納米SiO2-聚氨酯低表面能涂層減阻性能研究1.pdf

1、摩擦阻力是現(xiàn)代高超聲速飛機氣動力的重要組成部分，摩擦阻力最大時可占飛機總阻力的50%，嚴重制約飛機的性能，因此減小飛機表面摩擦阻力，降低飛機能耗，具有重要意義。目前常見的減少摩擦阻力的方法主要有三類：低表面能涂層減阻技術、微吹/吸氣技術、肋條/溝槽減阻。其中低表面能涂層減阻技術應用較為廣泛，且隨著納米技術的迅速發(fā)展，常通過將納米技術與低表面能涂層相結合的方法，制備具有低表面能的高性能材料?；诖耍疚闹荚陂_發(fā)一種納米改性低表面能涂層材料

2、實現(xiàn)減阻性能，降低表面摩擦阻力。
　　本文研究主要包括三部分：低表面能涂層的制備，低表面能涂層基本性能測試，低表面能涂層減阻性能測試。低表面能涂層的制備包括基板制備、納米 SiO2/聚氨酯混合分散液的制備、納米 SiO2/聚氨酯低表面能涂層的制備等步驟。基板制備采用模壓成型工藝制備復合材料層合板；納米 SiO2/聚氨酯混合分散液的制備過程：稱取納米粒徑為15 nm、30nm、50nm、80nm、100nm的SiO20.5g（質量分

3、數(shù)1%）、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g、3.0 g、3.5 g、4.0 g、4.5 g、5.0 g分散到50 g聚氨酯涂料固化劑中，通過磁力攪拌器、超聲處理、高剪切乳化均質機分散，然后再與100 g聚氨酯涂料主劑混合，攪拌均勻；納米 SiO2/聚氨酯低表面能涂層的制備過程：將10 ml納米SiO2/聚氨酯混合分散液涂在基板表面，勻膠機轉速為2000轉/分鐘，旋涂30秒。低表面能涂層基本性能測試主要包括：厚度、硬度、耐磨

4、性、表面形貌、接觸角及表面能。結果表明：當轉速2000轉/分鐘，勻膠時間30秒時，所制備涂層厚度均勻且差異很小；納米SiO2加入聚氨酯使得涂層硬度提高，最高硬度可達4 H，遠高于美國麥道公司對飛機表面聚氨酯涂料制定的規(guī)范“DMS2112A”硬度要求（HB）；納米SiO2的加入提高了涂層耐磨性，當粒徑100 nm，質量分數(shù)為5%納米SiO2/聚氨酯涂層經耐磨測試后其質量減少率為7.5%，較純聚氨酯涂層質量減少率降低了13.2%，高于空客在

5、專利中提到的改性聚氨酯涂層質量減少率為14.3%；通過對涂層表面微觀形貌進行觀察，聚氨酯低表面能涂層表面存在微-納米二級結構，該結構類似“荷葉”效應表面結構，具備了超疏水條件；接觸角及表面能的測試結果表明：質量分數(shù)為5%，粒徑100 nmSiO2/聚氨酯涂層其表面能只有23.1mJ/m2。低表面能涂層減阻性能測試部分主要研究了風速為3m/s、5m/s、7 m/s時，不同質量分數(shù)、不同粒徑納米SiO2/聚氨酯低表面能涂層減阻效果。結果表明