[发明专利]一种基于仿生织构的耐冲蚀环氧树脂复合材料结构及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于仿生织构的耐冲蚀环氧树脂复合材料结构及其制备方法。制备方法包括如下步骤：S1.按照如下方法制备硅胶模具：S2.利用激光在基材本体的上表面进行加工，在基材本体的上表面形成多个呈周期性间隔分布的沟槽形织构；沟槽形织构的沟槽尺寸为宽100～500μm，间隔宽100～500μm的沟槽尺寸，深度为100μm；S3.将配置好的改性环氧树脂涂料涂附于步骤S1中硅胶模具中，利用步骤S2加工得到的基材本体进行翻模，在一定条件下固化后，得到耐冲蚀仿生织构化环氧树脂复合材料结构。本发明结合了贝壳耐泥沙冲蚀磨损特性以及鲨鱼表皮减阻特征，从仿生学的角度进一步提高耐冲蚀磨损基材的使用寿命。

技术领域

本发明涉及涂层复合材料技术领域，尤其涉及一种基于仿生织构的耐冲蚀环氧树脂复合材料结构及其制备方法。

背景技术

现有技术中，解决流体输送设备冲蚀磨损的问题，一是采用在流体输送设备中多安装耐磨陶瓷片，陶瓷片由于粘贴工艺的缺陷，导致其容易从流体输送设备上脱落，从而导致其使用寿命不足，二是在流体输送设备中涂附涂料形成保护涂层，但是存在涂层与流体输送设备的基体结合力不够、涂层耐磨蚀和冲蚀性能不好等问题，从而导致其使用寿命不足。为解决以上问题，需要对基材构造、复合材料结构等方面改进，以提高涂层与基材的结合力、提高涂层的耐冲蚀性能，从而提高涂层的使用寿命，保证流体输送设备的使用安全。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种基于仿生织构的耐冲蚀环氧树脂复合材料结构及其制备方法。

本发明的一种基于仿生织构的耐冲蚀环氧树脂复合材料结构的制备方法，包括如下步骤：

S1.按照如下方法制备硅胶模具：

S11.利用MATLAB对鲨鱼表皮曲线进行拟合，并进行优化得到仿生曲线公式：y＝8/7sin(x/4+3π/5)；

S12.确定的贝壳织构截面参数，利用solidworks根据贝壳织构截面参数和步骤S11确定的仿生曲线公式建立仿生模型；其中，贝壳织构截面为等腰梯形，尺寸为：上底宽0.5～2mm，下底宽1～4mm，高度1～3mm；

S13.根据步骤S12建立的仿生模型，3D打印加工出织构化模具；

S14.根据步骤S13加工的仿生模具浇筑得到硅胶模具；

S2.利用激光在基材本体的上表面进行加工，在基材本体的上表面形成多个呈周期性间隔分布的沟槽形织构；沟槽形织构的沟槽尺寸为宽100～500μm，间隔宽100～500μm的沟槽尺寸，深度为100μm。

S3.将配置好的改性环氧树脂涂料涂附于步骤S1中硅胶模具中，利用步骤S2加工得到的基材本体进行翻模，在一定条件下固化后，得到耐冲蚀仿生织构化环氧树脂复合材料结构。

进一步的，沟槽形织构的沟槽尺寸为宽200μm，间隔宽200μm的沟槽尺寸，深度为100μm。

进一步的，步骤S2中，所述激光的工艺参数如下：激光平均功率为10～20W，脉冲频率为20kHz，扫描速度为100～300mm/s，扫描次数为5～10次。

进一步的，改性环氧树脂涂料包括如下重量份原料：1～1.2份环氧树脂E51，0.25～0.3份固化剂，0.0001～0.0004份消泡剂，疏水二氧化硅纳米粒子的质量为环氧树脂E51、T31固化剂和消泡剂质量之和的4％。

进一步的，所述疏水二氧化硅纳米粒子是以氨水为催化剂，通过正硅酸乙酯与甲基三乙氧基硅烷的共水解缩聚反应制备得到，所述正硅酸乙酯与所述甲基三乙氧基硅烷的质量摩尔比为1～1.5：0.5～1。

进一步的，所述疏水二氧化硅纳米粒子的具体的制备过程如下：