CN106940244A - 一种剪切敏感液晶涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种剪切敏感液晶涂层制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：喷笔的出口位于风洞试验模型的上部；步骤二：对风洞试验模型的测量面阳极化和发黑工艺处理；步骤三：根据风洞试验模型的测量面面积得出液晶材料质量；步骤四：将液晶材料与丙酮放入容器中混合；步骤五：将混合有液晶材料与丙酮的容器置于恒温加热/磁力搅拌机上；步骤六：通过喷笔将液晶溶液均匀喷涂到风洞试验模型的测量面；步骤七：将风洞试验模型放置于干燥柜中一定的时间后得到剪切敏感液晶涂层。本发明使得液晶涂层分布均匀重复性好并且显示效果良好，基于剪切敏感液晶涂层的流动显示和摩阻测量风洞试验技术的精准度显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及风洞试验技术领域，尤其涉及一种剪切敏感液晶涂层制备方法。
背景技术
剪切敏感液晶涂层流动显示和摩阻测量技术是一种全表面的非接触式光学测量和流动显示技术，可同时给出整个测量面的剪切应力矢量分布，在风洞试验中有着广泛的应用前景。其原理是利用胆甾相液晶特殊的光学特性，这种材料拥有螺旋状的分子排列结构从而具有选择性反射的特性。对于入射到其表面的全光谱入射光，只有一定波长的光线能够被反射。其反射特性随液晶的螺距和平均折射率而变化。环境温度、电磁场、机械应力等都有可能引起液晶螺距和折射率的变化。使用其中一类对只对感受到的剪切应力敏感的液晶材料，在模型表明制作液晶涂层，在高超声速风洞中建立流场监测和摩阻测量试验技术。
剪切敏感液晶涂层的制备是该试验技术的基础，涂层的质量直接决定了风洞试验的成败和测量的精准度。由于剪切敏感液晶材料特殊的光学属性，用于风洞试验的液晶涂层应具备在测量面内分布均匀、涂层厚度人为可控、粘度与风洞流场条件匹配、显色效果好等特点。传统涂刷工艺制作的涂层均匀性、重复性难以达到试验要求，并且制作的涂层厚度难以人为控制。
发明内容
本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种剪切敏感液晶涂层制备方法，使得液晶涂层分布均匀重复性好并且显示效果良好，基于剪切敏感液晶涂层的流动显示和摩阻测量风洞试验技术的精准度显著提升。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种剪切敏感液晶涂层制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：将喷笔设置于移动导轨，移动导轨与支柱固定连接，喷笔与气源相连接，风洞试验模型设置于平台，喷笔的出口位于风洞试验模型的上部；
步骤二：对风洞试验模型的测量面阳极化和发黑工艺处理；
步骤三：根据风洞试验模型的测量面面积得出液晶材料质量；
步骤四：将步骤三中的所述质量的液晶材料与丙酮放入容器中混合；
步骤五：将步骤四中的混合有液晶材料与丙酮的容器置于恒温加热/磁力搅拌机上，使液晶材料和丙酮混合均匀得到液晶溶液；
步骤六：将步骤五中的液晶溶液通过导液管与喷笔相连接，启动气源和移动导轨，通过喷笔将液晶溶液均匀喷涂到风洞试验模型的测量面；
步骤七：将步骤六中的风洞试验模型放置于干燥柜中一定的时间后得到剪切敏感液晶涂层。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，在步骤一中，所述移动导轨包括第一导轨、第二导轨、第三导轨、第四导轨和横杆；其中，所述喷笔设置于所述第一导轨；所述第一导轨与所述第二导轨可滑动连接；所述第二导轨的一端与所述第三导轨可滑动连接；所述第二导轨的另一端与所述第四导轨可滑动连接；所述第三导轨的两个端头和所述第四导轨的两个端头通过横杆相连接。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，在步骤一中，所述喷笔出口与所述风洞试验模型的测量面垂直，所述喷笔出口距所述风洞试验模型的测量面20cm-25cm，所述喷笔出口的直径为0.5mm-0.6mm。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，在步骤三中，根据风洞试验模型(2)的测量面面积得出液晶材料质量m的公式如下：
m＝hsρ/(1-η)
其中，s为测量面面积，ρ为剪切敏感液晶的密度，η为喷涂过程中的损失，h为剪切敏感液晶涂层的厚度。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，剪切敏感液晶涂层的厚度为50μm-55μm。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，在步骤四中，液晶材料与丙酮的体积比为1:7。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，在步骤五中，恒温加热/磁力搅拌机的加热温度为80℃-85℃。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，在步骤六中，所述导液管为PVC材质的软管，所述导液管的内径为1mm-1.2mm。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，所述气源为氩气气源。
上述剪切敏感液晶涂层制备方法中，在步骤七中，一定的时间为3小时-4小时。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过移动导轨、喷笔和气源使得液晶涂层均匀性和多次喷涂的重复性大幅提升，涂层躁点数量明显减少，风洞试验流动显示效果显著增强；
(2)本发明实现自动喷涂，缩短了液晶涂层制备时间，提高了液晶涂层制备效率，大幅降低液晶涂层制备过程中液晶喷雾对人体的伤害；
(3)本发明的风洞试验模型的测量面的液晶涂层的厚度实现人为可控，使得根据风洞试验时流场条件匹配和制备不同厚度液晶涂层成为可能。
附图说明
图1是本发明的剪切敏感液晶涂层制备方法的流程图；
图2是本发明的剪切敏感液晶涂层的制备装置的示意图；
图3是本发明的移动导轨的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的剪切敏感液晶涂层制备方法的流程图。如图1所示，剪切敏感液晶涂层制备方法包括以下步骤：
步骤一：将喷笔5设置于移动导轨1，移动导轨1与支柱16固定连接，喷笔5与气源4相连接，风洞试验模型2设置于平台3，喷笔5的出口位于风洞试验模型2的上部；
步骤二：对风洞试验模型2的测量面阳极化和发黑工艺处理；
步骤三：根据风洞试验模型2的测量面面积得出液晶材料质量；
步骤四：将步骤三中的该质量的液晶材料与丙酮放入容器6中混合；
步骤五：对步骤四中的混合有液晶材料与丙酮的容器6置于恒温加热/磁力搅拌机7上，使液晶和丙酮混合均匀得到液晶溶液；
步骤六：将步骤五中的液晶溶液通过导液管9与喷笔5相连接，启动气源4和移动导轨1，通过喷笔5将液晶溶液均匀喷涂到风洞试验模型2的测量面；
步骤七：将步骤六中的风洞试验模型2放置于干燥柜中一定的时间后得到剪切敏感液晶涂层。
本实施例通过移动导轨、喷笔和气源使得液晶涂层均匀性和多次喷涂的重复性大幅提升，涂层躁点数量明显减少，风洞试验流动显示效果显著增强；并且本实施例实现自动喷涂，缩短了液晶涂层制备时间，提高了液晶涂层制备效率，大幅降低液晶涂层制备过程中液晶喷雾对人体的伤害；并且本实施例的风洞试验模型的测量面的液晶涂层的厚度实现人为可控，使得根据风洞试验时流场条件匹配和制备不同厚度液晶涂层成为可能。
图2是本发明的剪切敏感液晶涂层的制备装置的示意图。结合图2，在步骤一中，将喷笔5固定于移动导轨1上，移动导轨1能够在X方向、Y方向、Z方向三个方向上运动，气源4选择为氩气气源，气源4与喷笔5相连接，气源用于给喷笔5提供压力。风洞试验模型2固定于升降平台3上，风洞试验模型2的测量面与喷笔5的出口相对，进一步的，喷笔5的出口与风洞试验模型的测量面垂直，喷笔5出口距测量面20cm-25cm，喷笔5出口的直径为0.5mm-0.6mm。优选的，喷笔5出口距测量面20cm，喷笔5出口的直径为0.5mm。移动导轨1与支柱16固定连接，支柱16用于对移动导轨1起到支撑的作用。
图3是本发明的移动导轨的俯视图。如图3所示，移动导轨1包括第一导轨11、第二导轨12、第三导轨13、第四导轨14和横杆15；其中，第一导轨11与第二导轨12可滑动连接；第二导轨12的一端与第三导轨13可滑动连接；第二导轨12的另一端与第四导轨14可滑动连接；第三导轨13的两个端头和第四导轨14的两个端头通过横杆15相连接。具体的，第一导轨11与第二导轨12可滑动连接。第一导轨11的轴向与第二导轨12的轴向相互垂直，第一导轨11可沿其轴向移动，从而实现在Z方向上的运动，从而能够调整喷笔5出口与风洞试验模型2的测量面之间的距离。第一导轨11可以沿着第二导轨12的轴向移动，从而实现在X方向上的运动。第一导轨11可以沿着第三导轨13和第四导轨14的轴向运动，从而实现在Y方向上的运动。横杆15的数量为两个，将第三导轨13的上端头与第四导轨14的上端头相连接，将第三导轨13的下端头与第四导轨14的下端头相连接。第三导轨13的轴向与第四导轨14的轴向相平行。
在步骤二中，风洞试验模型2的材料选用超硬铝，对风洞试验模型2的测量面进行抛光处理，使得测量面粗糙度达到0.8。然后对风洞试验模型2的测量面进行阳极化处理，形成氧化保护膜，使的风洞试验模型2的测量面不易被划伤。再对风洞试验模型2进行发黑工艺处理，该步骤是为了令液晶涂层基底颜色均匀并增加与涂层颜色的对比度，加强液晶涂层显色效果。风洞试验模型2的测量面处理后需保持表面光洁，不得有油污、灰尘、指纹。
在步骤三中，已知风洞试验模型2的测量面面积s，剪切敏感液晶的密度为ρ，假设喷涂过程中的损失为η，制成的剪切敏感液晶涂层的厚度为h，则所需的液晶材料质量m＝hsρ/(1-η)。一般在喷涂过程中的液晶材料的损失约为30％。剪切敏感液晶涂层的厚度选择为50μm-55μm，优选的为50μm，此时液晶涂层在风洞试验时具有较好的效果。
在步骤四中，将步骤三中计算得到的所需质量的液晶材料和丙酮溶剂放置于容器6中混合，优选的，液晶材料与丙酮的体积比为1:7。需要说明的是，容器优选的为烧杯，取用液晶材料使用干净的玻璃棒，使用高精度电子秤计量液晶材料的质量，精度为0.01g。取用丙酮时使用干净的滴定管。
在步骤五中，结合图2，将步骤四中的混合有液晶材料与丙酮的容器6置于恒温加热/磁力搅拌机7上，使液晶材料和丙酮混合均匀得到液晶溶液，恒温加热/磁力搅拌机能够对容器中的液晶材料和丙酮持续加热和搅拌，使得液晶材料能够充分溶解于丙酮溶剂中。恒温加热/磁力搅拌机的恒温加热温度为80℃-85℃，优选的，恒温加热/磁力搅拌机的恒温加热温度为80℃。如图2所示，恒温加热/磁力搅拌机7放置于自动升降台8上。
在步骤六中，结合图2所示，导液管9的一端插入到容器6中，导液管9的另一端与喷笔5相连接，从而使得容器6中的液晶溶液通过导液管9流入至喷笔5，启动气源4，气源4给喷笔5注入压力，以氩气为引射气源将液晶溶液雾化后喷出，喷涂压力为0.03Mpa。喷涂过程中喷笔5通过第一导轨11、第二导轨12、第三导轨13和第四导轨14以0.2m/s的速度匀速运行不作停留，运行轨迹根据风洞试验模型的测量面形状规划设计，水平一遍垂直一遍交替喷涂，从而将液晶溶液均匀喷涂到风洞试验模型的测量面。整个喷涂过程在无尘排风喷涂柜中进行。喷涂过程中装有液晶溶液的烧杯始终置于恒温加热/磁力搅拌机上持续加热和搅拌。进一步的，导液管9采用PVC材质的软管，导液管9的内径为1mm-1.2mm。优选的，导液管9的内径为1mm。
在步骤七中，将喷涂有液晶溶液的风洞试验模型置于不透光的恒温恒湿无尘干燥柜中3h-4h，待丙酮挥发后就得到可用于风洞试验的剪切敏感液晶涂层。
本发明通过移动导轨、喷笔和气源使得液晶涂层均匀性和多次喷涂的重复性大幅提升，涂层躁点数量明显减少，风洞试验流动显示效果显著增强；并且本发明实现自动喷涂，缩短了液晶涂层制备时间，提高了液晶涂层制备效率，大幅降低液晶涂层制备过程中液晶喷雾对人体的伤害；并且本发明的风洞试验模型的测量面的液晶涂层的厚度实现人为可控，使得根据风洞试验时流场条件匹配和制备不同厚度液晶涂层成为可能。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：将喷笔(5)设置于移动导轨(1)，移动导轨(1)与支柱(16)固定连接，喷笔(5)与气源(4)相连接，风洞试验模型(2)设置于平台(3)，喷笔(5)的出口位于风洞试验模型(2)的上部；
步骤二：对风洞试验模型(2)的测量面阳极化和发黑工艺处理；
步骤三：根据风洞试验模型(2)的测量面面积得出液晶材料质量；
步骤四：将步骤三中的所述质量的液晶材料与丙酮放入容器(6)中混合；
步骤五：将步骤四中的混合有液晶材料与丙酮的容器(6)置于恒温加热/磁力搅拌机(7)上，使液晶材料和丙酮混合均匀得到液晶溶液；
步骤六：将步骤五中的液晶溶液通过导液管(9)与喷笔(5)相连接，启动气源(4)和移动导轨(1)，通过喷笔(5)将液晶溶液均匀喷涂到风洞试验模型(2)的测量面；
步骤七：将步骤六中的风洞试验模型(2)放置于干燥柜中一定的时间后得到剪切敏感液晶涂层。
2.根据权利要求1所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述移动导轨(1)包括第一导轨(11)、第二导轨(12)、第三导轨(13)、第四导轨(14)和横杆(15)；其中，
所述喷笔(5)设置于所述第一导轨(11)；
所述第一导轨(11)与所述第二导轨(12)可滑动连接；
所述第二导轨(12)的一端与所述第三导轨(13)可滑动连接；
所述第二导轨(12)的另一端与所述第四导轨(14)可滑动连接；
所述第三导轨(13)的两个端头和所述第四导轨(14)的两个端头通过横杆(15)相连接。
3.根据权利要求1所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述喷笔(5)出口与所述风洞试验模型(2)的测量面垂直，所述喷笔(5)出口距所述风洞试验模型(2)的测量面20cm-25cm，所述喷笔(5)出口的直径为0.5mm-0.6mm。
4.根据权利要求1所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：在步骤三中，根据风洞试验模型(2)的测量面面积得出液晶材料质量m的公式如下：
m＝hsρ/(1-η)
其中，s为测量面面积，ρ为剪切敏感液晶的密度，η为喷涂过程中的损失，h为剪切敏感液晶涂层的厚度。
5.根据权利要求4所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：剪切敏感液晶涂层的厚度为50μm-55μm。
6.根据权利要求1所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：在步骤四中，液晶材料与丙酮的体积比为1:7。
7.根据权利要求1所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：在步骤五中，恒温加热/磁力搅拌机(7)的加热温度为80℃-85℃。
8.根据权利要求1所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：在步骤六中，所述导液管(9)为PVC材质的软管，所述导液管的内径为1mm-1.2mm。
9.根据权利要求1所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：所述气源(4)为氩气气源。
10.根据权利要求1所述的剪切敏感液晶涂层制备方法，其特征在于：在步骤七中，一定的时间为3小时-4小时。
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- 2017-02-14 CN CN201710077817.2A patent/CN106940244A/zh active Pending
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