海洋用仿生疏水復(fù)合涂層的制備及其減阻性能研究.pdf

1、船舶與海洋平臺(tái)等海洋結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境中工作時(shí)，難免受到腐蝕及海洋污損物的附著。海洋生物附著一方面會(huì)影響結(jié)構(gòu)物的正常工作，增加上塢維護(hù)費(fèi)用；另一方面會(huì)使自重增加，航行時(shí)摩擦阻力顯著提高，增加燃油費(fèi)用。通過(guò)涂覆仿生疏水復(fù)合涂層可以有效地抑制腐蝕及生物污損附著，且具備良好的減阻性能。仿生疏水復(fù)合涂層的制備主要有兩點(diǎn)：一是低表面能；二是微觀粗糙結(jié)構(gòu)。因此，本文工作主要分為以下三部分：
　?。?）CNT-OH/氟硅樹(shù)脂仿生疏水復(fù)合涂層的制備

2、及研究
　　以氟硅樹(shù)脂作為低表面能成膜物，以碳納米管（CNT）為納米填料來(lái)構(gòu)建微觀粗糙結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)碳納米管種類(lèi)、含量的研究制備具備一定疏水性的CNT-OH/氟硅樹(shù)脂仿生疏水復(fù)合涂層。復(fù)合涂層的接觸角、滾動(dòng)角及表面能分別達(dá)到121°、21°、4.28mN/m；且具有一定耐鹽霧腐蝕和疏水穩(wěn)定性，在25d鹽水浸泡試驗(yàn)后，復(fù)合涂層的接觸角仍大于95°，吸水率為0.59％。其物理性能優(yōu)良，鉛筆硬度為5H，附著力為0級(jí)，且在320℃以下時(shí)具有

3、較好的耐熱穩(wěn)定性。
　?。?）CNT-OH/改性硅溶膠仿生疏水復(fù)合涂層的制備及研究
　　利用正硅酸乙酯水解-凝膠法制備硅溶膠，并添加硅烷偶聯(lián)劑六甲基二硅胺（HMDS）進(jìn)行改性，制備得到了具備一定疏水性能的改性硅溶膠。將改性硅溶膠、CNT-OH、水及少量的丙烯酸樹(shù)脂球磨機(jī)混合處理，噴涂后固化形成復(fù)合涂層。選用HMDS和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（FTES）作為表面改性劑，制備得到CNT-OH/改性硅溶膠仿生疏

4、水復(fù)合涂層。仿生復(fù)合涂層疏水自清潔性能優(yōu)異，接觸角/滾動(dòng)角分別為145°/15°，表面能僅有0.595mN/m。25d鹽水浸泡試驗(yàn)后，復(fù)合涂層的接觸角仍大于122°，吸水率為0.37%。復(fù)合涂層具有良好的物理性能，其鉛筆硬度為5H，附著力為0級(jí)，且在1000℃以下時(shí)具有良好的耐熱穩(wěn)定性，失重率僅有12%。制備最佳工藝條件為：硅溶膠：CNT-OH=20：1，丙烯酸添加量為硅溶膠的30%，選用FTES作為表面改性劑，添加量0.8g（10ml

5、乙醇中）、表面改性時(shí)間為2h。
　　（3）平板阻力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿生疏水復(fù)合涂層減阻性能研究
　　自行設(shè)計(jì)小量程平板阻力測(cè)試系統(tǒng)，并在不同流速下進(jìn)行了幾種仿生疏水復(fù)合涂層的阻力性能測(cè)試。首先通過(guò)對(duì)阻力測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定，分析試驗(yàn)架平衡度和試驗(yàn)板重量對(duì)數(shù)據(jù)的重復(fù)性和穩(wěn)定性的影響，并得到試驗(yàn)板受力與應(yīng)變片的應(yīng)變之間的線(xiàn)性關(guān)系，斜率為8.9227。隨后對(duì)不同復(fù)合涂層進(jìn)行阻力性能測(cè)試，相對(duì)于粗糙平板，市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的環(huán)氧漆涂層減阻率為5.2%