[發明專利]表面剪切應力敏感膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202110219392.0
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN113004558A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 嚴來軍;陳爽;張俊
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心設備設計與測試技術研究所
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;G01M9/06;C08L83/04
• 代理公司: 成都智弘知識產權代理有限公司 51275
• 代理人: 陳春

本發明公開了一種表面剪切應力敏感膜及其制備方法，涉及表面剪切應力研究領域，包括，在襯底上開設一個凹腔；將聚二甲基硅氧烷和固化劑在?30℃至20℃溫度下低溫處理，按照配比進行稱重，將兩者混合，攪拌均勻后放入真空脫泡筒內進行真空處理，處理完畢后將混合物分成兩份；其中一份混合物倒入襯底凹腔中得到混合液；將標記粒子加入到另一份混合物或者酒精中，待混合完畢后均勻噴灑在混合液表面；將襯底轉移至升溫室內進行升溫處理，待混合液固化后得到表面剪切應力敏感膜。通過調整聚二甲基硅氧烷和固化劑的配比調整膜的剪切模量，再通過凹腔深度控制膜的厚度，從而得到不同靈敏度和測量范圍的表面剪切應力敏感膜，滿足不同風洞實驗的需求。

技術領域

本發明涉及表面剪切應力/摩阻測量研究領域，尤其涉及一種表面剪切應力敏感膜及其制備方法。

背景技術

摩阻/表面剪切應力的測量是實驗流體力學中的一個經典問題，也是一個難點問題。為測量流場中模型表面的剪切應力/摩阻及其波動的二維分布，前蘇聯中央空氣流體力學研究院(TsAGI)最早于1990年開發出一種剪切模量已知、厚度可設計的表面剪切應力敏感膜(S3F)，專利號為SU1822252A1。美國創新科學公司(ISSI)于2004年也開發了一種對表面應力敏感的彈性膜，在美國、日本、歐盟等國家申請了專利，專利號為US7127950B2，并和NASA格林研究中心、美國空軍實驗室、德國空軍軍事系統實驗室等開展了廣泛的應用研究。國內大連理工大學最早開展仿制美國ISSI表面剪切應力敏感膜工作，其2017年發表的“利用彈性膜測量流場邊界摩擦應力”、“利用彈性膜測量明渠流底摩擦應力”公布了該膜的制備方法，制備步驟主要包括稱重配比，攪拌，真空抽氣，倒入模具，加熱成型，噴涂人工散斑。但利用該方法制備的表面剪切應力敏感膜的實驗測量結果與激光多普勒測速所得結果相比，誤差較大，3種工況下明渠流底摩擦應力測量誤差分別為18.4％、15.2％和6.47％。本發明與前述表面剪切應力敏感膜的制備方法有很大不同，可得到靈敏度更高、空間分辨率更高的表面剪切應力敏感膜，為風洞試驗提供一種更可靠、更精確的摩阻測量手段。

發明內容

針對上述技術中存在的不足之處，本申請公開了一種表面剪切應力敏感膜及其制備方法，從而得到表面剪切應力敏感膜進行風洞實驗的研究。

為實現上述目的，本發明提供一種表面剪切應力敏感膜的制備方法，包括以下步驟：

S1:對襯底進行加工，在襯底上開設一個凹腔，對凹腔的長度、寬度和深度進行測量，得到凹腔的體積；

S2:將聚二甲基硅氧烷和固化劑在-30℃至20℃溫度下進行低溫處理，然后按照配比進行稱重，且將溫度控制在20℃以下；

S3:將所需配比的聚二甲基硅氧烷和固化劑進行混合，攪拌均勻后放入真空脫泡筒內進行真空處理，處理完畢后將混合物分成兩份，

S4:將襯底水平放置在天平上，將其中一份混合物倒入襯底的凹腔中，得到混合液；

S5:在另一份混合物中加入標記粒子，待混合完畢后均勻噴灑在混合液表面；

S6:將襯底轉移至升溫室內進行升溫處理，待混合液固化后得到表面剪切應力敏感膜。

作為優選，在步驟S1中，襯底采用剛性材料或半柔性材料制成。

作為優選，在步驟S2中，固化劑采用二乙胺基丙胺、三甲基已二胺、二氨甲基環已基甲烷中的一種。

作為優選，在步驟S3中，聚二甲基硅氧烷和固化劑的質量比采用30:1-60:1的比例進行混合。

作為優選，在步驟S3中，進行真空處理時，溫度控制在20℃以下。

作為優選，在步驟S4中，將混合物倒入襯底的凹腔中時，實時稱量倒入混合物的重量，當重量達到設定質量時，停止向凹腔中倒入混合物，此時混合物正好與凹腔的上部相平齊。