CN115521720A - 一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法 - Google Patents

一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115521720A
CN115521720A CN202211216152.6A CN202211216152A CN115521720A CN 115521720 A CN115521720 A CN 115521720A CN 202211216152 A CN202211216152 A CN 202211216152A CN 115521720 A CN115521720 A CN 115521720A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polymer material
material layer
high polymer
layer
metal substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211216152.6A
Other languages
English (en)
Inventor
陈烽
缑晓丹
杨青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202211216152.6A priority Critical patent/CN115521720A/zh
Publication of CN115521720A publication Critical patent/CN115521720A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/20—Adhesives in the form of films or foils characterised by their carriers
    • C09J7/22—Plastics; Metallised plastics
    • C09J7/25—Plastics; Metallised plastics based on macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/04—Coating
    • C08J7/042—Coating with two or more layers, where at least one layer of a composition contains a polymer binder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12—Chemical modification
    • C08J7/123—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/20—Adhesives in the form of films or foils characterised by their carriers
    • C09J7/22—Plastics; Metallised plastics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/20—Adhesives in the form of films or foils characterised by their carriers
    • C09J7/22—Plastics; Metallised plastics
    • C09J7/24—Plastics; Metallised plastics based on macromolecular compounds obtained by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C09J7/245—Vinyl resins, e.g. polyvinyl chloride [PVC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2321/00—Characterised by the use of unspecified rubbers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C08J2327/06—Homopolymers or copolymers of vinyl chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/16—Homopolymers or copolymers of vinylidene fluoride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethylene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/10—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the structural features of the adhesive tape or sheet
    • C09J2301/12—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the structural features of the adhesive tape or sheet by the arrangement of layers
    • C09J2301/122—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the structural features of the adhesive tape or sheet by the arrangement of layers the adhesive layer being present only on one side of the carrier, e.g. single-sided adhesive tape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2421/00—Presence of unspecified rubber
    • C09J2421/006—Presence of unspecified rubber in the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2427/00—Presence of halogenated polymer
    • C09J2427/006—Presence of halogenated polymer in the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2483/00—Presence of polysiloxane
    • C09J2483/006—Presence of polysiloxane in the substrate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明提供了一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法，用以解决现有减阻材料存在的额外增加化学试剂或设备、难以长时间使用及减阻性能易破坏的技术问题。本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料，包括非金属基底和设置在非金属基底上的高分子材料层；非金属基底为弹性聚合物，高分子材料层为固化的高分子材料，其分子间隙内储存有润滑液；非金属基底和高分子材料层的接触面为微纳粗糙结构，高分子材料层上表面设置有沟槽结构，润滑液渗出在高分子材料层上表面及沟槽结构表面形成一体的自润滑层。

Description

一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及减阻材料，具体涉及一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法。
背景技术
在现阶段节能环保的发展要求下，提升航行器运行效率及能源利用率、实现管道运输或航行减阻具有重大意义。现有的减阻技术主要有高聚物减阻、涂层减阻、气穴减阻等。高聚物减阻是通过在流体中添加聚合物，如减阻剂或表面修饰剂以减小流阻；从仿生的角度出发，涂层减阻主要通过在船体等表面制备仿海豚皮柔性膜或低表面能修饰成疏水减阻涂层；气穴减阻主要利用微气泡和液体之间的低摩擦性，改变边界层的流动结构，但微气泡的产生需额外提供能量和设备等，难以在实际中应用；上述的几种方法存在额外增加化学试剂或设备，难以长时间使用，减阻性能易被破坏等现象，难以实际应用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的减阻材料存在的额外增加化学试剂或设备、难以长时间使用或减阻性能易破坏的技术问题，而提供一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种一体式非金属超滑减阻材料，其特殊之处在于，包括非金属基底和设置在非金属基底上表面的高分子材料层；
所述非金属基底为弹性聚合物；
所述高分子材料层为固化的高分子材料，其分子间隙内储存有润滑液；
所述非金属基底和高分子材料层之间的接触面设置为微纳粗糙结构；高分子材料层上表面设置有沟槽结构，所述润滑液渗出在高分子材料层上表面及沟槽结构表面形成一体的自润滑层。
进一步地，所述非金属基底分子间隙内储存有润滑液。
进一步地，所述高分子材料层为固化的聚二甲基硅氧烷；
所述润滑液为粘度范围在5-100cps的硅油。
进一步地，还包括设置在非金属基底下表面的胶粘层和设置在胶粘层下表面的离型膜。
进一步地，所述沟槽结构为多个并排设置的宽度和深度为亚毫米级别的沟槽，或者宽度和深度为亚毫米级别的菱形且相互连通的沟槽。
基于上述一体式非金属超滑减阻材料，本发明还提供了一种一体式非金属超滑减阻材料的制备方法，其特殊之处在于,包括以下步骤：
1】准备液态的聚合物，增加其强度并固化，形成弹性的非金属基底；
2】在非金属基底上表面制备微纳粗糙结构；
3】将液态的高分子材料涂覆在制备好微纳粗糙结构的非金属基底上表面，并使其固化形成高分子材料层；
4】在高分子材料层上表面制备沟槽结构；
5】将非金属基底上附着的高分子材料层置入润滑液中浸泡，使润滑液吸附在高分子材料层的分子间隙内；
6】取出后静置，润滑液从高分子材料层的分子间隙分泌出来，在高分子材料层表面形成自润滑层，得到一体式非金属超滑减阻材料。
进一步地，在步骤5】中，还包括将非金属基底置入润滑液中浸泡，使润滑液吸附在非金属基底的分子间隙内。
进一步地，在步骤6】后还包括步骤7】，在非金属基底的下表面涂覆胶粘剂形成胶粘层，并在胶粘层下表面粘贴离型膜，得到一体式非金属超滑减阻材料。
进一步地，步骤1】具体为：选择液态硅胶作为液态的聚合物，在液态硅胶中添加碳纤维材料，使碳纤维材料在液态硅胶中的添加比例为2-30％；然后将液态硅胶在100-150℃温度下加热固化10-50分钟，形成硅胶材料的非金属基底。
进一步地，步骤4】具体为：
使用飞秒激光在高分子材料层上表面刻蚀多个并排的亚毫米级别的沟槽，形成仿水稻叶沟槽结构；
或者，使用飞秒激光在高分子材料层上表面刻蚀宽度和深度为亚毫米级别的菱形且相互连通的沟槽，形成仿鲨鱼皮沟槽结构。
进一步地，所述高分子材料层为固化的聚二甲基硅氧烷；所述润滑液为硅油；
步骤3】具体为：
将聚二甲基硅氧烷溶液涂覆在制备好微纳粗糙结构的非金属基底上表面，并使其固化形成高分子材料层；
步骤5】具体为：
将非金属基底上附着的高分子材料层置入硅油中浸泡，使硅油吸附在高分子材料层的分子间隙内；
步骤6】具体为：
取出后静置，硅油从高分子材料层分子间隙中渗出，在高分子材料层表面形成一体的自润滑层，得到一体式非金属超滑减阻材料。
进一步地，步骤3】中还包括：涂覆前，在聚二甲基硅氧烷溶液中添加可提高聚二甲基硅氧烷弹性模量的颗粒物；
在步骤4】中还包括：对刻蚀完沟槽结构的高分子材料层上表面进行低表面能处理。
本发明相比于现有技术的有益效果为：
1、本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料，设置的自润滑层配合沟槽结构，可以大大降低减阻材料的航行阻力。
2、本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料，为一体式聚合物材料，非金属基底的弹性聚合物和高分子材料层都为亲润滑油材料，可储存大量润滑油，当表层润滑油用完后，可从非金属基底的弹性聚合物中分泌和补充，从而提高了材料的使用寿命。
3、本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料，设置的沟槽结构不仅提高了减阻性能，同时也为自润滑层提供了支撑体，使沟槽结构中的自润滑层免受外界条件的摩擦而长期存在，从而保证了减阻材料的减阻性能。
4、本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料，非金属基底上设置有胶粘层和离型膜，可通过基底结构和化学表面改性黏附于不同的表面，且减阻材料整体为柔性可变形材料，拓宽了其应用范围。
5、本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料制备方法，制备方便简单，适用性广。
6、本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料制备方法，将沟槽结构刻蚀为多个并排设置的沟槽，模仿了水稻叶的减阻性能，让水流可以沿着沟槽方向快速流动，但在垂直于沟槽方向的流动受限，从而降低水中物体的前进阻力。
7、本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料制备方法，将沟槽结构刻蚀为宽度和深度为亚毫米级别的菱形且相互连通的沟槽，模仿了鲨鱼皮的减阻性能，可以抑制水的紊流，降低方向性的水流阻力。
附图说明
图1为本发明实施例五的一种一体式非金属超滑减阻材料结构示意图；
图2为本发明实施例四的一种一体式非金属超滑减阻材料制备方法工艺流程图；
图3为本发明实施例六的一种一体式非金属超滑减阻材料制备方法工艺流程图。
具体附图标记为：
1-非金属基底；2-高分子材料层；3-自润滑层；4-胶粘层；5-离型膜。
具体实施方式
为使本发明的优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
一种一体式非金属超滑减阻材料，包括非金属基底1和设置在非金属基底1上表面的高分子材料层2；非金属基底1和高分子材料层2之间的接触面设置为微纳粗糙结构，高分子材料层2上表面设置有沟槽结构。高分子材料层2为固化的高分子材料，本实施例中的高分子材料层2为固化的聚二甲基硅氧烷，其为亲润滑油材料，分子间隙内可储存大量润滑液，润滑液渗出在高分子材料层2上表面及沟槽结构表面形成一体的自润滑层3，在其他实施例中也可以采用其他可吸收润滑液的高分子材料。非金属基底1为弹性聚合物，其材质可以为多种材料，包括硅胶、橡胶、聚氯乙烯(PVC)等分子间隙内可吸附润滑液的材料，以及聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等分子间隙内不可以吸附润滑液的材料；本实施例中非金属基底1选择硅胶作为基底材料。本实施例通过将硅胶的非金属基底1和附着在非金属基底1上的高分子材料层2共同置入50cps的硅油中浸泡，使硅油吸附在硅胶的非金属基底1和高分子材料层2的分子间隙内，硅油渗出后在高分子材料层2上表面及沟槽结构表面形成一体的自润滑层3，用以可以降低减阻材料的航行阻力，延长减阻材料的使用寿命。在本发明的其他实施例中也可以将非金属基底1和附着在非金属基底1上的高分子材料层2置入其它粘度为5-100cps的硅油或者液体石蜡等润滑液中，如非金属基底1为硅胶、橡胶、聚氯乙烯(PVC)等分子间隙内可吸附润滑液的材料，则润滑液也会自动吸附到非金属基底1的分子间隙内，从而一起渗出在高分子材料层2上表面产生自润滑层3，如非金属基底1为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等分子间隙内不可以吸附润滑液的材料，则不吸附润滑液。本实施例的非金属减阻材料为一体式聚合物材料，聚二甲基硅氧烷和硅胶都为亲润滑油材料，因此其内部分子间隙间可储存大量润滑液，当表层润滑液消耗后，润滑液可从聚二甲基硅氧烷和硅胶中分泌和补充，从而提高了减阻材料的使用寿命。
非金属基底1和高分子材料层2接触面之间设置的微纳粗糙结构，在本实施例中设置为微纳多孔结构，在其他实施例里也可以设置为微纳柱状结构或其它微纳粗糙结构，用于防止高分子材料层2，即聚二甲基硅氧烷的脱落。为了降低水中航行体的前进阻力，本实施例受到水滴在水稻叶表面单向流动的启发，高分子材料层2上表面的沟槽结构为多个并排设置的宽度和深度为亚毫米级别的沟槽，模仿水稻叶的减阻特性，让水流可以沿着沟槽方向快速流动，但在垂直于沟槽方向的流动受限。另外，高分子材料层2上表面的沟槽结构也为自润滑层3提供了支撑体，使沟槽结构中的自润滑层3免受外界条件的摩擦而长期存在，从而保证了减阻材料的减阻性能。
实施例二
基于实施例一的一种一体式非金属超滑减阻材料，本发明还提供了其制备方法，具体包括以下步骤：
1】准备一种液态的聚合物，液态的聚合物可以选择液态的硅胶或者橡胶等材料；同时，在液态的聚合物中可以添加碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等材料以增加强度，使液态的聚合物固化，形成具有弹性的非金属基底1。本实施例在液态的硅胶中添加比例为2-30％的碳纤维材料以增加强度，将添加完碳纤维材料的液态硅胶在120℃温度下加热固化30分钟，形成硅胶材料的弹性的非金属基底1。
2】使用能量为100-3000μJ的激光在非金属基底1上表面烧蚀，并使微纳粗糙结构分布在其整个表面。本实施例中使用能量为500μJ的激光在非金属基底1上表面烧蚀，并使微纳粗糙结构分布在其整个表面。
3】将液态的高分子材料涂覆在步骤2】制备好微纳粗糙结构的非金属基底1上表面，并在70-120℃温度下固化成薄膜，形成高分子材料层2，本实施例中将聚二甲基硅氧烷的溶液涂覆在步骤2】制备好微纳粗糙结构的非金属基底1表面，并在100℃温度下固化成薄膜，形成固化的聚二甲基硅氧烷。为了提高固化后高分子材料层2的弹性模量，在涂覆前向聚二甲基硅氧烷的溶液中添加质量分数为5-50％的SiO2颗粒，优选添加气相二氧化硅微粉；在本发明的其他实施例中，也可以在液态的高分子材料中添加Fe、氧化铁、氧化钛、氧化铝等颗粒物。
4】用飞秒激光在非金属基底1的高分子材料层2上表面刻蚀多个并排设置的宽度和深度为亚毫米级别的沟槽，形成仿水稻叶沟槽结构。优选的，采用飞秒激光对沟槽结构进行加工刻蚀，飞秒激光的加工精度更高，热效应范围更小。
为了进一步提升减阻材料的疏水性，进而降低水中的航行阻力，本实施例还对刻蚀完沟槽结构的高分子材料层2上表面进行进行氟化物沉积，在本发明的其他实施例中，也可以通过其他方式对高分子材料层2上表面进行低表面能处理。
5】将硅胶的非金属基底1和附着在非金属基底1上的高分子材料层2共同置入润滑液中浸泡，使润滑液吸附在非金属基底1和高分子材料层2的分子间隙内；其中，润滑液可以为硅油、液体石蜡等润滑液。本实施例中将其置入粘度为50cps的硅油中浸泡0.5h-6h，使硅油吸附在硅胶的非金属基底1和聚二甲基硅氧烷分子间隙内。在本发明的其他实施例中，如非金属基底1为硅胶、橡胶、聚氯乙烯(PVC)等分子间隙内可吸附润滑液的材料，可只将附着在非金属基底1上的高分子材料层2置入润滑液中浸泡，让高分子材料层2的分子间隙内储存有润滑液，也可将二者共同置入润滑液中浸泡，让高分子材料层2和非金属基底1的分子间隙内均储存有润滑液；如非金属基底1为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等分子间隙内不可以吸附润滑液的材料，浸泡时可一起浸泡，润滑液只会吸附在高分子材料层2的分子间隙内。
6】取出擦干，硅胶的非金属基底1和聚二甲基硅氧烷分子间隙内的硅油分泌出来，并在聚二甲基硅氧烷的高分子材料层2表面形成一体的自润滑层3，得到一体式非金属超滑减阻材料。
实施例三
本实施例区别于实施例一的地方在于，本实施例受到鲨鱼在水中自由游动的启发，高分子材料层2和润滑层3之间接触面的沟槽结构设置为宽度和深度为亚毫米级别的菱形且相互连通的沟槽，模仿鲨鱼皮的减阻特性，菱形沟槽抑制水的湍流，降低紊流，从而降低水中航行体的前进阻力。
实施例四
基于实施例三的具体结构，本实施例的制备方法如图2所示，与实施例二的制备方法区别为：步骤4】中，在高分子材料层2上表面用飞秒激光刻蚀刻蚀宽度和深度分别为亚毫米级别的菱形且相互连通的沟槽，形成仿鲨鱼皮沟槽结构。
实施例五
为了使本发明的一体式非金属超滑减阻材料可以黏附在多种材料以及弯曲或不规则材料表面，如图1所示，本实施例在非金属基底1的下表面设置有胶粘层4，在胶粘层4下表面设置有离型膜5，可通过基底结构和化学表面改性黏附于不同的表面，且减阻材料整体为柔性可变形材料，拓宽了其应用范围。本实施例的其他结构均与实施例一相同。
实施例六
基于实施例五的一体式非金属超滑减阻材料，本发明还提供了其制备方法，如图3所示，相比于实施例二的制备方法，本实施例还增加了步骤6】。
步骤6】具体为：在非金属基底1的下表面涂覆胶粘剂形成胶粘层4，并在胶粘层下表面粘贴离型膜5，得到一体式非金属超滑减阻材料。
本实施例的工作原理及其他步骤的制备方法均与实施例一相同。可以理解的是，本发明中图2和图3中微纳粗糙结构和沟槽结构只是示意图，不代表实际的尺寸关系；且图中展示的是正常状态下的减阻材料表面，在实际使用过程中，润滑层3会被挤压到沟槽结构的两边。
本发明提供的一种一体式非金属超滑减阻材料，设置的自润滑层3配合沟槽结构，可以大大降低减阻材料的航行阻力，而且减阻材料为一体式聚合物材料，非金属基底1的弹性聚合物和高分子材料层2的聚二甲基硅氧烷层都为亲润滑油材料，可储存大量润滑液，当表层润滑液用完后，可从非金属基底的弹性聚合物中分泌和补充，从而提高了材料的使用寿命。
以上所述，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对上述实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种一体式非金属超滑减阻材料，其特征在于：
包括非金属基底(1)和设置在非金属基底(1)上表面的高分子材料层(2)；
所述非金属基底(1)为弹性聚合物；所述高分子材料层(2)为固化的高分子材料，其分子间隙内储存有润滑液；
所述非金属基底(1)和高分子材料层(2)之间的接触面设置为微纳粗糙结构；高分子材料层(2)上表面设置有沟槽结构，所述润滑液渗出在高分子材料层(2)上表面及沟槽结构表面形成一体的自润滑层(3)。
2.根据权利要求1所述的一种一体式非金属超滑减阻材料，其特征在于：
所述非金属基底(1)分子间隙内储存有润滑液。
3.根据权利要求1所述的一种一体式非金属超滑减阻材料，其特征在于：
所述高分子材料层(2)为固化的聚二甲基硅氧烷；
所述润滑液为粘度范围在5-100cps的硅油。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种一体式非金属超滑减阻材料，其特征在于：
还包括设置在非金属基底(1)下表面的胶粘层(4)和设置在胶粘层(4)下表面的离型膜(5)。
5.根据权利要求4所述的一种一体式非金属超滑减阻材料，其特征在于：
所述沟槽结构为多个并排设置的宽度和深度为亚毫米级别的沟槽，或者宽度和深度为亚毫米级别的菱形且相互连通的沟槽。
6.一种权利要求1-5任一所述的一种一体式非金属超滑减阻材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1】准备液态的聚合物，增加其强度并固化，形成弹性的非金属基底(1)；
2】在非金属基底(1)上表面制备微纳粗糙结构；
3】将液态的高分子材料涂覆在制备好微纳粗糙结构的非金属基底(1)上表面，并使其固化形成高分子材料层(2)；
4】在高分子材料层(2)上表面制备沟槽结构；
5】将非金属基底(1)上附着的高分子材料层(2)置入润滑液中浸泡，使润滑液吸附在高分子材料层(2)的分子间隙内；
6】取出后静置，润滑液从高分子材料层(2)的分子间隙分泌出来，在高分子材料层(2)表面形成一体的自润滑层(3)，得到一体式非金属超滑减阻材料。
7.根据权利要求6所述的一种一体式非金属超滑减阻材料的制备方法，其特征在于：
在步骤5】中，还包括将非金属基底(1)置入润滑液中浸泡，使润滑液吸附在非金属基底(1)的分子间隙内。
8.根据权利要求6或7所述的一种一体式非金属超滑减阻材料的制备方法，其特征在于：
在步骤6】后还包括步骤7】，在非金属基底(1)的下表面涂覆胶粘剂形成胶粘层(4)，并在胶粘层下表面粘贴离型膜(5)，得到一体式非金属超滑减阻材料。
9.根据权利要求8所述的一种一体式非金属超滑减阻材料的制备方法，其特征在于：
步骤1】具体为：选择液态硅胶作为液态的聚合物，在液态硅胶中添加碳纤维材料，使碳纤维材料在液态硅胶中的添加比例为2-30％；然后将液态硅胶在100-150℃温度下加热固化10-50分钟，形成硅胶材料的非金属基底(1)。
10.根据权利要求9所述的一种一体式非金属超滑减阻材料的制备方法，其特征在于：
步骤4】具体为：
使用飞秒激光在高分子材料层(2)上表面刻蚀多个并排的宽度和深度为亚毫米级别的沟槽，形成仿水稻叶沟槽结构；
或者，使用飞秒激光在高分子材料层(2)上表面刻蚀宽度和深度为亚毫米级别的菱形且相互连通的沟槽，形成仿鲨鱼皮沟槽结构。
11.根据权利要求10所述的一种一体式非金属超滑减阻材料的制备方法，其特征在于：
所述高分子材料层(2)为固化的聚二甲基硅氧烷；所述润滑液为硅油；
步骤3】具体为：
将聚二甲基硅氧烷溶液涂覆在制备好微纳粗糙结构的非金属基底(1)上表面，并使其固化形成高分子材料层(2)；
步骤5】具体为：
将非金属基底(1)上附着的高分子材料层(2)置入硅油中浸泡，使硅油吸附在高分子材料层(2)的分子间隙内；
步骤6】具体为：
取出后静置，硅油从高分子材料层(2)分子间隙中渗出，在高分子材料层(2)表面形成自润滑层(3)，得到一体式非金属超滑减阻材料。
12.根据权利要求11所述的一体式非金属超滑减阻材料的制备方法，其特征在于：
步骤3】中还包括：涂覆前，在聚二甲基硅氧烷溶液中添加可提高聚二甲基硅氧烷弹性模量的颗粒物；
步骤4】中还包括：对刻蚀完沟槽结构的高分子材料层(2)上表面进行低表面能处理。
CN202211216152.6A 2022-09-30 2022-09-30 一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法 Pending CN115521720A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211216152.6A CN115521720A (zh) 2022-09-30 2022-09-30 一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211216152.6A CN115521720A (zh) 2022-09-30 2022-09-30 一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115521720A true CN115521720A (zh) 2022-12-27

Family

ID=84700741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211216152.6A Pending CN115521720A (zh) 2022-09-30 2022-09-30 一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115521720A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009221417A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Fujifilm Corp 導電性ポリマー及びその精製方法
CN102381435A (zh) * 2011-09-06 2012-03-21 山东理工大学 即时缓释减阻剂的高逼真仿鲨鱼减阻结构及其制作方法
CN108556420A (zh) * 2018-03-26 2018-09-21 吉林大学 一种仿生智能自适应动态变构减阻材料及其制备方法
CN109177028A (zh) * 2018-08-28 2019-01-11 大连交通大学 液态硅胶配制及注塑成型方法
CN109453966A (zh) * 2018-10-24 2019-03-12 北京科技大学 一种长效防护的液态自分泌超滑涂层及制备方法
CN110746125A (zh) * 2019-11-01 2020-02-04 深圳南科氟光纳米科技有限责任公司 疏水玻璃及其制备方法
WO2022000944A1 (zh) * 2020-06-30 2022-01-06 苏州天澜生物材料科技有限公司 一种固液填充的低表面能光滑功能材料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009221417A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Fujifilm Corp 導電性ポリマー及びその精製方法
CN102381435A (zh) * 2011-09-06 2012-03-21 山东理工大学 即时缓释减阻剂的高逼真仿鲨鱼减阻结构及其制作方法
CN108556420A (zh) * 2018-03-26 2018-09-21 吉林大学 一种仿生智能自适应动态变构减阻材料及其制备方法
CN109177028A (zh) * 2018-08-28 2019-01-11 大连交通大学 液态硅胶配制及注塑成型方法
CN109453966A (zh) * 2018-10-24 2019-03-12 北京科技大学 一种长效防护的液态自分泌超滑涂层及制备方法
CN110746125A (zh) * 2019-11-01 2020-02-04 深圳南科氟光纳米科技有限责任公司 疏水玻璃及其制备方法
WO2022000944A1 (zh) * 2020-06-30 2022-01-06 苏州天澜生物材料科技有限公司 一种固液填充的低表面能光滑功能材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
雍佳乐: "飞秒激光仿生制备极端浸润性表面", 《科学通报》, vol. 64, no. 12, pages 1 - 25 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2014237168B2 (en) Strippable film assembly and coating for drag reduction
RU2017140844A (ru) Долговечные антиобледенительные поверхности
US20170298286A1 (en) Low-adhesion coatings with solid-state lubricants
US9340058B2 (en) Blanket for offset printing and manufacturing method therefor
CN109453966A (zh) 一种长效防护的液态自分泌超滑涂层及制备方法
CN106519968A (zh) 一种低冰粘附力的防覆冰涂层及其制备方法和应用
US9926453B2 (en) Multifunctional coating for aircraft
JP6706420B2 (ja) 積層体及び該積層体を備える自動車部品
CN102649894B (zh) 一种水下减阻涂层及其制备方法
US20230272226A1 (en) Anisotropic icephobic and biocidal coatings
CN116588239B (zh) 一种水中航行器减阻功能表面微结构及其成型方法
CN1344299A (zh) 不溶于水的亲水性船舶涂料和方法
CN115521720A (zh) 一种一体式非金属超滑减阻材料及其制备方法
JPH10273617A (ja) 撥水性コーティング膜
CN113247173A (zh) 一种减阻降噪多功能结构及其制备方法和应用
S. Aghdam et al. Tailoring the icephobic performance of slippery liquid-infused porous surfaces through the LbL method
CN116853411B (zh) 一种减阻功能表面微结构及其成型方法
CN116714712B (zh) 一种减阻功能表面的微结构及其成型方法
Yan et al. Slime‐Groove Drag Reduction Characteristics and Mechanism of Marine Biomimetic Surface
Zhang et al. Advance in structural classification and stability study of superamphiphobic surfaces
WO2023116024A1 (zh) 悬浮隧道管段混凝土防腐蚀材料及防腐蚀方法
CN116161163A (zh) 一种基于可调张拉整体结构的智能变刚度柔性减阻降噪蒙皮
CN116082895B (zh) 一种柔性纤维阵列涂层及其制备方法和用途
EP3771734A2 (en) Transparent hydrophobic and icephobic compositions, coatings, and methods
Zheng et al. Transparent Liquid-like Slippery Coating with Excellent Photothermal Performance and Durability for Anti-/De-Icing Applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination