面接觸下聚合物刷潤滑性能的研究.pdf

1、關節(jié)滑液為關節(jié)接觸區(qū)域提供了極好的水潤滑性能，這一神奇的生物潤滑特性吸引了許多學者進行探究，基于天然滑液關節(jié)微觀結構和潤滑機制的啟發(fā)，科學家發(fā)現表面接枝聚合物刷在水環(huán)境中的超低摩擦性能和良好的生物相容性，越來越多的國內外學者開始表面接枝聚合物刷這一先進的仿生潤滑技術進行研究。近年來，關于聚合物刷的研究基本都是圍繞聚合物刷在微觀下的探究，即對不同環(huán)境狀態(tài)下的摩擦力以及摩擦系數進行表征，而在聚電解質刷宏觀方面特性的探究相對較少。
　　

2、本文在中科院蘭州化學物理研究所國家重點固體潤滑實驗室的支持下，利用本研究所自制的面接觸膜厚測量實驗裝置，以光滑微型滑塊和表面接枝聚合物刷的玻璃塊/鋼塊與透明的玻璃盤作為接觸副，探究了低副下聚合物刷界面在三種潤滑液中對其潤滑性能的影響，其主要包括:
　　1)去離子水中聚電解質刷的實驗研究:分析試驗結果表明，去離子水在接枝PSPMA刷試樣塊表面極小的接觸角驗證了聚電解質刷PSPMA的親水性;與光滑塊光干涉曲線的對比驗證了聚電解質刷的吸

3、水溶脹性;在載荷2N、傾角1/1474和1/747下，光滑試樣塊沒有形成有效的潤滑膜厚，而PSPMA修飾的試樣塊在去離子水中形成了一定的有效潤滑膜厚，聚合物刷的存在促成了表面水膜的形成并且在較低速度下膜厚-速度曲線不成線性關系，隨著速度的增大，膜厚逐漸與轉速成一定的線性關系，聚合物鏈溶脹完全，水膜的形成是基于接觸區(qū)域的流體動壓效應;PSPMA修飾的試樣塊形成的膜厚隨著載荷的增大而減小（一定載荷內）。通過聚合物刷對去離子水的超級親水特性，

4、對運動中表面接枝的聚合物刷進行了一定的磨損探究，發(fā)現隨著卷吸速度和載荷的增加，表面接枝的聚合物刷接觸角增大，表面聚合物鏈磨損的加劇。
　　2)鹽溶液中聚電解質刷的實驗研究:分析試驗結果表明，在載荷2N、傾角1/1474和1/747下，PSPMA修飾的試樣塊在鹽溶液中隨著轉速的增加能形成一定的潤滑膜厚，在0.1mol/L NaNO3和去離子水中形成的膜厚很相似，但是在較大濃度的鹽溶液中形成的潤滑膜厚比較低;在三種正離子不同的鹽溶液中

5、，聚陰離子刷PSPMA形成的膜厚不同，隨著鹽溶液中正離子的極性越強，PSPMA修飾的試樣塊膜厚越低，從而潤滑性能降低，這與已有的理論相符。
　　3)潤滑油中聚電解質刷的實驗研究:分析試驗結果得出，PAO和PEG油在聚合物刷修飾的表面極低的接觸角表明PSPMA是親油性的，光強曲線的變化表明聚合物鏈不具有吸油溶脹性;在載荷2N、傾角1/1474和1/747下，聚合物刷PSPMA能夠在油中形成一定的潤滑膜，但是效果低于光滑表面;較低速度