[發明專利]一種三明治結構的智能水凝膠材料減阻表面的制備方法

有效

• 申請號: 201710588196.4
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107263987B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 張成春;高美紅;鄭益華;賀經緯;田帥;吳正陽;韓志武;任露泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B32B27/30
• 分類號: B32B27/30;B32B27/06;B32B9/00;B32B9/04;B32B3/24;B32B3/30;C08L33/26;C08K5/544;C08K5/20;C08L101/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

一種三明治結構的智能水凝膠材料減阻表面的制備方法屬表面減阻技術領域，本發明先制備所需溶合液，采用3D打印技術制備樹脂模板，并依次制備三層表面膜，最后用四氫呋喃溶液溶解樹脂模板實現脫模，完成三明治結構的智能水凝膠材料減阻表面制備；本發明通過超微細加熱網對溫敏性水凝膠進行溫度控制，改變其體積大小，從而實現減阻表面溝槽的尺寸變化，使航行體在全工況狀態下適應流場結構的改變，降低壁面摩擦阻力，節約能量。

技術領域

本發明屬表面減阻技術領域，具體涉及一種三明治結構的智能水凝膠材料減阻表面的制備方法。

背景技術

潛艇、魚雷等水下航行體在海洋中航行時，由于其與海水流動相互作用產生的黏性摩擦阻力，導致航速、航程以及水下兵器的作戰性能降低。此外，水下航行體為克服表面黏性摩擦阻力所消耗的能量是當今世界能源消耗的重要組成部分。因此，減小水下航行體表面所產生的黏性摩擦阻力在整個水下減阻技術中扮演者重要角色。

近壁面湍流邊界層控制減阻技術一直是國內外研究者十分關注的熱點問題。減阻技術根據是否提供能量輸入可分為主動減阻技術和被動減阻技術。主動減阻技術需要提供能量來改變湍流邊界層的流動結構以達到減阻的效果。被動減阻技術只是單一改變壁面的形態或者材料實現減阻的目的，如溝槽法、柔性表面法等，但是被動減阻技術只有在特定條件下才能達到減阻的作用，無法適應不同工況下的流場變換。大型水下航行體長時間在水下以不同的速度運行，因此需要提供一種智能減阻表面，能夠實時適應不同運行工況下的流動結構，從而達到最佳的減阻效果。溫度敏感性水凝膠具有熱可逆特性，是實現仿生表面對流場參數產生智能響應的首選材料，其體積可隨外界溫度的變化而變化，較低臨界溶解溫度為33℃，當外界溫度低于33℃時，溫敏性水凝膠大量吸水溶脹，體積增大；當外界溫度超過33℃時，溫敏性水凝膠會突然收縮失水，造成凝膠體積塌陷，但是溫敏性水凝膠機械強度較弱、耐久性差、不抵抗流體剪切力，為了解決該問題，提出多層水凝膠材料復合的減阻表面，提高水凝膠的機械強度，利用主動減阻技術和被動減阻技術相結合的方法，共同實現湍流邊界層的智能控制，以達到最佳減阻效果。

發明內容

本發明的目的是提供一種三明治結構的智能水凝膠材料減阻表面制備方法，主要是利用超微細加熱網對溫敏性水凝膠進行溫度控制，從而改變其體積的大小，進而影響流固界面的尺寸變化，使得減阻表面能夠實時地適應流場結構的改變，起到減阻的作用。

本發明包括下列步驟：

1.1各組分按容積百分比，取丙烯酸類樹脂溶液90～95％、超微細三氧化二鋁5～10％，進行溶合，制得增韌丙烯酸類樹脂溶合液；

1.2各組分按容積百分比，取丙烯酰胺類聚合物85～90％、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺交聯劑5～10％、氨基硅烷固化劑5～10％，用攪拌器進行均勻攪拌，常溫下通氮氣除氧10～30min，制得丙烯酰胺類聚合物溶合液；

1.3各組分按容積百分比，取溫度敏感性水凝膠溶液85～95％、N,N-亞甲基雙丙烯酰胺交聯劑1～10％、四甲基乙二烷固化劑5～10％，常溫下通氮氣除氧10～30min，制得溫度敏感性水凝膠溶合液；

1.4以步驟1.1的增韌丙烯酸類樹脂為基料，采用3D打印機制備丙烯酸類樹脂模板2，丙烯酸類樹脂模板2兩邊設有限位板Ⅰ1和限位板Ⅱ3，限位板Ⅰ1和限位板Ⅱ3的長度x均為10～15μm，寬度y均為5～7μm，丙烯酸類樹脂模板2的總長L₁為1～2mm，丙烯酸類樹脂模板2的橫截面設有三角形的溝槽，三角形的高度h為20～110μm，溝槽底部到模板底部的距離h₁為50～150μm，三角形的底邊長度s為30～130μm，相鄰三角形的間距f為50～200μm，在干燥無塵的環境下，避光放置4～10h；