基于鲨鱼皮表面和基体结构的仿生减阻膜材及其制备方法

摘要

本发明公开了基于鲨鱼皮表面和基体结构的仿生减阻膜材及其制备方法，该方法包括弹性表层的制备、粘弹柔性底层的制备、具有盾甲鳞沟槽结构的模具制备，然后将所制备的弹性表层和粘弹柔性底层叠加放入具有盾甲鳞沟槽结构的模具中，并使弹性表层贴近复制有鲨鱼皮盾甲鳞沟槽结构的一面；将模具置于平板硫化机中，于140～180℃，10～15MPa的压力下硫化6～12min，脱模从电铸模具上撕下即得具备双重减阻功能的仿鲨鱼皮。该方法将表面微结构与材料基体的仿生相结合，使所制备的仿生减阻膜材的基体和表面分别体现了鲨鱼皮基体的力学特性和表面的盾甲鳞沟槽结构，实现了鲨鱼皮的双重减阻效应。

主权项

一种基于鲨鱼皮表面和基体结构的仿生减阻膜材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）弹性表层的制备：以天然橡胶和三元乙丙橡胶作为高分子材料基体，分别加入橡胶助剂制备天然橡胶母炼胶和三元乙丙橡胶母炼胶，将两种母炼胶中的任一种或两者共混，作为弹性表层基材；以质量份数计，天然橡胶母炼胶的配方组成为：天然橡胶100份、轻质碳酸钙20～40份、硫磺1～2份、促进剂N‑环已基‑2‑苯骈噻唑次磺酰胺0.5～1份、促进剂二甲胺磺酰吩噻嗪DM0.8～1份、ZnO5份、硬酯酸1～2份和硅烷偶联剂1～3份；三元乙丙橡胶母炼胶的配方组成为：100份三元乙丙橡胶、20～40份SiO2、5份ZnO、1～2份硬酯酸、1.5份防老剂911、1～1.5份促进剂N‑环已基‑2‑苯骈噻唑次磺酰胺、1～1.5份过氧化二异丙苯和1～2份促进剂DM；（2）粘弹柔性底层的制备：以质量份数计，将100份橡胶、5～10份苯乙烯单体和10～30份丙烯酸酯类单体混合，以甲苯作溶剂，常温搅拌，至橡胶溶解，加入引发剂过氧化二苯甲酰和二乙烯基苯，过氧化二苯甲酰用量为1～2份，二乙烯基苯用量为苯乙烯及丙烯酸酯类单体总质量的0～2%，在油浴中升温到80℃～90℃，反应4～8h；反应结束后，倒入乙醇中沉析，取出产物，真空干燥10～18h；在双辊开炼机上，将干燥后的产物，以100份橡胶质量份数计，依次加入5份ZnO、1～2份硬脂酸、10～30份白炭黑、1～1.5份促进剂二硫化四甲基秋兰姆TMTD、0.5～2份促进剂DM、1～2份硫磺进行混炼，出片存放待用；所述橡胶为丁基橡胶或氯化丁基橡胶；所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯和/或丙烯酸异辛酯；（3）具有盾甲鳞沟槽结构的模具制备：通过弹性印章法或电铸法制备；所述弹性印章法是将100份液态硅橡胶和1～2份氨类硅烷固化剂混合均匀，抽真空2～10min，倒入模具中，涂覆厚度为2～5mm，得硅橡胶；施加1～4kg的压力将平整鲨鱼皮样本平铺在硅橡胶表面，室温固化120～180min后，脱模制得带有鲨鱼皮表面形貌的模具；所述电铸法是以鲨鱼皮或液态硅橡胶通过弹性印章法得到的聚氨酯仿鲨皮作为电铸原型，经过化学镀银或镀铜处理后进行电铸，使在原型表面逐渐沉积出金属层，24～48小时后将原型从电铸溶液中取出；分离电铸层与原型，便获得与原型形状相对应的金属复制件，即得带有鲨鱼皮表面形貌的模具；（4）减阻膜材的制备：将步骤（1）所制备的弹性表层和步骤（2）粘弹柔性底层叠加 放入在步骤（3）所制备得模具中，并使弹性表层贴近复制有鲨鱼皮盾甲鳞沟槽结构的一面；将模具置于平板硫化机中，于140～180℃，10～15MPa的压力下硫化6～12min，脱模从电铸模具上撕下即得具备双重减阻功能的仿鲨鱼皮。