专利名称：一种水下减阻涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及水下减阻涂层、该水下减阻涂层的制备方法，更具体而言，涉及一种具有微米级表面凹坑结构的水下减阻涂层、该种具有微米级表面凹坑结构的水下减阻涂层的制备方法。
背景技术：
降低水面舰艇和水下航行体航行过程中受到的阻力，可以减少航行能量消耗，也可以大幅度提高航行速度，对解决能源问题、保护环境以及提高舰艇性能，有着重要意义。不论从民用、商用还是军用，水下问题均是海洋工程的重要课题，因此各国学者均致力于研究能够实现有效减阻方案。针对目前水下减阻方面的要求，主要对策包括柔顺壁面减阻、疏水表面减阻，肋条减阻，随行波表面减阻。然而大部分的减阻技术，或受制于传统的加工手段，或仅限于低流速和微流道的使用条件，都无法得到广泛的工业应用。因此，加工工艺简单，成本低廉且效果好的减阻手段尚待研发。
发明内容
为了解决现有水下减阻技术中减阻率不高、制作和维护成本高等技术问题或者至少之一，本发明提供了一种水下减阻涂层。本发明提供的一种水下减阻涂层，包括树脂基料，稀料，助剂及固化剂，其特征在于，所述水下减阻涂层的表面具有微米级凹坑结构。优选地，各组分重量百分比的含量为，树脂基料50 70%，稀料16 36%，助剂I 6%，固化剂5 15%。所述树脂基料的酸碱度为中性或者弱碱性。所述树脂基料为环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂中的任一种。本发明还提供了上述一种水下减阻涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤步骤I :取50 70%的树脂基料，16 36%的稀料，I 6%的助剂，5 15%的固化剂，进行充分搅拌，制得溶合液；步骤2 :室温下，将上述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜；步骤3 :室温下，在步骤2得到的漆膜表面未固化时，向该表面喷洒盐溶液液滴；步骤4)室温下，将所述基材的表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜；步骤5 :将步骤4形成的固化漆膜用清水清洗，直至结晶颗粒全部溶解；步骤6 :在所述基材的表面制得所述水下减阻涂层，完成所述水下减阻涂层的制备。
优选地，所述树脂基料的酸碱度为中性或者弱碱性。所述树脂基料至少包括环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、丙烯酸树月旨、氟碳树脂中的任一种。优选地，所述盐溶液液滴浓度为I 6mol/L、直径为5 50 μ m。本发明减阻的原理主要是通过涂层表面的微米级凹坑结构，改变近壁面流场，从而降低固体壁面与流体之间的剪切，降低了流体对航行体的阻力。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明采用的树脂基料，稀料，助剂及固化剂，无毒无放射，不会对环境产生不良作用；2、本发明可以通过改变各组分的具体配比以及对制备方法的控制，实现不同程度、不同环境下的水下减阻，可以适用不同的工作状况；3、本发明的制作成本和维护成本均相对低廉。
图I为本发明所述水下减阻涂层制备方法的流程具体实施方式
下面结合附图，说明根据本发明的具体实施方式
。根据本发明的一种水下减阻涂层，包括树脂基料，稀料，助剂及固化剂，所述水下减阻涂层的表面具有微米级凹坑结构。优选地，所述的水下减阻涂层，各组分重量百分比的含量为，树脂基料50 70%，稀料16 36%，助剂I 6%，固化剂5 15%。所述树脂基料的酸碱度为中性或者弱碱性。所述树脂基料为环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂中的任一种。实施例I :根据本发明的一种水下减阻涂层，包括环氧树脂、稀料、助剂、固化剂，各组分按重量百分比分别为环氧树脂70%，稀料20%，助剂5%，固化剂5%。本实施例的水下减阻涂层，在采用本发明的制备方法置于基材的表面后，表面具有微米级凹坑结构，具有很好的减阻效果，能够实现本发明的发明目的。实施例2 :本发明的另一种水下减阻涂层，包括聚氨酯树脂、稀料、助剂、脂溶性夜光粉、固化剂，各组分按重量百分比分别为聚氨酯树脂65%，稀料19 %，助剂6%，固化剂10%。本实施例的水下减阻涂层，再采用本发明的制备方法置于基材的表面后，也具有很好的减阻效果，能够实现本发明的发明目的。实施例3 :本发明的又一种水下减阻涂层，包括有机硅树脂、稀料、助剂、脂溶性夜光粉、固化剂，各组分按重量百分比分别为有机硅树脂60 %，稀料25 %，助剂3 %，固化剂12%。本实施例的水下减阻涂层，再采用本发明的制备方法置于基材的表面后，同样具有很好的减阻效果，也能够实现本发明的发明目的。实施例4 :本发明的再一种水下减阻涂层，包括聚酯树脂、稀料、助剂、脂溶性夜光粉、固化剂，各组分按重量百分比分别为聚酯树脂55%，稀料33%，助剂2%，固化剂10%。本实施例的水下减阻涂层，采用本发明的制备方法置于基材的表面后，同样具有很好的减阻效果，也能够实现本发明的发明目的。
实施例5 :本发明的再一种水下减阻涂层，包括丙烯酸树脂、稀料、助剂、脂溶性夜光粉、固化剂，各组分按重量百分比分别为丙烯酸树脂63 %，稀料11 %，助剂17 %，固化剂9%。本实施例的水下减阻涂层，采用本发明的制备方法置于基材的表面后，同样具有很好的减阻效果，也能够实现本发明的发明目的。实施例6 :本发明的再一种水下减阻涂层，包括氟碳树脂、稀料、助剂、脂溶性夜光粉、固化剂，各组分按重量百分比分别为氟碳树脂52 %，稀料32 %，助剂5 %，固化剂11 %。本实施例的水下减阻涂层，采用本发明的制备方法置于基材的表面后，同样具有很好的减阻效果，也能够实现本发明的发明目的。本发明还提供了所述一种水下减阻涂层的制备方法，包括以下步骤步骤I :取50 70%的树脂基料，16 36%的稀料，I 6%的助剂，5 15%的固化剂，进行充分搅拌，制得溶合液；步骤2 :室温下，将上述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜；步骤3 :室温下，在步骤2得到的漆膜表面未固化时，向该表面喷洒盐溶液液滴；步骤4:室温下，将所述基材的表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜； 步骤5 :将步骤4形成的固化漆膜用清水清洗，直至结晶颗粒全部溶解；步骤6 :在所述基材的表面制得所述水下减阻涂层，完成对所述基材的减阻处理。具体流程和步骤如图I所示。优选地，所述树脂基料的酸碱度为中性或者弱碱性。所述树脂基料至少包括环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、丙烯酸树月旨、氟碳树脂中的任一种。优选地，所述盐溶液液滴浓度为I 6mol/L、直径为5 50 μ m。实施例7 按重量百分比取环氧树脂70%，稀料20%，助剂5%，固化剂5%，进行充分搅拌，制得溶合液；室温下，将上述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜；漆膜表面未固化时，向该表面喷洒浓度为6mol/L、直径20 μ m的氯化钠水溶液液滴；将所述基材的表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜；用清水清洗固化漆膜，直至结晶颗粒全部溶解；制得表面具有微米级凹坑结构的所述水下减阻涂层。所述水下减阻涂层具有很好的减阻效果，可实现本发明的发明目的。实施例8 按重量百分比取聚氨酯树脂65%，稀料19%，助剂6%，固化剂10%，进行充分搅拌，制得溶合液；室温下，将上述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜；漆膜表面未固化时，向该表面喷洒浓度为5mol/L、直径25 μ m的氯化钾水溶液液滴；将所述基材的表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜；用清水清洗固化漆膜，直至结晶颗粒全部溶解；制得所述水下减阻涂层。所述水下减阻涂层具有很好的减阻效果，可实现本发明的发明目的。实施例9 按重量百分比取有机硅树脂60%，稀料25%，助剂3%，固化剂12%，进行充分搅拌，制得溶合液；室温下，将上述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜；漆膜表面未固化时，向该表面喷洒浓度为6mol/L、直径30 μ m的氯化钠水溶液液滴；将所述基材的表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜；用清水清洗固化漆膜，直至结晶颗粒全部溶解；制得所述水下减阻涂层。所述水下减阻涂层具有很好的减阻效果，可实现本发明的发明目的。实施例10 按重量百分比取聚酯树脂55 %，稀料33 %，助剂2 %，固化剂10 %，进行充分搅拌，制得溶合液；室温下，将上述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜；漆膜表面未固化时，向该表面喷洒浓度为6mol/L、直径20 μ m的氯化钾水溶液液滴；将所述基材的表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜；用清水清洗固化漆膜，直至结晶颗粒全部溶解；制得所述水下减阻涂层。所述水下减阻涂层具有很好的减阻效果，可实现本发明的发明目的。
实施例11 按重量百分比取环丙烯酸树脂63%，稀料11%，助剂17%，固化剂9%，进行充分搅拌，制得溶合液；室温下，将上述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜；漆膜表面未固化时，向该表面喷洒浓度为3mol/L、直径10 μ m的氯化钠水溶液液滴；将所述基材的表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜；用清水清洗固化漆膜，直至结晶颗粒全部溶解；制得所述水下减阻涂层。所述水下减阻涂层具有很好的减阻效果，可实现本发明的发明目的。实施例12 按重量百分比取氟碳树脂52 %，稀料32 %，助剂5 %，固化剂11%，进行充分搅拌，制得溶合液；室温下，将上述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜；漆膜表面未固化时，向该表面喷洒浓度为5mol/L、直径35 μ m的氯化钾水溶液液滴；将所述基材的表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜；用清水清洗固化漆膜，直至结晶颗粒全部溶解；制得所述水下减阻涂层。所述水下减阻涂层具有很好的减阻效果，可实现本发明的发明目的。采用本发明上述实施例所述水下减阻涂层处理后的海洋舰艇下到海洋后，具有很好的减阻效果。实验表明，采用本发明上述实施例7-12，在包括舰艇在内的海洋用物体表面，制得的实施例1-6所述的水下减阻涂层后，效果十分明显在涂抹了本发明上述实施例I给出的水下减阻涂层且涂层厚度约为300 μ m的情况下，与未涂抹本发明的水下减阻涂层相比，舰艇的阻力大小降低至88% ;在涂抹了本发明上述实施例2给出的水下减阻涂层且涂层厚度约为300μπι的情况下，与未涂抹本发明的水下减阻涂层相比，舰艇的阻力大小降低至87%。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种水下减阻涂层，其特征在于，包括树脂基料，稀料，助剂及固化剂，所述水下减阻涂层的表面具有微米级凹坑结构。
2.根据权利要求I所述的水下减阻涂层，其特征在于，各组分重量百分比的含量为，树脂基料50 70%，稀料16 36%，助剂I 6%，固化剂5 15%。
3.根据权利要求2所述的水下减阻涂层，其特征在于，所述树脂基料的酸碱度为中性或者弱碱性。
4.根据权利要求3所述的水下减阻涂层，其特征在于，所述树脂基料为环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂中的任ー种。
5.ー种水下减阻涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤I :取50 70%的树脂基料，16 36%的稀料，I 6%的助剂，5 15%的固化齐U，进行充分搅拌，制得溶合液； 步骤2 :室温下，将所述溶合液均匀涂于待减阻的基材的表面，形成液态的漆膜； 步骤3 :室温下，在步骤2得到的所述漆膜的表面未固化吋，向所述表面喷洒盐溶液液滴； 步骤4 :室温下，将所述基材的所述表面置于干燥无尘的条件下进行固化24小时以上，形成表面嵌有结晶颗粒的固化漆膜； 步骤5 :将步骤4形成的所述固化漆膜用清水清洗，直至所述结晶颗粒全部溶解； 步骤6 :在所述基材的表面制得具有微米级凹坑结构的所述水下减阻涂层，完成所述水下减阻涂层的制备。
6.根据权利要求5所述的水下减阻涂层的制备方法，其特征在于，所述树脂基料的酸碱度为中性或者弱碱性。
7.根据权利要求5所述的水下减阻涂层的制备方法，其特征在于，所述树脂基料至少包括环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂中的任ー种。
8.根据权利要求5所述的水下减阻涂层的制备方法，其特征在于，所述盐溶液至少包括氯化钠水溶液、氯化钾水溶液中的任ー种。
9.根据权利要求5所述的水下减阻涂层的制备方法，其特征在于，所述盐溶液的摩尔浓度为I 6mol/L。
10.根据权利要求5所述的水下减阻涂层的制备方法，其特征在于，所述盐溶液液滴的直径为5 50 μ m。
全文摘要
本发明提供了一种水下减阻涂层，包括树脂基料，稀料，助剂及固化剂，所述水下减阻涂层的表面具有微米级凹坑结构；本发明还提供了对所述水下减阻涂层的制备方法。按照本发明的水下减阻涂层，主要是通过涂层表面的微米级凹坑结构，改变近壁面流场，从而降低固体壁面与流体之间的剪切，降低了流体对航行体的阻力；且本发明采用的树脂基料，稀料，助剂及固化剂，无毒无放射，不会对环境产生不良作用；本发明还可以通过改变各组分的具体配比以及对制备方法的控制，实现不同程度、不同环境下的水下减阻，可以适用不同的工作状况；本发明的水下减阻涂层制作成本和维护成本均相对低廉。
文档编号C09D167/00GK102649894SQ20121012648
公开日2012年8月29日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年2月24日
发明者张岩, 汪家道, 豆照良, 陈大融, 陈皓生 申请人:清华大学