[發(fā)明專利]吸附有減阻劑的硅藻土復(fù)合減阻表面的制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110261739.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN102424602A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓鑫;尹磊昌;張慶森;邱先慧;張珊珊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B38/00
• 分類號(hào): C04B38/00;C04B35/14;C04B35/622;B63B1/34
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 何新平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及仿生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種減阻表面的制作方法。

背景技術(shù)

鯊魚是海洋中的游泳健將，其在水中的巡游速度約為5kph，在追捕獵物時(shí)可瞬時(shí)爆發(fā)到70kph。鯊魚的高游速除了與其標(biāo)準(zhǔn)的流線型形體有關(guān)外，還與其特殊的微米級(jí)鱗片溝槽結(jié)構(gòu)以及它體表分泌的粘液關(guān)系密切，兩者的復(fù)合作用稱為“鯊魚皮效應(yīng)”。當(dāng)前，模仿鯊魚表皮減阻機(jī)理、制造高逼真仿鯊魚復(fù)合減阻表面已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，在水下航行器和長(zhǎng)輸管道減阻領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

利用減阻劑減阻是一種高效的減阻方法，廣泛應(yīng)用于水下航行器表面或長(zhǎng)距離輸送管道(輸油、氣、水等)內(nèi)壁面的流體減阻。常用的減阻劑主要有聚丙烯酰胺(PAM)和水性環(huán)氧樹脂等，盡管減阻效能高，但價(jià)格通常較為昂貴。利用減阻劑減阻與利用溝槽等結(jié)構(gòu)型減阻方法相比，具有減阻效率高(減阻效率通常在15％以上)、便于實(shí)施等優(yōu)勢(shì)。該減阻方法的實(shí)施目前主要采用在航行器表面或長(zhǎng)輸管道內(nèi)壁面直接釋放或涂覆減阻劑的方式，往往使得大量的減阻劑不能有效作用于湍流有效區(qū)，存在減阻劑消耗快、用量大、浪費(fèi)嚴(yán)重、需不斷補(bǔ)充等不足，因而使用和維護(hù)成本相對(duì)較高。

另外，硅藻土是硅藻的古代殘骸沉積物生成的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代硅藻及其它微生物(放射蟲、海綿等)的硅質(zhì)遺骸組成，主要化學(xué)成份是二氧化硅。硅藻土在自然界中作為礦產(chǎn)大量存在，因而來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉。由于硅藻土具有細(xì)膩、質(zhì)輕、孔隙度大、吸附性和滲透性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱、有一定強(qiáng)度等特點(diǎn)，是一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供吸附有減阻劑的硅藻土復(fù)合減阻表面的制作方法，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

吸附有減阻劑的硅藻土復(fù)合減阻表面的制作方法，包括1)硅藻土預(yù)處理工藝，制得硅藻土混合物；2)硅藻土濾篩工藝，制得硅藻土混合物；3)硅藻土濕坯制作工藝，制得硅藻土濕坯，其特征在于，還包括如下步驟：

4)高逼真仿鯊魚鱗片溝槽形貌復(fù)制成型：

(A)采用生物表皮復(fù)制模板的復(fù)制方法復(fù)制出金屬材質(zhì)為鎳、厚度為2.5mm～3.5mm的鎳質(zhì)仿鯊魚鱗片溝槽陰模板；

(B)將鎳質(zhì)仿鯊魚鱗片溝槽陰模板在室溫條件下放入去離子水中，在功率為800W～1200W、工作頻率為30KHz～50KHz的條件下超聲清洗10min～20min，然后烘干待用；

5)仿鯊魚鱗片溝槽形貌約束下的硅藻土燒結(jié)固化直接成型：

(A)將4)制得的鎳質(zhì)仿鯊魚鱗片溝槽陰模板的有鱗面朝上置于高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)的燒結(jié)爐基座上，然后將3)制得的硅藻土濕坯倒扣在鎳質(zhì)仿鯊魚鱗片溝槽陰模板的有鱗面上；

(B)在1050℃～1150℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行恒溫?zé)Y(jié)處理1.5h～2.5h，緩慢降至室溫后進(jìn)行脫模，即得到硅藻土固化表面；

(C)室溫條件下，將脫模后的硅藻土固化表面浸入去離子水中，在功率為800W～1200W、工作頻率為30KHz～50KHz的條件下超聲清洗10min～20min，然后用N2吹干，即得到仿鯊魚硅藻土復(fù)合減阻表面；

6)硅藻土固化表面吸附緩釋減阻劑：

(A)室溫條件下，將5)制得的仿鯊魚硅藻土復(fù)合減阻表面浸入去離子水中，在功率為800W～1200W、工作頻率為30KHz～50KHz的條件下超聲清洗10min～20min，然后用N2吹干；

(B)制備減阻劑水溶液；

(C)將干燥后的仿鯊魚硅藻土復(fù)合減阻表面完全浸入減阻劑水溶液，然后置于真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行脫氣處理10min～20min，然后取出，便制得吸附有減阻劑的硅藻土復(fù)合減阻表面。

本發(fā)明經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后的硅藻土固化表面，其固化強(qiáng)度在30MPa～40MPa，孔隙度在40％～60％。采用該方法所制作的仿鯊魚硅藻土復(fù)合減阻表面，其形貌逼真度在65％～75％。采用該方法所制得的吸附有減阻劑的硅藻土復(fù)合減阻表面，其減阻率在20％～30％。

本發(fā)明所制作的仿鯊魚硅藻土復(fù)合減阻表面不僅具有高逼真微米級(jí)仿鯊魚鱗片溝槽形貌，能夠發(fā)揮仿鯊魚鱗片溝槽的減阻功能，而且還具有硅藻殼體的納米級(jí)多孔微結(jié)構(gòu)，能夠同時(shí)發(fā)揮仿鯊魚緩釋自潤(rùn)滑粘液的減阻功能。從而實(shí)現(xiàn)提高水下航行器和長(zhǎng)距離油氣輸送管道減阻能力的目的。