CN110076945B - 一种减阻柔弹性薄膜的制备方法和应用 - Google Patents

一种减阻柔弹性薄膜的制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及柔性减阻涂层技术领域，尤其涉及一种减阻柔弹性薄膜的制备方法。本发明制备得到的减阻柔弹性薄膜具有优异的柔性和弹性，且薄膜表面具有沟槽结构；所述薄膜可以适用于曲面和不同直径的管道表面，并且所述薄膜在使用过程中不用使用粘结剂，可以凭借自身的柔性和弹性套在不同直径和不同曲率的曲面结构器件上，减少了因为薄膜贴附而存在的误差。

Description

一种减阻柔弹性薄膜的制备方法和应用
技术领域
本发明涉及柔性减阻涂层技术领域，尤其涉及一种减阻柔弹性薄膜的制备方法和应用。
背景技术
目前，表面柔性涂层技术相对比较成熟，且相关柔性涂层在制备方法上主要有两种：一种是将制得的柔性薄膜通过粘结剂的方法粘附在物体表面，但是该方法会不可避免的出现物理拼接缝，粘结剂涂敷不均匀导致表面出现凹凸不平的现象以及很难将薄膜粘贴在曲率比较大的曲面上；第二种是直接将配制好的溶液喷涂在相关的试验物体表面，形成所要求的柔性涂层，但是这种柔性涂层技术并不能够在涂层表面形成具有减阻效果的微结构，只能保证在所喷涂的试验物体表面形成一层光滑且具有弹性的涂层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够用于曲面的减阻柔弹性薄膜的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种减阻柔弹性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
在钢板表面加工出沟槽结构；
将橡胶手感油溶液或自干型橡胶油漆喷涂至所述沟槽结构表面，依次进行第一固化和第一脱模，得到橡胶手感油薄膜或自干型橡胶油薄膜；所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的一面为沟槽结构，另一面为平面；
在所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的沟槽结构面上喷涂天然乳胶乳液后，依次进行第二固化和第二脱模，得到减阻柔弹性薄膜。
优选的，所述沟槽结构为直沟槽结构、V形沟槽结构、U形沟槽结构或L形沟槽结构。
优选的，所述沟槽结构的宽度为180～320μm，深度为125～180μm，深宽比为0.56～0.69。
优选的，所述橡胶手感油溶液中包括橡胶手感油、固化剂和稀释剂；
所述橡胶手感油、固化剂和稀释剂的质量比优选为10:1：(0～20)。
优选的，所述第一固化的温度为20～30℃，所述第一固化的时间为4～6h。
优选的，所述第二固化的温度为20～30℃，所述第二固化的时间为1～3h。
优选的，所述第一脱模前和第二脱模前独立地将第一固化后的产物或第二固化后的产物先进行浸泡处理；
所述浸泡处理的时间独立地为1～4h。
优选的，在所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的沟槽结构面上喷涂天然乳胶乳液的喷涂条件为：喷射速度为130～240mL/min，喷涂距离为150～200mm。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的减阻柔弹性薄膜在曲面结构器件表面作为减阻膜的应用。
本发明提供了一种减阻柔弹性薄膜的制备方法，包括以下步骤：在钢板表面加工出沟槽结构；将橡胶手感油溶液或自干型橡胶油漆喷涂至所述沟槽结构表面，依次进行第一固化和第一脱模，得到橡胶手感油薄膜或自干型橡胶油薄膜；所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的一面为沟槽结构，另一面为平面；在所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的沟槽结构面上喷涂天然乳胶乳液后，依次进行第二固化和第二脱模，得到减阻柔弹性薄膜。本发明制备得到的减阻柔弹性薄膜具有优异的柔性和弹性，且薄膜表面具有沟槽结构；所述薄膜可以适用于曲面和不同直径的管道，并且所述薄膜在使用过程中不用使用粘结剂，可以凭借自身的柔性和弹性套在不同直径的曲面结构器件上(主要是通过薄膜拉伸后与曲面结构器件之间的摩擦力进行固定)，减少了因为薄膜贴附而存在的误差；所述柔弹性薄膜采用的是整体式薄膜，就比如在模型表面穿了一层具有弹性且有微米级结构的“衣服”，相比于使用粘结剂将薄膜黏贴在表面上而言，不仅没有物理拼接缝问题的存在，整个表面都是光滑过度；而且也避免了因为粘结剂在表面涂敷不均匀导致的表面凹凸不平而引起的形状阻力；最后因为该柔弹性薄膜仅仅依靠自身的弹性拉力就可以很好的和曲面进行贴合，所以效果比直接贴到表面上好。
附图说明
图1为本发明制备减阻柔弹性薄膜的流程图；
图2为本发明实施例1制备得到的减阻弹性薄膜较光滑表面在不同水流速度下的减阻率图；
图3为仿鱼体头部的曲面模型图。
具体实施方式
本发明提供了一种减阻柔弹性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
在钢板表面加工出沟槽结构；
将橡胶手感油溶液或自干型橡胶油漆喷涂至所述沟槽结构表面，依次进行第一固化和第一脱模，得到橡胶手感油薄膜或自干型橡胶油薄膜；所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的一面为沟槽结构，另一面为平面；
在所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的沟槽结构面上喷涂天然乳胶乳液后，依次进行第二固化和第二脱模，得到减阻柔弹性薄膜。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明在钢板表面加工出沟槽结构；在本发明中，所述沟槽结构优选为直沟槽结构、V形沟槽结构、U型沟槽结构或L形沟槽结构，更优选为直沟槽结构；在本发明中，所述沟槽结构的宽度优选为200～300μm，更优选为220～280μm，最优选为240～260μm；所述沟槽结构的深度优选为125～180μm，更优选为130～170μm，最优选为140～160μm；所述沟槽结构的深宽比优选为0.6～0.625。
在本发明中，所述钢板优选为不锈钢板；在钢板表面加工出沟槽结构的过程优选采用机加工铣床；所述机加工铣床的铣刀的直径优选为0.2mm和0.3mm；所述0.2mm和0.3mm的铣刀优选为单独进行加工。
本发明对所述采用机加工铣床对钢板表面进行加工的具体过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程，并能够保证得到上述具有特定形状和尺寸范围的沟槽结构即可。
在钢板表面加工出沟槽结构后，本发明将橡胶手感油溶液或自干型橡胶油漆喷涂至所述沟槽结构表面，依次进行第一固化和第一脱模，得到橡胶手感油薄膜或自干型橡胶油薄膜；所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的一面为沟槽结构，另一面为平面。
在本发明中，所述橡胶手感油溶液中优选包括橡胶手感油、固化剂和稀释剂；在本发明中，所述橡胶手感油优选为市售产品；本发明对所述固化剂和稀释剂没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，所述橡胶手感油、固化剂和稀释剂的质量比优选为10:1：(0～20)，更优选为10:1:(5～15)，最优选为10:1:10。
本发明对所述自干型橡胶油漆没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述喷涂的喷射速度优选为140～160mL/min，更优选为145～155mL/min；所述喷涂的距离优选为160～200mm，更优选为180mm。
在本发明中，所述喷涂优选采用型号为W-101重力式气动汽车油漆喷漆喷枪进行喷涂。
在本发明中，所述第一固化的温度优选为20～30℃，更优选为24～26℃，最优选为25℃；所述第一固化的时间优选为4～6h，更优选为5h。
本发明对所述第一脱模没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的脱模过程进行即可。
在本发明中，进行第一脱模前优选将第一固化后的产物先进行浸泡处理；所述浸泡的介质优选为水，浸泡的温度优选为室温；浸泡的时间优选为1～4h，更优选为2～3h。
在本发明中，所述浸泡的目的是使固化成形的橡胶手感油薄膜与钢板基底表面容易脱离。
在本发明中，所述橡胶手感油薄膜的厚度优选为300～440μm，更优选为350～400μm；所述厚度可以保证得到橡胶手感油薄膜一面为沟槽结构，另一面为平面结构。
得到所述橡胶手感油薄膜后，在所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的沟槽结构面上喷涂天然乳胶乳液后，依次进行第二固化和第二脱模，得到减阻柔弹性薄膜。
在本发明中，在本发明中，所述天然乳胶乳液优选为本领域技术人员熟知的市售产品，可以具体为三棵树天然乳胶乳液。
在喷涂前，本发明优选用胶带将橡胶手感油薄膜中不带有沟槽结构的一面固定在仿鱼体头部的曲面模型(如图3左侧模型)上，以保证后续喷涂过程顺利进行。
在本发明中，所述喷涂的喷射速度优选为130～240mL/min，更优选为160～200mL/min；所述喷涂的距离优选为150～200mm，更优选为160～180mm。
在本发明中，所述喷涂优选采用型号为W-101重力式气动汽车油漆喷漆喷枪进行喷涂。
在本发明中，所述第二固化的温度优选为20～30℃，更优选为24～26℃，最优选为25℃；所述第二固化的时间优选为4～6h，更优选为5h。
本发明对所述第二脱模没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的脱模过程进行即可。
在本发明中，进行第二脱模前优选将第二固化后的产物先进行浸泡处理；所述浸泡的介质优选为水，浸泡的温度优选为室温；浸泡的时间优选为1～4h，更优选为2～3h。
在本发明中，所述浸泡的目的是使固化成形的橡胶手感油薄膜与钢板基底表面容易脱离。
在本发明中，所述减阻柔弹性薄膜的厚度优选为300～440μm，更优选为350～400μm。
在本发明中，所述厚度既能够保持其自身的柔性，还可以很容易的贴附在曲面上。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的减阻柔弹性薄膜，在曲面结构器件表面作为减阻膜的应用。
下面结合实施例对本发明提供的减阻柔弹性薄膜的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采用机加工铣床(铣刀直径为0.2mm)，在不锈钢板表面加工出U型直沟槽结构(沟槽宽度为0.2mm，深度为125μm)；
采用W-101重力式气动汽车油漆喷漆喷枪，将橡胶手感油溶液(橡胶手感油：固化剂：稀释剂＝10:1:20)喷涂(喷射速度为150mL/min；喷涂距离为180mm)至直沟槽结构表面，在25℃下固化5h后，在水中浸泡2h，室温下脱模，得到橡胶手感油薄膜(厚度为340μm)；
将橡胶手感油薄膜中不带有沟槽结构的一面固定在平面或曲面基体上，采用W-101重力式气动汽车油漆喷漆喷枪，将天然乳胶乳液(质量浓度为150g)喷涂(喷射速度为100mL/min；喷涂距离为180mm)至橡胶手感油薄膜上，在25℃下固化2h后，在水中浸泡3h，室温下脱模，得到减阻柔弹性薄膜(340μm)；
将所述减阻柔弹性薄膜整体套在仿鱼体头部的曲面模型(如图3右侧模型，是左侧模型的0.85倍)上，所述减阻柔弹性薄膜与所述曲面模型表面可以完美的贴合；其主要原因是所述减阻柔弹性薄膜的拉伸率可以达到62.52％；
将所述减阻柔弹性薄膜套在所述曲面模型上后，末端用防水胶带进行周圈固定(防止测试过程中进水)，采用拖曳水池实验(水流速度范围在0～0.24m/s)，使用测力天平进行阻力的测量，测试结果如表1所示：
表1在不同水流速度下光滑表面和所述减阻柔弹性薄膜的摩擦力
Figure BDA0002046635640000061
图2为根据表1总结得到的本发明实施例1制备得到的减阻弹性薄膜较光滑表面在不同水流速度下的减阻率图，由图可知，在0.09m/s的拖曳速度下，相比于光滑表面，减阻率最高，可以达到9％。
实施例2
采用机加工铣床(铣刀直径为0.3mm)，在不锈钢板表面加工出U型直沟槽结构(沟槽宽度为0.3mm，深度为180μm)；
采用W-101重力式气动汽车油漆喷漆喷枪，将橡胶手感油溶液(橡胶手感油：固化剂：稀释剂＝10:1:10)喷涂(喷射速度为150mL/min；喷涂距离为180mm)至直沟槽结构表面，在25℃下固化5h后，在水中浸泡2h，室温下脱模，得到橡胶手感油薄膜(340μm)；
将橡胶手感油薄膜中不带有沟槽结构的一面固定在平面或曲面基体上，采用W-101重力式气动汽车油漆喷漆喷枪，将天然乳胶乳液(质量浓度为200g)喷涂(喷射速度为100mL/min；喷涂距离为180mm)至橡胶手感油薄膜上，在25℃下固化2h后，在水中浸泡3h，室温下脱模，得到减阻柔弹性薄膜(400μm)；
测试结果与实施例1的测试结果类似。
实施例3
采用机加工铣床(铣刀直径为0.5mm)，在不锈钢板表面加工出U型直沟槽结构(沟槽宽度为0.5mm，深度为200um)；
采用W-101重力式气动汽车油漆喷漆喷枪，将橡胶手感油溶液(橡胶手感油：固化剂：稀释剂＝10:1:10)喷涂(喷射速度为150mL/min；喷涂距离为180mm)至直沟槽结构表面，在25℃下固化5h后，在水中浸泡2h，室温下脱模，得到橡胶手感油薄膜(400μm)；
将橡胶手感油薄膜中不带有沟槽结构的一面固定在平面或曲面基体上，采用W-101重力式气动汽车油漆喷漆喷枪，将天然乳胶乳液(质量浓度为150g)喷涂(喷射速度为100mL/min；喷涂距离为180mm)至橡胶手感油薄膜上，在25℃下固化2h后，在水中浸泡3h，室温下脱模，得到减阻柔弹性薄膜(340μm)；
测试结果与实施例1的测试结果类似。
由以上实施例可知，本发明所述制备方法制备得到的减阻柔弹性薄膜具有优异的柔性和弹性，且薄膜表面具有沟槽结构；所述薄膜可以适用于曲面和不同直径的管道，并且所述薄膜在使用过程中不用使用粘结剂，可以凭借自身的柔性和弹性套在不同直径的曲面结构器件上(主要是通过薄膜拉伸后与曲面结构器件之间的摩擦力进行固定)，减少了因为薄膜贴附而存在的误差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种减阻柔弹性薄膜的制备方法，包括以下步骤：
在钢板表面加工出沟槽结构；
将橡胶手感油溶液或自干型橡胶油漆喷涂至所述沟槽结构表面，依次进行第一固化和第一脱模，得到橡胶手感油薄膜或自干型橡胶油薄膜；所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的一面为沟槽结构，另一面为平面；
在所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的沟槽结构面上喷涂天然乳胶乳液后，依次进行第二固化和第二脱模，得到减阻柔弹性薄膜；
所述沟槽结构为直沟槽结构、V形沟槽结构、U形沟槽结构或L形沟槽结构；
所述沟槽结构的宽度为180～320μm，深度为125～180μm，深宽比为0.56～0.69。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述橡胶手感油溶液中包括橡胶手感油、固化剂和稀释剂；
所述橡胶手感油、固化剂和稀释剂的质量比优选为10:1：(0～20)。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一固化的温度为20～30℃，所述第一固化的时间为4～6h。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二固化的温度为20～30℃，所述第二固化的时间为1～3h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一脱模前和第二脱模前独立地将第一固化后的产物或第二固化后的产物先进行浸泡处理；
所述浸泡处理的时间独立地为1～4h。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述橡胶手感油薄膜或所述自干型橡胶油薄膜的沟槽结构面上喷涂天然乳胶乳液的喷涂条件为：喷射速度为130～240mL/min，喷涂距离为150～200mm。
7.权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的减阻柔弹性薄膜在曲面结构器件表面作为减阻膜的应用。
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