[发明专利]一种三明治结构的智能水凝胶材料减阻表面的制备方法

说明书

一种三明治结构的智能水凝胶材料减阻表面的制备方法属表面减阻技术领域，本发明先制备所需溶合液，采用3D打印技术制备树脂模板，并依次制备三层表面膜，最后用四氢呋喃溶液溶解树脂模板实现脱模，完成三明治结构的智能水凝胶材料减阻表面制备；本发明通过超微细加热网对温敏性水凝胶进行温度控制，改变其体积大小，从而实现减阻表面沟槽的尺寸变化，使航行体在全工况状态下适应流场结构的改变，降低壁面摩擦阻力，节约能量。

技术领域

本发明属表面减阻技术领域，具体涉及一种三明治结构的智能水凝胶材料减阻表面的制备方法。

背景技术

潜艇、鱼雷等水下航行体在海洋中航行时，由于其与海水流动相互作用产生的黏性摩擦阻力，导致航速、航程以及水下兵器的作战性能降低。此外，水下航行体为克服表面黏性摩擦阻力所消耗的能量是当今世界能源消耗的重要组成部分。因此，减小水下航行体表面所产生的黏性摩擦阻力在整个水下减阻技术中扮演者重要角色。

近壁面湍流边界层控制减阻技术一直是国内外研究者十分关注的热点问题。减阻技术根据是否提供能量输入可分为主动减阻技术和被动减阻技术。主动减阻技术需要提供能量来改变湍流边界层的流动结构以达到减阻的效果。被动减阻技术只是单一改变壁面的形态或者材料实现减阻的目的，如沟槽法、柔性表面法等，但是被动减阻技术只有在特定条件下才能达到减阻的作用，无法适应不同工况下的流场变换。大型水下航行体长时间在水下以不同的速度运行，因此需要提供一种智能减阻表面，能够实时适应不同运行工况下的流动结构，从而达到最佳的减阻效果。温度敏感性水凝胶具有热可逆特性，是实现仿生表面对流场参数产生智能响应的首选材料，其体积可随外界温度的变化而变化，较低临界溶解温度为33℃，当外界温度低于33℃时，温敏性水凝胶大量吸水溶胀，体积增大；当外界温度超过33℃时，温敏性水凝胶会突然收缩失水，造成凝胶体积塌陷，但是温敏性水凝胶机械强度较弱、耐久性差、不抵抗流体剪切力，为了解决该问题，提出多层水凝胶材料复合的减阻表面，提高水凝胶的机械强度，利用主动减阻技术和被动减阻技术相结合的方法，共同实现湍流边界层的智能控制，以达到最佳减阻效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种三明治结构的智能水凝胶材料减阻表面制备方法，主要是利用超微细加热网对温敏性水凝胶进行温度控制，从而改变其体积的大小，进而影响流固界面的尺寸变化，使得减阻表面能够实时地适应流场结构的改变，起到减阻的作用。

本发明包括下列步骤：

1.1各组分按容积百分比，取丙烯酸类树脂溶液90～95％、超微细三氧化二铝5～10％，进行溶合，制得增韧丙烯酸类树脂溶合液；

1.2各组分按容积百分比，取丙烯酰胺类聚合物85～90％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂5～10％、氨基硅烷固化剂5～10％，用搅拌器进行均匀搅拌，常温下通氮气除氧10～30min，制得丙烯酰胺类聚合物溶合液；

1.3各组分按容积百分比，取温度敏感性水凝胶溶液85～95％、N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂1～10％、四甲基乙二烷固化剂5～10％，常温下通氮气除氧10～30min，制得温度敏感性水凝胶溶合液；

1.4以步骤1.1的增韧丙烯酸类树脂为基料，采用3D打印机制备丙烯酸类树脂模板2，丙烯酸类树脂模板2两边设有限位板Ⅰ1和限位板Ⅱ3，限位板Ⅰ1和限位板Ⅱ3的长度x均为10～15μm，宽度y均为5～7μm，丙烯酸类树脂模板2的总长L₁为1～2mm，丙烯酸类树脂模板2的横截面设有三角形的沟槽，三角形的高度h为20～110μm，沟槽底部到模板底部的距离h₁为50～150μm，三角形的底边长度s为30～130μm，相邻三角形的间距f为50～200μm，在干燥无尘的环境下，避光放置4～10h；