低表面能涂料简介.
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低表面能涂料简介
主要内容
一、低表面能涂料分类
二、低表面能涂料的应用
三、CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
低表面能涂料分类
低表面能涂料也称不粘涂料，是近年来快速发展的 一类涂料体系，是采用低表面能涂料制备的涂层，与底材
的结合力良好，与纯水的接触角＞120℃。
低表面能涂料分类
θ：水和固体表面之间的接触角 当θ＜90℃时，水可以在固体表面铺展， 此固体表面称为亲水表面； 当θ＞90℃时，水在固体表面收缩，此 固体表面称为疏水表面；特别地，当θ=0℃ 时为完全润湿表面， θ=180℃时为完全疏水 表面。 θ＞150℃时，固体表面称为超疏水表面。
CSS-Fe超疏水铁基涂料是船底防污的自洁净涂料。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
此外，CSS-Fe涂层由于超疏水层在微观上具有较低的
表面能，与水的相互作用力弱，涂层表面的水介质与涂层
的相互结合不紧密，表面的水介质有从涂层壁面剥离的趋 势，使水体流经超疏水表面时产生壁面滑移，使得边界上 的速度梯度减小，从而减小边界上的剪切力，由于边界面 上的速度梯度减小，故摩擦阻力系数减小，推迟了层流附
低表面能涂料分类
低表面能涂料分类
含氟类低表面能涂料
不粘性能， 容易清洗； 表面张力小， 具有优异的 自润滑性能 和低摩擦性 能 憎水憎油性 能，不污染 设备内物料 等； 具有突出的 耐热性、耐 候性、介电 性、耐化学 品性等
防污涂料
低表面能减阻涂料
低表面能涂料分类
含氟类低表面能涂料
此类涂料主要是利用聚合物的高分子改性，将F原子
引入到聚合物链中，使其具有较低的表面能。主要原因有
： C:F 键键能比 C:H 键键能大，且 F 原子电子云对 C:C 键的
屏蔽比H原子强，此外，C:H键的电子云分布使得含C:H键 的物质能与油污发生作用，而 C:F 键中电子被紧紧束缚在 原子核周围，综合作用使得含氟化合物具低表面能。如氟 含量很高的聚四氟乙烯表面能约为20mN/m。
特点：不是不附 着，而是附着不牢固， 一旦大流速可自动除 去，即可称为：自洁 净涂层
低表面能涂料分类
低表面能减阻涂料
低表面能 减阻涂料
疏水减阻
涂层减阻
低表面能涂料分类
疏水减阻
用低表面能物质来实现疏水和减阻的是由于疏水涂层推 迟了平板表面流体层流边界层向湍流边界层的捩转。或疏水 表面的减阻归结于液-固界面间产生了滑移（滑移20μm），从 而实现减阻。
低表面能涂料分类
涂层减阻
涂层依靠改变壁面的表面性能，如疏水、疏油性，使 得物体壁面与液体介质间亲和性减弱，直接地减小流体在 壁面上的切变应力，增大层流附着面的厚度，使层流向湍 流过度的转捩点后移。主要从以下两方面考虑： 1、尽量使物体表面保持光滑，降低摩擦阻力。 2 、尽量使层流压保持在较长的范围内，因为对于摩 擦阻力来说，层流阻力系数总是比湍流小得多，为了让推 迟湍流的转捩，由层流转变为湍流的转捩雷诺数可达到 3×106，大大降低摩擦阻力。
着面流态的转变，使附着面层层流状态更稳。使流态转换
的临界雷诺数相应增大，大大降低摩擦阻力。可使舰艇在 剥离附着物后减阻，提高航行速度。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
哈尔滨工程大学的专家及国外的研究学者证实，“低表 面能超疏水涂层的减阻在接触角＞ 150 ℃时，可减阻 18%30%，当接触角＞174℃，流速较大时，减阻最高可达50%， 同时可减小水下自噪声10Bb”。可见CSS-Fe超疏水铁基涂层 在舰艇上的使用对进一步提高舰艇这个海上平台的快速反应
石油抽油 管防蜡
集输油田管 道减阻、船 舶减阻、螺 旋桨降噪
降低海底 生物与船 底涂层间 的表面润 湿性
低表面能涂料的应用
集输油田管道减阻
天然气管道内表面超疏水分 子膜及其防腐性能
油田管道表面经超疏水改性前后腐蚀液滴的浸润形貌对比图
低表面能涂料的应用
船舶防污、减阻
低表面能涂料是依靠涂料表面的物理作用来达到防污 效果。海生物通过分泌黏液润湿船舶表面进行吸附，若使 用低表面能涂层，会降低污损生物与涂层之间的表面润湿 性，从而增加附着的难度。
低表面能涂料分类
涂层减阻
如法国“海鳝”鱼雷外表面涂装具有低摩擦阻力的涂 层后，明显提高了鱼雷的航速；NASA开发出的微绉褶涂层
技术，除了可应用于飞行器或船舶表面，以降低能源损耗
外，此类技术并应用于运动竞赛方面，譬如泳帆船表面， 结果显示高分子涂层可减阻60%。
低表面能涂料的应用
憎水 减阻降噪 海洋生 物防污
能力与作战能力有着非常重要的意义。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
武汉理工大学为石油抽油管防蜡而研制出了一种防 腐、耐盐、耐磨的接触角＞ 160℃的低表面能超疏水涂层 ，此涂料在大庆油田试验井中已使用三年，产品性能可靠 ，目前已进入推广阶段。 同时，武汉金船科技有限公司与武汉理工大学就 CSS
大，能确保覆盖住极性基团及偶极子。涂料交联密度高，取向
的含氟端严格固定，且表面非常光滑，既能抵抗黏附分子的渗 透，又可以抵抗黏附所诱导的分子重排。由于黏附分子渗透重 排受到限制，涂层和黏附物之间的黏附不牢，形成分明的易剥 离的界面。舰船航行速度较高，因此即使在舰船停泊时被海洋
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生物附着污染，一旦航行达到一定速度，就可剥离掉附着物。
2-9节时，船体上附着的海洋生物会使航行阻力增加 3倍。海 洋生物附着在螺旋桨上，使螺旋桨的有效输出功率减小为原 来的80%，带有导流器的螺旋桨更易受到它的影响。因此有 效防控海洋生物在船底部附着有着非常重要的现实意义。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
CSS-Fe超疏水铁基涂料是一种高含氟树脂涂料，其氟化基团
低表面能涂料分类
低表面能防污涂料
船舶在航行过程中，由于海洋生物的附着，可使船舶 航速减慢，燃油增加，海水管道及养殖网具堵塞，水下设 施破坏等。 低表面能涂料由于其独特 的表面性能，污损物在其上附 着界面非常弱，利用自重、航 行中水流的冲击或辅助设备的 清理可以轻易除去，成为海洋 防污涂料的最有吸引力的选择。
低表面能涂料防污机理
低表面能涂料的应用
船舶防污、减阻
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
我国南海地处热带，海水常年温度较高，特别适合海洋 生物的快速繁殖和生长。任何船舶只要航行到南海，船底都 会符着大量的海洋生物。海洋生物的附着增大了船体表面的
粗糙度，增加了船舶在水中航行的阻力。经测定，当航速为
主要内容
一、低表面能涂料分类
二、低表面能涂料的应用
三、CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
低表面能涂料分类
低表面能涂料也称不粘涂料，是近年来快速发展的 一类涂料体系，是采用低表面能涂料制备的涂层，与底材
的结合力良好，与纯水的接触角＞120℃。
低表面能涂料分类
θ：水和固体表面之间的接触角 当θ＜90℃时，水可以在固体表面铺展， 此固体表面称为亲水表面； 当θ＞90℃时，水在固体表面收缩，此 固体表面称为疏水表面；特别地，当θ=0℃ 时为完全润湿表面， θ=180℃时为完全疏水 表面。 θ＞150℃时，固体表面称为超疏水表面。
CSS-Fe超疏水铁基涂料是船底防污的自洁净涂料。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
此外，CSS-Fe涂层由于超疏水层在微观上具有较低的
表面能，与水的相互作用力弱，涂层表面的水介质与涂层
的相互结合不紧密，表面的水介质有从涂层壁面剥离的趋 势，使水体流经超疏水表面时产生壁面滑移，使得边界上 的速度梯度减小，从而减小边界上的剪切力，由于边界面 上的速度梯度减小，故摩擦阻力系数减小，推迟了层流附
低表面能涂料分类
低表面能涂料分类
含氟类低表面能涂料
不粘性能， 容易清洗； 表面张力小， 具有优异的 自润滑性能 和低摩擦性 能 憎水憎油性 能，不污染 设备内物料 等； 具有突出的 耐热性、耐 候性、介电 性、耐化学 品性等
防污涂料
低表面能减阻涂料
低表面能涂料分类
含氟类低表面能涂料
此类涂料主要是利用聚合物的高分子改性，将F原子
引入到聚合物链中，使其具有较低的表面能。主要原因有
： C:F 键键能比 C:H 键键能大，且 F 原子电子云对 C:C 键的
屏蔽比H原子强，此外，C:H键的电子云分布使得含C:H键 的物质能与油污发生作用，而 C:F 键中电子被紧紧束缚在 原子核周围，综合作用使得含氟化合物具低表面能。如氟 含量很高的聚四氟乙烯表面能约为20mN/m。
特点：不是不附 着，而是附着不牢固， 一旦大流速可自动除 去，即可称为：自洁 净涂层
低表面能涂料分类
低表面能减阻涂料
低表面能 减阻涂料
疏水减阻
涂层减阻
低表面能涂料分类
疏水减阻
用低表面能物质来实现疏水和减阻的是由于疏水涂层推 迟了平板表面流体层流边界层向湍流边界层的捩转。或疏水 表面的减阻归结于液-固界面间产生了滑移（滑移20μm），从 而实现减阻。
低表面能涂料分类
涂层减阻
涂层依靠改变壁面的表面性能，如疏水、疏油性，使 得物体壁面与液体介质间亲和性减弱，直接地减小流体在 壁面上的切变应力，增大层流附着面的厚度，使层流向湍 流过度的转捩点后移。主要从以下两方面考虑： 1、尽量使物体表面保持光滑，降低摩擦阻力。 2 、尽量使层流压保持在较长的范围内，因为对于摩 擦阻力来说，层流阻力系数总是比湍流小得多，为了让推 迟湍流的转捩，由层流转变为湍流的转捩雷诺数可达到 3×106，大大降低摩擦阻力。
着面流态的转变，使附着面层层流状态更稳。使流态转换
的临界雷诺数相应增大，大大降低摩擦阻力。可使舰艇在 剥离附着物后减阻，提高航行速度。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
哈尔滨工程大学的专家及国外的研究学者证实，“低表 面能超疏水涂层的减阻在接触角＞ 150 ℃时，可减阻 18%30%，当接触角＞174℃，流速较大时，减阻最高可达50%， 同时可减小水下自噪声10Bb”。可见CSS-Fe超疏水铁基涂层 在舰艇上的使用对进一步提高舰艇这个海上平台的快速反应
石油抽油 管防蜡
集输油田管 道减阻、船 舶减阻、螺 旋桨降噪
降低海底 生物与船 底涂层间 的表面润 湿性
低表面能涂料的应用
集输油田管道减阻
天然气管道内表面超疏水分 子膜及其防腐性能
油田管道表面经超疏水改性前后腐蚀液滴的浸润形貌对比图
低表面能涂料的应用
船舶防污、减阻
低表面能涂料是依靠涂料表面的物理作用来达到防污 效果。海生物通过分泌黏液润湿船舶表面进行吸附，若使 用低表面能涂层，会降低污损生物与涂层之间的表面润湿 性，从而增加附着的难度。
低表面能涂料分类
涂层减阻
如法国“海鳝”鱼雷外表面涂装具有低摩擦阻力的涂 层后，明显提高了鱼雷的航速；NASA开发出的微绉褶涂层
技术，除了可应用于飞行器或船舶表面，以降低能源损耗
外，此类技术并应用于运动竞赛方面，譬如泳帆船表面， 结果显示高分子涂层可减阻60%。
低表面能涂料的应用
憎水 减阻降噪 海洋生 物防污
能力与作战能力有着非常重要的意义。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
武汉理工大学为石油抽油管防蜡而研制出了一种防 腐、耐盐、耐磨的接触角＞ 160℃的低表面能超疏水涂层 ，此涂料在大庆油田试验井中已使用三年，产品性能可靠 ，目前已进入推广阶段。 同时，武汉金船科技有限公司与武汉理工大学就 CSS
大，能确保覆盖住极性基团及偶极子。涂料交联密度高，取向
的含氟端严格固定，且表面非常光滑，既能抵抗黏附分子的渗 透，又可以抵抗黏附所诱导的分子重排。由于黏附分子渗透重 排受到限制，涂层和黏附物之间的黏附不牢，形成分明的易剥 离的界面。舰船航行速度较高，因此即使在舰船停泊时被海洋
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生物附着污染，一旦航行达到一定速度，就可剥离掉附着物。
2-9节时，船体上附着的海洋生物会使航行阻力增加 3倍。海 洋生物附着在螺旋桨上，使螺旋桨的有效输出功率减小为原 来的80%，带有导流器的螺旋桨更易受到它的影响。因此有 效防控海洋生物在船底部附着有着非常重要的现实意义。
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
CSS-Fe超疏水铁基涂料是一种高含氟树脂涂料，其氟化基团
低表面能涂料分类
低表面能防污涂料
船舶在航行过程中，由于海洋生物的附着，可使船舶 航速减慢，燃油增加，海水管道及养殖网具堵塞，水下设 施破坏等。 低表面能涂料由于其独特 的表面性能，污损物在其上附 着界面非常弱，利用自重、航 行中水流的冲击或辅助设备的 清理可以轻易除去，成为海洋 防污涂料的最有吸引力的选择。
低表面能涂料防污机理
低表面能涂料的应用
船舶防污、减阻
CSS-Fe超疏水涂层在船舶上的应用
我国南海地处热带，海水常年温度较高，特别适合海洋 生物的快速繁殖和生长。任何船舶只要航行到南海，船底都 会符着大量的海洋生物。海洋生物的附着增大了船体表面的
粗糙度，增加了船舶在水中航行的阻力。经测定，当航速为