一种基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤装置。该装置包括水下柔性防污皮肤和连接卡扣，所述水下柔性防污皮肤包括柔性防污材料和微凸起织构，所述微凸起织构形成于所述柔性防污材料表面，所述连接卡扣用于固定所述水下柔性防污皮肤，所述柔性防污材料是以硅橡胶弹性体为基体材料、石墨烯为填料制备而成，所述微凸起形织构在丙酮溶液中由激光诱导产生，所述微凸起形织构的沟槽深900

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤装置
[0001]
：本专利技术涉及海洋仿生防污
，尤其涉及一种基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤装置。
[0002]
技术介绍
：长期生活在海洋中的植物、动物以及微生物附着在海洋运输类船舶、海洋军舰、海上石油钻井平台以及其它海洋人工设施、设备表面，构成海洋生物污损，给设备的正常运行造成危害。如藤壶、牡蛎、贻贝等在船舶外壳、海洋建筑物、养殖网箱等表面上无选择性地大面积粘附和沉积，导致了严重的经济损失和安全隐患。海洋防污有着悠久的发展历史，2000 多年来，人类一直在与海洋生物污损进行着抗争。早期的古希腊人便已使用沥青、蜡、焦油等材料包裹船体进行防污处理。随后，铅、铜、锌和其他等金属材料也被引入用作船体的防污。上世纪传统的防止海洋生物污染的方法主要依赖于含生物杀菌剂的涂料的应用。基于保护环境的原则，近年来，全球的法律法规针对防污试剂的选择也越发严格。随着人们对环境保护认识的提高，有毒的防污涂料逐渐被淘汰，一些无毒的防污涂料逐渐被开发和应用。例如一些低表面能材料和高亲水聚合物复合涂层，逐渐被应用到海工结构物的防护。
[0003]海洋生物体表优异的减阻和自清洁性能给了我们无穷的设计灵感，近年来，仿生技术为开发海工结构钢环保防污技术提供了一条有效的捷径，并取得了一系列优异的成果。仿生微观表面通常具有低表面自由能，而这一特性可使微生物分泌的体外生物粘液难以在涂层表面润湿，使海洋污损生物难以附着或附着不牢，从而实现海洋装备表面清洁的效果。
[0004]但现有的海工结构钢环保防污技术存在防污性能不佳，作用年限较短且维护成本大的缺点，为此，本专利技术旨在提出一种防污性能优良、能实现水下快速装卸的水下柔性防污皮肤及皮肤装置。
[0005]
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种应用于水下钢结构的抗藻类及微生物等附着的基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤装置，该水下柔性防污皮肤能较好地抑制硅藻等海洋生物在长期处于海洋环境中的设施表面附着形成的生物污损，且易于装配和更换。
[0006]存在的末端工具拆装不便且容易承受较大的径向力的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤装置，所述防污皮肤装置包括水下柔性防污皮肤和连接卡扣，所述水下柔性防污皮肤包括柔性防污材料和微凸起织构，所述微凸起织构形成于所述柔性防污材料表面，所述连接卡扣用于固定所述水下柔性防污皮肤，所述柔性防污材料是以硅橡胶弹性体为基体材料、石墨烯为填料制备而成，所述微凸起形织构在丙酮溶液中由激光诱导产生，所述微凸起形织构的沟槽深900
‑
1200μm、宽180
‑
220μm。
[0008]进一步地，所述柔性防污材料由以下步骤制备而成：步骤（1）：制备石墨烯分散液将单层石墨烯与无水乙醇均匀混合，再滴入硅烷偶联剂KH
‑
550，使用磁力搅拌器
将混合液在超声下振荡1h，使无水乙醇蒸发，然后放置在干燥箱中65℃
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75℃恒温干燥11
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13h，后置于丙酮中超声分散85
‑
95min，得到石墨烯分散液；所述无水乙醇的体积为100ml，单层石墨烯的添加量为0.36wt%，所述无水乙醇、硅烷偶联剂KH
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550与丙酮的体积比为10：1：10；步骤（2）：制备硅橡胶分散液在室温硫化硅橡胶中滴入四氢呋喃，用高速搅拌器对其混合液进行搅拌，搅拌速度为500
‑
600r/min，搅拌时间为4
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6min，得到硅橡胶分散液；所述硫化硅橡胶的质量为120g，四氢呋喃的体积为20ml；步骤（3）：制备柔性防污材料以60℃水浴温度按体积比1：1混合所述的石墨烯分散液和所述的硅橡胶分散液，并以180
‑
220r/min的速度搅拌，直至充分混合，然后对混合液进行减压抽真空，在真空处理后的液体混合物滴入固化剂，再次搅拌均匀抽真空，至混合物表面再无气泡溢出时，即可停止抽真空，取出混合物置于模具中，室温固化12h后脱模即得所述柔性防污材料；所述固化剂与硅橡胶的质量比为1%，所述减压抽真空气压为负压2.8
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3.2MPa。
[0009]进一步地，所述微凸起织构的形成方法为：将所述柔性防污材料置于没过于材料表面2
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4mm的丙酮液体中进行激光织构化处理，形成微凸起结构，所用激光参数为功率14
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16W，脉冲宽度为100
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200ns，脉冲频率为20
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25kHz；先以400mm/s的速度扫描5次，重复15
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20遍，然后换用200mm/s的速度扫描5次，重复15
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20遍。
[0010]在一个实施例中，所述连接卡扣为滑轨式卡扣，包括滑扣底座、滑扣顶盖和锁扣，所述滑轨底座两侧设置有滑槽，所述滑扣顶盖滑动安装于所述滑槽中；所述滑扣底座和所述锁扣上均设有定位孔。
[0011]在一个实施例中，所述连接卡扣为迁入式卡扣，包括拴片底座、栓片和锁扣，所述栓片两侧均设置有导向槽和滑轨，锁扣滑动设于所述导向槽中，所述栓片底座上设有与所述滑轨配合的滑槽，所述拴片底座和栓片上均设置有定位孔。
[0012]在一个实施例中，所述微凸起织构的形状为仿生多边形。
[0013]本专利技术的有益效果：1.本专利技术所制备的石墨烯
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硅橡胶复合的柔性防污材料的柔性极佳，使得本专利技术所制备的水下防污皮肤具有更佳的水下防微生物附着性能。
[0014]2.本专利技术通过在柔性防污材料上通过激光诱导产生微凸起织构形成水下柔性防污皮肤，此种方式加工更方便，成本更低廉，并且，当水下柔性防污皮肤损坏时，只需要更换水下柔性防污皮肤即可，而无需更换水下钢结构，这大大提高了水下钢结构的使用年限，大大降低了水下钢结构的维修成本。
[0015]3.连接卡扣的设计，则能将水下柔性防污皮肤快捷地装配于水下钢结构表面或快捷地从水下钢结构上卸下，实现水下的快速装卸作业，且不损伤水下柔性防污皮肤。
[0016]4. 本专利技术通过激光诱导石墨烯
‑
硅橡胶复合的柔性防污材料表面织构化，形成高弹性、低表面能、微形貌、易形变的表面，提升了皮肤基体表面的疏水性能，减少了污损生物在表面的附着点，且微米级织构在水流作用下具有一定的位错效果，高弹性、低表面能、微形貌、易形变的表面使得污损物很容易在水流的作用下脱附；且本专利技术采用无毒材料制成，
不会对环境造成污染。
[0017]附图说明：图1为基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤装置示意图；图2为基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤截面示意图；图3为本专利技术水下柔性防污皮肤基体材料的制备过程示意图；图4为本专利技术基于激光诱导仿生微凸起形织构的制备过程示意图；图5为本专利技术仿生对象鲨鱼表皮SEM图；图6
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图11为本专利技术滑轨式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光诱导仿生织构化的水下柔性防污皮肤装置，其特征在于：所述防污皮肤装置包括水下柔性防污皮肤和连接卡扣，所述水下柔性防污皮肤包括柔性防污材料和微凸起织构，所述微凸起织构形成于所述柔性防污材料表面，所述连接卡扣用于固定所述水下柔性防污皮肤，所述柔性防污材料是以硅橡胶弹性体为基体材料、石墨烯为填料制备而成，所述微凸起形织构在丙酮溶液中由激光诱导产生，所述微凸起形织构的沟槽深900
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1200μm、宽180
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220μm。2.根据权利要求1所述的水下柔性防污皮肤装置，其特征在于：所述柔性防污材料由以下步骤制备而成：步骤（1）：制备石墨烯分散液将单层石墨烯与无水乙醇均匀混合，再滴入硅烷偶联剂KH
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550，使用磁力搅拌器将混合液在超声下振荡1h，使无水乙醇蒸发，然后放置在干燥箱中65℃
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75℃恒温干燥11
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13h，后置于丙酮中超声分散85
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95min，得到石墨烯分散液；所述无水乙醇的体积为100ml，单层石墨烯的添加量为0.36wt%，所述无水乙醇、硅烷偶联剂KH
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550与丙酮的体积比为10：1：10；步骤（2）：制备硅橡胶分散液在室温硫化硅橡胶中滴入四氢呋喃，用高速搅拌器对其混合液进行搅拌，搅拌速度为500
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600r/min，搅拌时间为4
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6min，得到硅橡胶分散液；所述硫化硅橡胶的质量为120g，四氢呋喃的体积为20ml；步骤（3）：制备柔性防污材料以60℃水浴温度按体积比1：1混合所述的石墨烯分散液和所述的硅橡胶分散液，并以180
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220r/mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊鹏，杨晓双，贾鸿宇，邱宏远，孙嘉伟，岳圣博，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：