面接觸下聚合物刷潤滑性能的研究.pdf

1、關(guān)節(jié)滑液為關(guān)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(xué)者進行探究，基于天然滑液關(guān)節(jié)微觀結(jié)構(gòu)和潤滑機制的啟發(fā)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)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(nèi)外學(xué)者開始表面接枝聚合物刷這一先進的仿生潤滑技術(shù)進行研究。近年來，關(guān)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(shù)進行表征，而在聚電解質(zhì)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(xué)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(zhì)刷的實驗研究:分析試驗結(jié)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(zhì)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(zhì)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(guān)系，隨著速度的增大，膜厚逐漸與轉(zhuǎn)速成一定的線性關(guān)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(yīng);PSPMA修飾的試樣塊形成的膜厚隨著載荷的增大而減?。ㄒ欢ㄝd荷內(nèi)）。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(xiàn)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(zhì)刷的實驗研究:分析試驗結(jié)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(zhuǎn)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(zhì)刷的實驗研究:分析試驗結(jié)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