船舶防污涂料及其减阻效应评价研究

摘要

海生物的附着不但会加速船舶的腐蚀，更会增加航行阻力和燃料的消耗。传统的释放型涂料毒性高，对环境的影响大;低表面能防污涂料由于其表面能低、环境友好、表面光滑和减阻性能好等特点，受到关注。
　　 为了研制具有优良减阻性能的有机硅防污涂料，课题组设计的扭矩测试装置来研究涂层减阻性能与自身结构和性能的关系。选择典型的溶解型、自抛光型以及有机硅低表面能型防污涂层的进行评价研究。并制备了以粉体为变量，其它成膜物组分不变的11种有机硅涂料，进行评价研究。
　　 研究表明，与其他两类涂层相比，有机硅低表面能涂层有较强的疏水性和较低的表面能;并且表面光滑，平整，粗糙度远小于其他两类涂层。单转盘系统测试其对于自抛光型涂层S-7的平均减阻率为13.50％。双圆柱系统测试其对S-7的平均减阻率为22.07％，这与其疏水性强和粗糙度小有关。实海挂板实验表明，有机硅涂层的防污性能较其他两类涂层差，但其脱污性能较好。
　　 11种改性有机硅涂料的测试结果表明，玻璃鳞片、纳米二氧化钛、电气石和较小粒径的氧化铝粉体(A4)能够提高涂层硬度。碳纳米管和A4粉体的添加都会使涂层的水接触角增大，疏水性增强;同时会降低涂层的表面能。铁红、玻璃鳞片、钛白与碳纳米管的加入会降低涂层的生物附着力因子(Fi)即弹性模量E与表面能γ乘积的1/2次方，并且经实海挂板实验得到验证。碳纳米管和A4粉体的添加会增强涂层的减阻性能，主要由于其强疏水性，明显地改善了涂层的减阻性能。1-A9、2-A4涂层的摩擦转矩系数随着涂层厚度的增加而降低，可知有机硅低表面能涂层由于成膜物中弹性体厚度增加，涂层硬度的降低，也就是柔性的增强，减少了摩擦阻力从而增强涂层的减阻性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 船舶的航行阻力及其控制

1．1．1 影响船舶航行阻力的因素

1．1．2 船舶航行阻力的控制

1．2 船舶运营能耗与海生物污损的关系

1．3 船舶防污减阻材料与海水阻力

1．3．1 仿生防污减阻材料

1．3．2 减阻剂

1．3．3 防污减阻涂料

1．4 减阻评价方法概述

1．4．1 应变式天平测试法

1．4．2 悬挂位移式阻力测试法

1．4．3 旋转粘度计测切变应力法

1．5 本文研究目的与研究内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

第2章 实验研究方法

2．1 实验仪器与材料

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验材料

2．2 船舶防污涂料的选择与制备

2．2．1 低表面能中间漆的制备

2．2．2 低表面能涂料的制备

2．2．3 涂层的制备

2．3 涂层性能的测试方法

2．3．1 涂层的力学性能

2．3．2 涂层的表面特性

2．4 海水动态模拟试验装置

2．4．1 动态模拟试验装置的结构与原理

2．4．2 动态试验方法

第3章 几种典型防污涂料及其减阻效应

3．1 力学性能

3．2 接触角与表面能

3．2．1．水接触角

3．2．2 表面能

3．3 表面形貌

3．4 粗糙度

3．5 摩擦系数

3．6 减阻效应评价

3．6．1 单转盘扭矩测试涂层减阻效应

3．6．2 双圆柱扭矩测试涂层的减阻效应

3．7 涂层的防污性与阻力效应

3．7．1 涂层的防污性

3．7．2 涂层的防污与阻力效应

3．8 涂层的脱污性

3．9 本章小结

第4章 有机硅低表面能防污涂料的性能及其减阻效应

4．1 基本力学性能

4．2 拉伸性能

4．3 接触角与表面能

4．3．1 水接触角

4．3．2 表面能

4．4 表面形貌

4．5 涂层表面粗糙度

4．6 涂层减阻效应评价

4．6．1 涂层减阻性能评价

4．6．2 涂层厚度与减阻性能关系

4．7 涂层的防污性

4．7．1 海生物附着力因子

4．7．2 涂层的防污性能

4．8 本章小结

结论

参考文献

致谢