本文關(guān)鍵詞： 減阻 超疏水涂層 粘附力 水凝膠 表面摩擦系數(shù)　出處：《哈爾濱工程大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水面及水下的航行器運(yùn)行時(shí)遇到巨大的阻力,不僅會(huì)降低運(yùn)動(dòng)速度,導(dǎo)致機(jī)動(dòng)性降低,還會(huì)增加能量消耗。因此,有效降低航行器運(yùn)行時(shí)的阻力具有重大的意義。本文通過向自然學(xué)習(xí),仿生荷葉及魚體表粘液,制備超疏水涂層和水凝膠緩釋涂層,分別考察其減阻的可能性并對(duì)減阻機(jī)理進(jìn)行分析。通過化學(xué)沉積法在銅箔表面制備得到疏水性優(yōu)異的超疏水涂層,經(jīng)此涂層修飾的模型在水面運(yùn)動(dòng)速度得到提升,但涂層的機(jī)械穩(wěn)定性差,在輕微的外界摩擦力作用下即可被破壞,從而失去超疏水性。利用高分子樹脂固定疏水顆粒的方法(PDMS/銅粉)結(jié)合了基體樹脂的韌性和疏水顆粒的粗糙結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定超疏水涂層的制備,不僅能夠抵抗外界機(jī)械摩擦,還能夠承受較高的溫度及靜水壓力。通過對(duì)涂層的形貌及表面浸潤性等性能進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)表面粗糙度對(duì)疏水性具有重要的影響。將PDMS/銅粉超疏水涂層修飾潛艇模型后,模型在水中完全被一層空氣膜包圍,通過速度測(cè)試,超疏水修飾后模型的運(yùn)動(dòng)速度可以提高10-15%,從而徹底排除超疏水使水面運(yùn)動(dòng)物體浸潤面積減小從而降低摩擦阻力的說法,進(jìn)一步說明是氣液界面處摩擦力的降低而使模型的運(yùn)動(dòng)速度增加。利用堿性溶液腐蝕金屬的方法制備得到具有減阻功能且耐溶劑的超疏水涂層。腐蝕時(shí)間對(duì)涂層的微觀結(jié)構(gòu)及組成有明顯的影響,通過調(diào)控腐蝕時(shí)間可以調(diào)控涂層的表面形貌進(jìn)而調(diào)節(jié)涂層表面的疏水性能。不同親疏水性(超親水、親水、疏水、超疏水)表面的阻力系數(shù)差別巨大;低速運(yùn)動(dòng)時(shí),物體表面由疏水狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷笞枇ο禂?shù)可降低80%。利用噴涂疏水納米二氧化硅的方法在打磨的模型表面制備得到超疏水涂層,涂層具有明顯的減阻效果;這種普適性的方法,不僅降低了超疏水涂層的制備難度,同時(shí)為低成本、大面積超疏水涂層的制備提供了思路。通過化學(xué)法得到具有高機(jī)械強(qiáng)度的高分子水凝膠,長(zhǎng)直鏈分子減阻劑的加入不僅增加水凝膠的機(jī)械性能,其滲出后還能夠降低水凝膠表面的摩擦系數(shù),提高水凝膠表面的減阻效果。模具的親疏水性對(duì)水凝膠表面有明顯影響,親水模具制備得到水凝膠表面摩擦系數(shù)高,會(huì)增加模型在水中運(yùn)動(dòng)的阻力;疏水模具制備得到水凝膠具有極低的表面摩擦系數(shù),能夠降低模型在水中的運(yùn)動(dòng)阻力。
[Abstract]:When the surface and underwater vehicle run into great resistance, it will not only reduce the speed of motion, resulting in lower mobility, but also increase energy consumption. It is of great significance to effectively reduce the resistance when the vehicle is running. In this paper, superhydrophobic coatings and hydrogel sustained-release coatings are prepared by learning from nature, bionic lotus leaves and fish surface mucus. The possibility of drag reduction was investigated and the mechanism of drag reduction was analyzed. Excellent hydrophobic superhydrophobic coatings were prepared on copper foil by chemical deposition. The model modified by this coating can improve the velocity of motion on the surface of water, but the mechanical stability of the coating is poor, and it can be destroyed under the action of slight external friction. Thus the super hydrophobicity was lost. PDMS / copper powder was used to fix the hydrophobic particles of polymer resin) the toughness of the matrix resin and the rough structure of the hydrophobic particles could be combined to achieve the preparation of stable superhydrophobic coatings. Not only can resist external mechanical friction, but also can withstand higher temperature and hydrostatic pressure. The morphology and surface wettability of the coating were analyzed. It is found that the surface roughness has an important effect on hydrophobicity. PDMS / Cu powder superhydrophobic coating is used to modify the submarine model, and the model is completely surrounded by an air film in the water and passed the velocity test. After superhydrophobic modification, the velocity of the model can be increased by 10-15, thus completely eliminating the theory that super-hydrophobic can reduce the area of water surface moving object and thus reduce the friction resistance. It is further explained that the reduction of friction at the gas-liquid interface increases the speed of movement of the model. A drag reducing and solvent resistant superhydrophobic coating is prepared by corrosion of the metal in alkaline solution. The corrosion time of the coating is related to the effect of corrosion time on the coating. The microstructure and composition of these compounds have obvious influence. The surface morphology and hydrophobic properties of the coating can be adjusted by adjusting the corrosion time. The resistance coefficients of different hydrophobic surfaces (superhydrophilic, hydrophilic, hydrophobic and superhydrophobic) are greatly different. When moving at low speed, the surface resistance coefficient can be reduced by 80% from hydrophobic state to superhydrophobic state. The superhydrophobic coating is prepared on the surface of the model by spraying hydrophobic nano-silica. The coating has obvious drag reduction effect. This universal method not only reduces the difficulty of preparing superhydrophobic coatings, but also reduces the cost. High molecular hydrogel with high mechanical strength was obtained by chemical method. The addition of long chain molecular drag reducer not only increased the mechanical properties of hydrogel. After exudation, the friction coefficient of hydrogel surface can be reduced, and the drag reduction effect of hydrogel surface can be improved. The hydrophobicity of mould has obvious influence on hydrogel surface. The surface friction coefficient of hydrogel is high when the hydrophilic mould is made, which will increase the resistance of the hydrophilic mold in water. Hydrophobic mold made hydrogel has a very low surface friction coefficient, which can reduce the movement resistance of the model in water.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U661.311;TG174.4

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