参比物的反射光谱曲线比较接近，7#比8#样品反射值要低，可能是加入了黑色染 料，使得色光偏深暗一些；同理9#比10#颜色浅，在520～700纳米处反射值大一些。不难看出7#样品模拟树叶5比较接近。
3.2 涤纶织物染色后色光变化
由表2可知，以树叶5作为比较的标准，7#样品的明度差ΔL<0，彩度差ΔC<0，而色调差ΔH>0，表明7#绿色样品较深暗，颜色饱 和度较差，颜色色相与5# 树叶有所差异。而8#绿色样品的明度差ΔL<0，彩度差ΔC>0，色调差ΔH>0，表明颜色稍深，饱和度提高，色相变化。比较7#、 8#样品看出，7#试样彩度和色相更接近与5#树叶，而8#试样明度更接近5#树叶。说明用本研究所选用的染料染涤纶织物，其色泽与树叶还有一定差异。
表2 树叶与7、8#样品CIELAB色差参数值
注：采用CIE1976L*a*b*色差公式进行计算，D65光源，10o视场。
3.3 染色牢度
从表3可知选用的分散染料在涤纶织物上的染色牢度较好，能够达到参比物要求。
表3 绿色织物色牢度评价（级）
3.4 树叶近红外反射光特性
从图4可以看出，不同树叶在近红外波段（700～2600nm）都具有非常相似的反射光谱，而且树叶正、反面的反射光谱也是不相同的，这是因为树叶中都含 有叶绿素成份，但树叶正、反面结构有所不同。变化比较明显的是在680～760nm，反射值急剧增大，不同树叶的反射值大小有所不同，试样11（树叶1， 针树叶）反射值约在45%左右，而试样15（树叶5，阔叶林）反射值却高达85%，变化幅度在40～87%之间。760～1300nm反射曲线基本上没有 大的变化，只在980nm和1187.5nm处有两个不十分明显的反射谷。此外，在1445nm和1930nm处有两个明显的反射谷，但不同树叶吸收能力 也不相同。从图4中还可以看出，树皮的反射光谱与树叶有着本质的区别（此处选用的是暗灰色杨树皮），这是因为树皮与树叶构成不同。
3.5 涤纶织物近红外反射光谱
图5是分散染料上染涤纶纤维的反射光谱曲线。由图5可以看出，未经染色的涤纶织物和7#、8#染色样品的反射光谱曲线非常相似。未染色涤纶在 295～374nm处反射值急剧增大，在267nm处有一小的反射峰，但不明显。说明涤纶纤维在紫外波段（240～300nm）具有较强的紫外线吸收能 力，大约为80%左右。在可见光和近红外波段（380～2000nm），反射值大约在90%左右，在有效探测波段内基本上没有变化。7#和8#染色样品的 反射光谱曲线基本相同，7#样品在630～750nm处反射值急剧增大，而8#样品在688～845nm处反射值突然变大，此后两条曲线基本重合，表明涤 纶纤维经分散染料上染后，产生了红移现象，7#样品相对未染色样品来说，红移了约386nm；而8#样品红移了442nm，产生的原因有待今后进一步研 究。在近红外波段（850～1500nm）反射值基本上没有变化，但反射能力比未染色涤纶下降，约为50%左右，说明涤纶纤维吸附染料后，对可见光和近红 外线有一定的吸收。
3.6 不同染料反射光谱
7#、8#样品分别是用3种染料拼色染成的，为了找出是哪一种染料在近红外波段起主要作用，把1#～6#染料分别进行染色实验，并测试其反射光谱，如图6 所示。可以看出，2#和5#染料反射光谱比较相似，反射值突变位置在425nm～600nm、483nm～700nm处，与树叶的反射光谱不吻合。1#、 4#染料反射光谱在656nm～760nm范围内，反射值急剧变大，从4%增加到52%，与树叶反射光谱比较接近，这一点可从图7中得到证实。4#染料和 7#样品的近红外反射光谱非常相似，在660nm～1500nm波段，两条曲线基本重合在一起，可以得知，7#绿色样品之所以具有类似树叶的反射特性曲 线，主要是4#染料在起作用。此处试样为染色织物，因此，在740nm～1500nm波段，7#样品的反射值要比10#印花参比样品反射值小一些。
4 结论
不同树叶在近红外线波段的反射光谱具有相似性，在680nm～760nm处反射值急剧增大，但反射能力有所不同。涤纶织物选用适当的分散染料染色后，可以 较好地实现可见光伪装，与未染色涤纶反射光谱曲线比较，其反射光谱发生了红移，不同染料产生的红移量是不同的，主要与所选染料的极性基团的种类及染料的结 构有关。拼色的涤纶织物，其反射光谱与红移量最大的一种染料的反射光谱接近。为了更好地实现近红外伪装，必须使涤纶织物染色后产生的红移与树叶反射峰相匹 配。
来源: 张辉 王雪燕 张建春
