本发明专利技术公开了一种具有自润滑沟槽复合减阻功能的仿鲨鱼蒙皮，该仿鲨鱼蒙皮上复制有微米级沟槽，且沟槽具有自润滑性能；仿鲨鱼蒙皮由水性环氧树脂与聚丙烯酰胺水溶液组成，１０ｇ的水性环氧树脂中加入５０～７０ｇ的聚丙烯酰胺水溶液；水性环氧树脂由水性环氧树脂乳液和水性环氧树脂固化剂组成，为双组分的环氧树脂。本发明专利技术制造仿鲨鱼蒙皮的工艺充分说明了采用生物复制成形技术可以从高逼真沟槽形貌与自润滑粘液两个角度模仿鲨鱼皮的减阻机制，从而实现低阻生物表面几何属性和界面属性的双重仿生，这将成为仿生减阻表面制造技术未来的发展方向，具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种仿鲨鱼蒙皮及其制作方法，更特别地说，是指一种采用亲水性材 料制作出。
技术介绍
以仿鲨鱼鳞片沟槽和体表粘液为核心内容的仿鲨鱼减阻表面制造技术是当前研 究的热点和难点之一。以"鲨鱼皮效应"著称的鲨鱼经过不断自适应、自学习和自组织而进化成满足自 身生存需要、能对外部流体介质进行合理调控的非光滑沟槽减阻表面。它依赖微米级 的鳞片沟槽和分泌粘液实现高速巡游和快速机动。为此，人们尝试各种手段，试图模 仿或再现鲨鱼皮的减阻效果，伹其鳞片构形机制、粘液分泌机制都是人类现有手段所难实现的。鲨鱼有可以分泌粘液的粘液腺，其分泌的粘液除可作为一种渗透性的屏障来保护 它们防御菌类外，还可以减小边界层摩擦，起着重要的减阻作用。当鲨鱼追捕猎食时， 该粘液可快速溶于水，鲨鱼借此可有效提高其瞬时加速度。鲨鱼表皮沟槽微形貌与粘 液微缓释共同决定了 "鲨鱼皮减阻效应"。传统的仿鲨鱼沟槽减阻表面制造过程存在的成型质量差、成形效率低、制造成本髙以及功能效果差等问题，此外沟槽减阻表面的减阻率目前仅能达到8%左右，单纯 依靠沟槽减阻很难得到减阻率的进一步大幅度提高;现有的减阻剂减阻方法存在着减 阻剂浪费大、利用率低、需要持续添加等问题；此外，现有减阻涂层很难与减阻沟槽 相结合， 一般常采用简单的机械叠加方法，很难实现减阻率的显著增加。为此，本发 明将沟槽减阻功能与自润滑减阻涂层的减阻功能进行了复合，制备了具有自润滑减阻 功能的仿鲨鱼沟槽减阻蒙皮。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种具有自润滑沟槽复合减阻功能的仿鲨鱼蒙皮，该 仿鲨鱼蒙皮上复制有微米级沟槽，且沟槽具有自润滑性能。阴模采用硅橡胶， 一方面 有利于鲨鱼表皮形貌被完整地复制，另一方面在制作仿鲨鱼蒙皮过程中易于脱模。本专利技术的目的之二是提出一种釆用低温抽气制作具有自润滑沟槽复合减阻功 能的仿鲨鱼蒙皮的方法。本专利技术是一种制备具有自润滑沟槽复合减阻功能的仿鲨鱼蒙皮的方法，该制作方 法有如下步骤第一步制阴模(A) 将硅橡胶均匀涂覆在鲨鱼表皮上形成阴模预成型体，涂覆硅橡胶的厚度为 1.5~3 mm^(B) 将阴模预成型体放入真空室中，抽真空度至1X10-4 2X10—4MPa,保 持10~30 min后取出；在压力3000~5000Pa、固化温度22 35。C条件下加压 固化120~240 min后，脱模得到带有鲨鱼皮形貌的阴模；第二步制仿鲨鱼蒙皮(A) 将仿鲨鱼蒙皮材料均匀涂覆在第一步制得的阴模的正面上形成预成型体， 涂覆仿鲨鱼蒙皮材料的厚度为0.5~2 mm;所述仿鲨鱼蒙皮材料的配制包括有下列步骤步骤A—1:将聚丙烯酰胺加入去离子水中，配制成浓度为1% 2.5% (质量百分比浓度)的聚丙烯酰胺水溶液；步骤A—2:在50 70g的聚丙烯酰胺水溶液中加入10g的水性环氧树脂乳液混合均匀得到备用溶液；步骤A—3:向备用溶液中加入1.8 2.2g的水性环氧树脂固化剂、0.7~0.9g 的邻苯二甲酸二丁酯，在转速60 120r/min,搅拌20~30min后得到呈液态的仿 鲨鱼蒙皮材料；(B) 将预成型体放入真空室中，抽真空度至1X10-4 2X10—4MPa，保持 10~30 min后取出；在固化温度60~ 100。C条件下固化10 15 h后，脱模得到 具有复合减阻自润滑沟槽的仿鲨鱼蒙皮。本专利技术仿鲨鱼蒙皮的优点1、 单纯采用沟槽减阻目前可以达到的平均减阻率为8%;单纯釆用自润滑减阻 涂层可以达到的平均减阻率约为12%。而本专利技术中的仿鲨鱼蒙皮的平均减阻率则可 以达到29%，使减阻率得到显著提高。2、 本专利技术中仿鲨鱼蒙皮的沟槽减阻功能与自润滑减阻功能的复合不是简单的机 械叠加，而是使两种功能融为一体，使微米级鳞片沟槽同时具有自润滑功能。3、 本专利技术中的仿鲨鱼蒙皮制作方法可以直接将鲨鱼皮表面的微米级鳞片沟槽结 构与自润滑性能进行结合，实现沟槽减阻与自润滑减阻的复合。附图说明图1是鲨鱼表皮形貌的电镜扫描照片。图2是本专利技术制得阴模正面形貌的电镜扫描照片。图3是本专利技术制得仿鲨鱼蒙皮正面形貌的电镜扫描照片。图4是本专利技术制得的具有自润滑沟槽的仿鲨鱼蒙皮与无沟槽仿鲨鱼蒙皮的压差 变化曲线。图5是本专利技术制得的具有自润滑沟槽的仿鲨鱼蒙皮在空泡水筒实验室条件下的 减阻率曲线。 具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术是一种制备具有自润滑沟槽复合减阻功能的仿鲨鱼蒙皮的方法,该制作方 法有如下步骤第一步制阴禾莫(A) 将硅橡胶均匀涂覆在鲨鱼表皮上形成阴模预成型体，涂覆硅橡胶的厚度为 1.5 3 mmj(B) 将阴模预成型体放入真空室中，抽真空度至1X10_4~2X10—4MPa，保 持10~30 min后取出；在压力3000 5000Pa 、固化温度22 35。C条件下加压 固化120 240min后，脱模得到带有鲨鱼皮形貌的阴模；在本专利技术中，为了获得表面形貌更为逼真的阴模，用电镜扫描鲨鱼表皮，其鲨鱼 表皮表面形貌如图1所示。用电镜扫描具有鲨鱼皮形貌的阴禾莫，其阴+莫表面形貌如 图2所示。通过对图l、图2的比对，其相似度为93%以上，且图2中有明显的沟槽结构。第二步制仿鲨鱼蒙皮(A) 将仿鲨鱼蒙皮材料均匀涂覆在第一步制得的阴，莫的正面上形成预成型体， 涂覆仿鲨鱼蒙皮材料的厚度为0.5 2 mm;所述仿鲨鱼蒙皮材料的配制包括有下列步骤步骤A—1:将聚丙烯酰胺加入去离子水中，配制成浓度为1%~2.5% (质量百分比浓度)的聚丙烯酰胺水溶液；步骤A—2:在50 70g的聚丙烯酰胺水溶液中加入10g的水性环氧树脂乳液混合均匀得到备用溶液；步骤A—3:向备用溶液中加入1.8 2.2g的水性环氧树脂固化剂、0.7 0.9g 的邻苯二甲酸二丁酯，在转速60 120Wmin,搅拌20 30min后得到呈液态的仿 鲨鱼蒙皮材料；(B) 将预成型体放入真空室中，抽真空度至1X10—4~2XlO_4MPa,保持 10 30 min后取出；在固化温度60~ 100。C条件下固化10~15 h后，脱模得到 具有复合减阻自润滑沟槽的仿鲨鱼蒙皮。在本专利技术中，步骤A—1在配制过程中，注意边加入聚丙烯酰胺边进行搅拌，开 始时可以以80 100r/min的搅拌速度进行混合；随着聚丙烯酰胺的加入，降低搅 拌速度(40 60Wmin)以免将聚丙烯酰胺高分子长链结构搅断，搅拌20 30min 左右得到质量百分比浓度为1% 2.5%的聚丙烯酰胺水溶液。在本专利技术中，用电镜扫描仿鲨鱼蒙皮表面形貌，如图3所示。通过对图1、图3 的比对，其相似度为90%以上。图3中，采用本专利技术方法制得的仿鲨鱼蒙皮的表面 保持了结构的完整性，基本实现了在自润滑涂层表面上对鳖鱼鳞片结构的高保真复 制；且仿鲨鱼蒙皮表面的沟槽为微米级沟槽，并具有自润滑性能，仿鲨鱼蒙皮的平均 减阻率达到29%。本专利技术制造仿鲨鱼蒙皮的工艺充分说明了采用生物复制成形技术可以从高逼真 沟槽形貌与自润滑粘液两个角度模仿鲨鱼皮的减阻机制，从而实现低阻生物表面几何 属性和界面属性的双重仿生，这应该成为仿生减阻表面制造技术未来的发展方向，无 疑具有广阔的应用前景。实施例 1 :原材料的选取硅橡胶选取深圳市威加有机硅有限公司生产的RTV—2 — 7055 硅橡胶预聚体和2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有自润滑沟槽复合减阻功能的仿鲨鱼蒙皮，其特征在于：该仿鲨鱼蒙皮上复制有微米级沟槽，且沟槽具有自润滑性能，且该仿鲨鱼蒙皮的平均减阻率达到２９％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张德远，韩鑫，李元月，李翔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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