CN110337402A - 用于海洋物体周围长期流量控制的涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在结构体的水下表面上使用易于清洁的柔软纤维涂层材料来模拟哺乳动物毛皮，并因此减少残余阻力，其中所述材料含有或由平均纤维长度在0.3和4mm之间，以及平均纤维厚度在5和80μm之间的纤维组成。所述结构体的水下表面优选为可移动的或移动的船只的船体，或静态结构的水下部分，例如海上风力单桩和海上钻机。在一些实施例中，本发明涉及减少海船通过水时的燃料消耗。

Description

用于海洋物体周围长期流量控制的涂层
技术领域
本发明涉及人造毛皮，该人造毛皮使浸没在水中的物体周围的水流变得平和。
背景技术
水下(海洋(marine))物体，无论是静态且其四周有水流的，还是在静态的或流动的水中航行的，都会受到周围水的作用力。流体力学家一直试图通过改变表面的表面特性来最小化这些作用力。通常，为了这个目的而观察大自然。最著名的例子是所谓的“鲨鱼皮效应(shark-skin effect)”(例如，Bechert,D.,Bruse,M.,Hage,W.etal.Naturwissenschaften(2000)87：157.doi：10.1007/s001140050696)。另一个例子是创建非常光滑的表面，作为一种模仿鱼光滑皮肤的“基本光滑的表面(ultimately smoothsurface)”(例如Yang Wu et al.,Biomimicking lubrication superior to fish skinusing responsive hydrogels,NPG Asia Materials(2014)6,e136)。被模仿的动物大多是完全水下动物。对这些动物来说，除了流体动力学形状的身体，皮肤上的摩擦阻力占主导地位。然而，在水面上，波浪阻力比皮肤摩擦重要得多。当在水下游泳时，由于波浪阻力的损耗，阻力减少了4倍。
为了不同的目的，有时在海洋物体上使用纤维涂层材料来改变与环境相关的表面特性。
WO1993025432A1教导了使用具有高密度的薄短纤维的纤维植绒(fiber flock)作为海洋建筑的防污漆。它提到了密度为50-300纤维/mm2，纤维厚度小于0.1mm，且纤维长度为0.5-5mm。然而，专利WO 2007/108679的对比例II显示，基于密度，仅使用短纤维，这种表面的防污性能有限。相反，WO 2007/108679描述了一种纤维涂覆的海洋材料，其具有基于相对短而厚的纤维的防污性能，其特征在于“刺状”。这样仍然可以允许一些纤维运动，而据说，藻类和贝类的孢子、游动孢子或幼虫有机体通常特定定居在相对坚硬且几乎不运动的物质上。没有提到这些防污纤维涂层用于其他目的的用途的记录。然而，出于实用的原因，船体的现行方法正从防污转向按需清洁。用远程操作遥控车辆清洁正在取代潜水清洁，并且这个过程变得越来越有效。这种发展增加了对易于清洁的表面的需求。
顺便说一句，在现有技术中也已经描述了纤维植绒用于改变流动特性。尽管关注的是空气动力学而不是流体动力学，US 7,318,619描述了植绒的应用，该植绒耦联到具有气流的表面，相对于没有植绒的表面，以调节空气动力学特性，包括降低阻力和噪音。US 7,318,619报道了在大迎角下使用纤维长度为0.5、1.0和2.5mm的植绒的NACA 2412翼型(aerofoil)，增加了升力，并减少了阻力。然而，它也显示了在零迎角下，与裸翼型相比，对于覆盖有纤维的翼型测量得到的阻力系数CD，0.5mm长的纤维时高出40％(对于光滑的翼型是CD 0.7比CD 0.5)，1.5mm长的纤维时高出60％(对于光滑的翼型是CD 0.8比CD 0.5)，2.5mm长的纤维时高出80％(对于光滑的翼型是CD 0.9比CD 0.5)。此外，纤维仅应用于翼型的升力面，而对于船舶来说，是另一方面，即，主要由摩擦阻力而不是升力控制。基于这一信息，技术人员不会将空气动力学的发现推断为改善以零度迎角航行的水上船只运动所涉及的流体动力学。事实上，如果有推断的话，它会教导技术人员，与裸植绒的船只相比，预期纤维涂覆的水上船只有更高的阻力系数。
US 3,554,154描述了一种船，该船具有多种刚毛，从其水位以下的外表面伸出，这些刚毛足够靠近以抑制船在水中运动产生的空化漩涡。空化效应是由给定温度下压力下降到低于蒸汽饱和压力引起的。根据这份文件，用刚毛覆盖船只的外表面可以抑制空化效应，并减少船只在水中运动产生的摩擦。然而，对于专家来说，空化点以上的船体流动特性明显不同于空化点以下的(正常)流动特性。空化对螺旋桨和附件很重要，但对不存在这种减压条件的船舶运动的阻力影响不大。
DE19704207描述了通过用纤维图案包裹浮体的外表面并把纤维铺平，从而降低浮体的水阻力(表面摩擦)。将导体结合到纤维的支撑层中，以施加与水中电荷相反的正电荷。由具有镁阴极的控制系统施加高压。可以通过嵌入纤维粘合层的导线或者通过使用导电粘合剂来施加正电荷。在使用过程中，纤维通过辊子铺设成所需的图案。在DE19704207中，还描述了仅含垂直或可能倾斜于水流的纤维的结构，基于纤维产生起气垫/空气润滑作用的小涡流的事实，产生了降低阻力效果。空气润滑是降低表面摩擦阻力的一个已知概念。与水相比，由于空气的粘度更低，船体上的一薄层空气可以显著降低表面摩擦。空气层起润滑剂的作用，就像空气轴承一样，在这种情况下，是在船体和水之间。然而，大多数船体的形状自然会导致气垫的快速逃逸，并且需要持续补充空气(气泡注入)来维持这种空气层。这似乎不是一种节能模式。
在2011年慕尼黑第21届国际植绒研讨会上，霍夫曼描述了植绒表面，基于滞留空气(空气润滑)而减少表面摩擦。然而，滞留空气可以改变空气补充的速率，但不会消除对连续供应空气的需要。因此，仅依靠滞留空气(例如，在植绒内)的被动系统将在船只开始移动后不久失去其效果。
以上都没有教导减小水下(海洋)物体上的累积的力。如果有教导的话，那就是现有技术教导了增加的摩擦阻力，通常是与在水中移动的物体上使用纤维背道而驰。
发明内容
由于大多数人造结构体位于水面，本发明在于模拟海洋哺乳动物皮肤以改善所述结构体的流体动力学。哺乳动物经常在水面游泳，且有效地应对主要的阻力。模仿海洋哺乳动物毛皮(pelage)以改善整体流体动力学是一种全新的方法，正因如此，在本领域讨论长度的影响时，硬度的影响(比较刚毛与毛皮)没有被提及。发明人意外地发现，当将平均纤维长度为0.3-4mm，且平均纤维厚度为5-80μm的软纤维植绒材料应用于水下结构体时，例如可移动的或移动的船只的船体，或者水下静态结构体，例如海上风力单桩(offshore windmonopiles)和海上钻机(off-shore rigs)，其中，水流的迎角固有地为0度，总阻力不会受到负面影响，并且随着(表皮)摩擦显著增加，这些纤维植绒材料具有优异的减少残余阻力的性能，甚至可以降低全部阻力。
在实施例中显示，较薄的纤维与较厚的纤维相比具有降低的摩擦阻力，较长的纤维与较短的纤维相比具有更高的表面摩擦，因此提供了一种基于纤维长度和直径优化流动性能的工具。此外，由于只要表面没有污垢，表面结构体的影响就占主导地位，所以保持避免污垢或者在污垢出现的情况下易于清洁是很重要的。发明人已经发现，当使用本发明的纤维长度和厚度以及可选的厚度-长度比时，这两个目标可以合并。所述纤维很容易清洗。
在一个实施方式中，所述结构体是移动的或(自)可移动的海船。与之相关的是，本发明涉及减少海船通过水时的燃料消耗。在另一个实施方式中，该结构体是静态结构体，例如海上风力单桩或海上钻机。
在一个相关方面，本发明涉及一种在诸如可移动的或移动的航海结构体或诸如海上风力单桩或海上钻机的静态结构体的水下表面上的纤维涂层材料，用于减少残余阻力，其中，所述材料含有或由具有如说明书和所附权利要求中定义的平均纤维长度和平均纤维厚度的纤维组成。
所述纤维涂层材料具有改善的清洁性，即优选易于清洁。
附图说明
图1：总阻力系数C_总值与船只速度-长度比(V/(√L))的关系示意图：(‘1’)表面摩擦阻力系数，(‘2’)残余阻力系数，(‘3’)层流线，(‘4’)湍流转捩，(‘5’)湍流，(‘6’)完全湍流，(‘7’)由于兴波阻力导致的C_总值中的驼峰，(‘8’)由于兴波阻力导致的C_总值低谷；和
图2：在排水航态(displacement mode)下，在特定发动机转速(engine-rpm)下，实现的纤维植绒对船只速度(节数)的影响。菱形(‘2’)表示长纤维(平均长度为2.5-3mm)的结果，正方形(‘1’)表示短纤维(平均长度为0.5-1.5mm)的结果，圆形(‘3’)表示未涂覆的船只表面获得的结果。
具体实施方式
一方面，本发明涉及在结构体的水下表面上使用纤维涂层材料以减少(流体动力学)残余阻力，其中，所述材料含有或由平均纤维长度在0.3和4mm之间，以及平均纤维厚度在5和80μm之间的纤维组成。在另一个方面，本发明涉及一种用于减少浸没在水中的结构体的残余阻力的方法，其中，向结构体的水下表面的至少一部分提供纤维涂层材料，其中，所述材料含有或由平均纤维长度在0.3和4mm之间，以及平均纤维厚度在5和80μm之间的纤维组成。
在一个实施方式中，所述纤维的平均长度优选在0.5和3.5mm之间，更优选在0.5和3mm之间，更优选小于2.5mm，甚至更优选小于2mm，最优选小于1mm，最优选在0.5至1mm的范围内。
在一个实施方式中，为了提高清洁性，优选纤维的平均厚度低于80μm，优选低于75μm，优选低于70μm，更优选低于60μm，更优选低于50μm，甚至更优选低于45μm，最优选低于30μm。
在一个优选的实施方式中，将上述优选平均纤维长度和平均纤维厚度相结合。在这些范围内，平均厚度和长度的实际组合可以根据特定应用中阻力和清洁性的最佳性进行选择。在另一个实施方式中，为了提高清洁性，平均纤维长度优选至少为1mm，更优选至少为2mm，最优选在2和4mm之间，更优选至少为2.5mm，并且优选具有如上所述的平均纤维厚度。然而，对于这些较长纤维，改善的清洁性不利于减少残余阻力。如果——在本发明的范围内——更重要的是解决残余阻力问题，平均纤维长度优选低于3.5mm，更优选低于3.0mm，最优选低于2.5mm，甚至更优选低于2.0mm。对于较低的纤维长度，需要更多关注清洁性。
在上述范围内，根据本发明的纤维的厚度-长度比(基于平均纤维长度和平均纤维厚度)优选等于或低于0.05，优选低于0.04，更优选低于0.03(即平均直径超过平均长度)。厚度-长度比优选至少为0.005，更优选至少为0.009，最优选至少为0.01。
为了模仿哺乳动物的皮毛，柔软的纤维通过静电植绒放置在物体表面。利用这种技术，可充电纤维可以在纤维容器和待植绒的(接地)物体之间的高压电场中充电。由于电场的作用，纤维直接流向物体，并且纤维接近垂直。施加在物体上的粘合剂捕获纤维，并且在干燥和交联过程之后，纤维被永久粘附。纤维可以定向植绒，以实现流向(stream wise)定位。纤维材料可以是多种多样的，例如粘胶纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维，它们的尺寸和密度也可以有很大的不同。很明显，不同的纤维在水流中会经历不同的行为，纤维的材料和尺寸(长度、直径、粗细比)都很重要。不同的哺乳动物也有不同的毛皮，因此要找到合适的纤维来优化流体力学，选择和优化是重要的。
为了理解纤维涂层表面的流体动力学现象，特别是考虑到现有技术教导的令人沮丧的结果，即教导背离了纤维的减阻特性，本领域技术人员必须辨别不同的阻力构成。水下部分的阻力主要由摩擦阻力和残余阻力组成。这些阻力构成彼此独立变化。
因为只有流体(水)相对于物体的相对运动才是重要的，所以关于对在流体中运动的物体有利的残余阻力减小效果的每次陈述都会自动转化为当流体在静态(水下)结构体周围流动时的情况。
摩擦阻力是由水的内部粘度引起的，并源于物体附近的水体积的剪切运动。当物体在流体中运动时，在其暴露的表面上形成边界层：紧邻固体表面的流体层相对于物体是静止的，即它附着于物体并以其速度移动(无滑移边界条件)；相邻的流体层具有逐渐降低的速度，直到远离物体，流体变得完全静止。(反之，当流体绕静态结构体运动时，它在边界层内变慢，直到结在构体表面达到零速度。)边界层内的摩擦由流体(水)的粘度决定，并控制物体的摩擦阻力。船只在流体中运动时的摩擦阻力与船体的浸湿面积成正比，并取决于边界层的厚度。边界层的状态和厚度随船舶速度和以船只最前沿点为基准沿船体的位置而变化。低速时，靠近前边界层的是层流(相邻流体层之间的扩散转移)。在高速和/或远离前边界层时变成湍流(与涡流的产生和流体性质的混乱变化相关的相邻流体层之间的对流传递)。在现有技术中，很多注意力都集中在摩擦阻力和减小摩擦阻力的方法上。
残余阻力主要由型阻(也称为“压力”阻力)和波浪(或“兴波”)阻力组成：
1.在移动的海船的实施方式中，型阻取决于船只的形状，并且源于船只前后的压力差。当船只在水中移动时，其前面的水被分开并被迫绕船只移动，这种现象与局部压力增加有关。相反，在船的后部，水重聚并填充船只经过后留下的空隙。如果不能有效地做到这一点，船只后面会形成局部低压。这些压力的差异作用于船只的横截面积，并产生减速力——型阻。型阻取决于船体的形状和船后形成的尾波(wake)。流体分离(flowseparation)增加尾波并降低后部压力恢复的效率，从而导致型阻增加。
2.波浪阻力(兴波阻力)与波浪的形成有关。在平静的水中，船只通过后水面会形成波浪系统。因此，船体的部分能量被用来搅动这个波浪系统。这与阻力有关——兴波阻力。波浪阻力取决于船前后的压力差，因此取决于船的长度、船体的形状，还取决于边界层内的粘性耗散。图1显示了不同的阻力构成(根据总阻力系数)，与水上船只的速度(V)-长度(√L)比有关。在低速度-长度比下，也与低雷诺数有关(Re＝ρVL/μ，此处，ρ是流体的密度，μ是流体的粘度，V是船只相对于流体的速度，L是船只的长度)，摩擦阻力(“1”)占优势。此外，摩擦阻力系数随着V/(√L)减小。总阻力系数最初遵循相同的趋势，但在较高的V/(√L)时，残余阻力(‘2’)的贡献增加，并最终占主导地位。在典型的船只巡航速度下，残余阻力占船只总阻力的50％以上。
在发明人的发现中，总阻力是中性的，如实施例4、5和7所示，并且随着摩擦阻力的增加，如实施例1所示，残余阻力必然固有地减少。
发明人关于残余阻力的发现可以使船只在水中运动时有利地保持或甚至更低的总体阻力性能，以及相关的燃料减少，即使在纤维长度和厚度与发明人最初发现的纤维不同的情况下，在保持残余阻力减少的同时减少摩擦贡献。
实施例1清楚地显示了不同长度和厚度的纤维涂覆的圆盘上的摩擦阻力的差异。纤维越短，摩擦阻力越小；相同平均长度的纤维越薄，摩擦阻力越小。这些发现意味着为了减少摩擦阻力，纤维应该尽可能短和薄。然而，应仔细选择尺寸，以使残余阻力的减少仍然存在，因此，将有一个最小值，尤其是纤维的长度。如实施例7所示，对于以摩擦阻力为主的细长容器，0.7mm纤维的阻力是中性的，这仍然是存在残余阻力特性的纤维。实施例4和5发现了3mm长且厚的纤维的阻力是中性阻力，这一事实表明，在该长度区域，取决于容器形状，残余阻力的减小可以与摩擦阻力的增加相匹配。
为了优化残余阻力，较软的纤维优于较硬的纤维，较短的纤维优于较长的纤维。优选平均纤维厚度在5-80μm的范围内，更优选5-75μm，特别是5-70μm，优选小于60μm，更优选小于50μm，最优选小于45μm，特别优选为10-30μm。
为了保持对阻力的影响，表面应保持无污染(生物、化学、沉积物)。在这方面，本发明的第二方面提出了容易清洁表面的需要。人造毛皮的纤维阻止污染物容易到达绝缘物体的表面。污染物——无论是自然界有机的还是无机的——都会“污染”纤维的顶部，并在该处形成一层沉积物。纤维顶部的这种沉降在污垢下面留下了空间，并且该空间能够使清洁容易，因为清洁工具能够容易地被压入纤维垫中，从而能够从底部而不是顶部移除。
发现纤维的长度在清洁性中起重要作用。短纤维的下面几乎没有空间放置清洁工具，甚至可能导致牢固的附着，因为热带生物分泌的粘合剂可能很厚，甚至可以完全嵌入3-4mm长的纤维。实施例6显示了与常规防污涂层相比，在北欧相似的水条件下短纤维和长纤维类型之间的清洁差异。
在又一方面，在船只或结构体处于空闲时间的情况下，会发生结垢，清洁性变得重要。在这些情况下，较长的柔性纤维优于较短的以及较厚的纤维。实施例6比较了不同纤维的清洁性。
纤维植绒的密度(“植绒密度”)优选是常规的，技术人员有能力实现高达约25％覆盖率的实际植绒密度。为了获得类植绒特性，优选的最小密度是3％。尽管为了实现减小残余阻力，密度方面没有明确的限制，但植绒密度优选在3-25％的范围内，更优选在5-15％的范围内。
可以使用各种成纤材料。亲水和疏水聚合物都可以使用。纤维通常由聚酯、聚酰胺或聚丙烯酸酯组成，包括聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene)terephthalate)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(poly(butylene)terephthalate)，由尼龙6、11、12、66和610代表的聚酰胺，还包括聚氨酯、(改性)聚(乙烯醇)((modified)poly(vinyl alcohol))、聚亚烷基如聚乙烯或聚丙烯或其改性(共聚)形式。也可以使用天然纤维，例如人造丝。纤维优选由合成纤维材料制成，优选选自由聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、含氟聚合物及它们的组合所组成的组中。纤维也可以包括上述类型的改性物、共聚物或混合物。纤维优选包括聚酰胺或聚丙烯。
在一个实施方式中，残余阻力的减小补偿甚至取代摩擦阻力的增加，优选取代至少1％，更优选至少2.5％，最优选至少5％，从而减小总阻力。
优选的是，结构体，例如船只的船体，的水下部分(低于吃水线)的至少5％，更优选至少10％，被纤维植绒材料覆盖。在一个实施方式中，优选小于90％，更优选小于80％，甚至更优选小于70％，更优选小于60％，优选小于50％的(船体的)水下部分被纤维植绒材料覆盖。不仅从经济的角度来看，也为了在船舶中摩擦阻力主要由平底和垂直侧产生的情况下，将摩擦阻力保持在合理的水平。
本发明提供了适用于具有可预测的浅吃水和相对短船体的小型(航海)船只或具有可变吃水和长船体的大排水量船只的阻力问题的解决方案。在一个实施方式中，纤维植绒被施加到通过水的物体上。
本发明还提供了用于浸没在水中的静态结构体的解决方案，其中，由于水和结构体之间的相对运动导致阻力，所以在结构体周围或流经结构体的水流对结构体施加力。纤维植绒的使用有利地减少了残余阻力和施加在结构体上的力的大小。优选的(水下)静态结构体是海上风力单桩和海上钻机，也包括平台、石油钻机、系泊柱和浮标。
因此，本发明涉及纤维涂覆用于水中的结构体，其中，至少部分表面被纤维植绒覆盖，纤维的平均长度小于4mm，以保持低摩擦阻力，但长于0.3mm，以降低残余阻力。优选地，平均纤维长度较短，即在0.5mm和4mm之间；对于阻力优化，优选在0.5mm和1.5mm之间；对于清洁性优化，优选在2mm和3mm之间。纤维的密度和厚度可以根据所需的速度或附加要求进行优化，例如(但不限于)污垢(无机以及生物的)易于清洗。
除非另有说明，说明书和权利要求书通篇中给出的厚度、长度、密度和比率的值是平均值。可接受少于5％的单根纤维的欠切和过切(under-and overcut)。
如果没有污染物污染表面，本发明能正常工作。众所周知，所有表面最终都会变脏，得到的最好表面是易于清洁的表面。因此，本发明还涉及纤维的易于清洁的效果。为了清洁方面的优化，长纤维和软纤维优于刚性纤维和短纤维(见实施例6)。
实施例
实施例1-通过转盘装置测量摩擦阻力
摩擦阻力试验在实验室环境中进行，使用旋转PVC圆盘，在水中旋转，涂覆有纤维。除了测量扁平PVC圆盘外，还比较了两组圆盘：具有相同平均直径、不同平均长度(0.5和1.0mm)的短纤维和具有不同平均直径(27、50和70μm)的长纤维(平均3mm)。测量由特定扭矩产生的转速。使用了几个扭矩值，在每种情况下测量一个特征扭矩。由于是平板状态，阻力纯粹与摩擦有关。测量是在不同的扭矩下进行的。
在一个特征测量中，相对于光滑的PVC圆盘，0.5mm长的纤维覆盖表面导致转速降低29％，而1.0mm长的纤维覆盖表面导致转速降低35％，这表明较短的纤维导致摩擦增加量更低。在3mm长的纤维组的另一个特征测量中，与光滑的PVC圆盘相比，27mm直径的纤维覆盖表面导致转速降低46％，50mm直径的纤维覆盖表面导致转速降低48％，70mm纤维覆盖表面导致转速降低51％，这表明较厚的纤维导致摩擦增加量更高。
实施例2–清洁特性
一艘近海备用船涂覆有平均3mm纤维(平均纤维厚度为44μm)的覆膜，船只在水中测试了2.5年，这意味着在石油平台附近的备用位置闲置，只是偶尔航行。两年后几乎没有污垢(在水下检查)，2.5年后船只干燥入坞。在干船坞期间，任何存在的污垢都可以很容易地去除。一小部分污垢穿过3mm厚纤维层被厚粘合剂层永久粘附。
实施例3–阻力
植绒纤维片(平均长度3mm，平均直径70μm；常规植绒密度)附着在铝引航船上，并进行航速试验。为了防止水流(currents)和风的影响，航速试验在两个方向进行。航速试验后，移除所述植绒纤维片，对光滑的船体进行同样的航速试验。每次试运行前，船只都要加油。在用光滑的船体进行试验后，将第二张植绒纤维片附着在船体上，这次由短纤维组成(平均长度为0.7mm，平均直径为13μm)，具有相似的植绒密度。
测试过程如下：首先强制发动机达到期望的转速(每分钟旋转)，从而固定推进功率，然后允许船只保持恒定速度。每5秒钟记录一次数据，包括发动机转速、船只坐标、相对于水面的方向和速度。对于给定的发动机转速，船舶的速度计算为两次运行的平均值：一次在主要天气条件的方向(direction of the predominant weather conditions)运行；第二次运行为相反方向。对于每种发动机转速，转速误差都是根据单独的测量值进行统计计算的，两次运行中较大的一次被认为是相关的一次。
图2显示了测试结果。很明显，只要船舶保持在排水航态，特定发动机功率产生的速度对于光滑船体和长纤维船体是相同的。从短纤维的结果来看，在相同的发动机功率下，速度会有很大的提高，从7％(高速时)的速度提高到20％(低速时)以上。
实施例4-阻力
将植绒纤维片(平均长度3mm；平均直径70μm，常规植绒密度)附着在港口拖船上，并且将常规防污涂料涂覆在相同的港口拖船上。拖船有龙骨冷却通道，船只长度为19.6m。对两艘船只进行了航速试验，以确定可达到的最大速度。带有纤维植绒片的拖船达到最大速度11.0节，而带有常规防污涂料的拖船达到最大速度11.2节。根据实施例1中的实验结果，只能得出结论，这是通过大幅度降低残余阻力来实现的。
实施例5-阻力
将植绒纤维片(平均纤维长度3mm；平均直径70μm，常规植绒密度)附着在34m长的钢组附属船(steel crew tender)上，用常规防污涂料进行的航速试验得到了可达到的最大速度为16.0节。在应用植绒纤维片后，用该船只进行航速试验，以确定可达到的最大速度。获得的最大速度是16.5节。基于实施例3中的实验结果，这与残余阻力的大幅度降低有关。
实施例6-清洁
将具有两种平均纤维长度(0.7和3mm)的植绒纤维片附着于在冷水中的两艘船只上，并在2个月(0.7mm纤维片)和1.5年(3mm纤维片)后进行检查。为了比较，与涂有3mm纤维板的船只相同的船只涂有常规防污涂料，并以可比较的方式使用1.5年。所有三个船只都显示出有一定程度的污垢，并进行清洗。短纤维需要扁平的金属板清洁工具，然后容易地通过将金属板推到污垢下面来清洁。对于长纤维片材，即使在1.5年后，只用徒手进行清洁也是可能的。对于常规防污涂料，用潜水刀清洁甚至会导致整个涂层系统被移除，这表明如果没有纤维，就无法清洁表面。
实施例7-阻力
将植绒纤维片(平均长度0.7mm；平均直径为14μm，常规植绒密度)连接到220m长的细长船上，用常规防污涂料进行的航速试验给出了可达到的最大速度为21.6节。在应用植绒纤维片后，用船只进行航速试验，以确定可达到的最大速度。获得的最大速度是21.3节。基于可比的实施例3中的实验结果，随着该纤维的摩擦阻力在30-35％的范围内增加，相同的速度与涂覆有纤维的船只的残余阻力的大幅度降低有关。

Claims (16)

1.纤维涂层材料在结构体的水下表面上的用途，其用于减少残余阻力，其中，所述材料含有或由平均纤维长度在0.3和4mm之间，以及平均纤维厚度在5和80μm之间的纤维组成。
2.根据权利要求1所述的用途，其中，所述结构体的水下表面是(自)可移动的或移动的船只的船体，或者静态结构体的水下部分，例如海上风力单桩和海上钻机。
3.根据权利要求1或2的用途，用于减少海船通过水时的燃料消耗。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的用途，其中，所述平均纤维长度在0.5和3.5mm的范围内，优选在0.5和3mm之间，更优选小于2.5mm，甚至更优选小于2mm，最优选小于1mm，最优选在0.5和1mm的范围内。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的用途，其中，所述平均纤维厚度在5和75μm之间，优选在5和70μm之间，更优选在5和50μm之间，最优选在5和30μm之间。
6.根据前述权利要求中任意一项所述的用途，其中，所述纤维的厚度-长度比(基于平均纤维长度和平均纤维厚度)等于或低于0.05，优选低于0.04，更优选低于0.03，并且优选至少0.005，更优选至少0.009，最优选至少0.01。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的用途，其中，所述纤维的植绒密度在3％和25％之间。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的用途，其中，所述船只的至少5％的水下表面被所述纤维涂层材料覆盖。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的用途，其中，所述纤维是合成纤维材料，并且选自聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、聚硅氧烷、含氟聚合物及它们的组合。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的用途，其中，所述纤维使沉积物易清理。
11.根据权利要求10所述的用途，其中，所述纤维的平均纤维长度至少为1mm，更优选至少为2mm，更优选至少为2.5mm，最优选至少为3mm。
12.根据前述权利要求中任意一项所述的用途，用于减少海船通过水时的总阻力。
13.一种用于减少浸没在水中的结构体的残余阻力的方法，其中，向所述结构体的至少部分水下表面提供柔软的纤维涂层材料，其中，所述材料含有或由平均纤维长度在0.3和4mm之间，以及平均纤维厚度在5和80μm之间的纤维组成。
14.一种在可移动的或移动的航海结构体的水下表面上使用以减少残余阻力的纤维涂层材料，其中，所述材料含有或由平均纤维长度在0.3和4mm之间，以及平均纤维厚度在5和80μm之间的纤维组成。
15.根据权利要求14所述的纤维涂层材料，其中，所述平均纤维长度在0.5和3mm的范围内，更优选小于2.5mm，甚至更优选小于2mm，最优选小于1mm，最优选在0.5和1mm的范围内。
16.根据权利要求14或15所述的纤维涂层材料，其中，所述纤维的厚度-长度比(基于平均纤维长度和平均纤维厚度)等于或低于0.05，优选低于0.04，更优选低于0.03，并且优选至少0.005，更优选至少0.009，最优选至少0.01。
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