微凸起陣列對PDMS表面摩擦特性的影響研究.pdf

1、橡膠是國民經(jīng)濟和人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡脑牧?，橡膠材料在摩擦元件上的應(yīng)用始終保持不斷增長的趨勢。因此，研究橡膠材料的摩擦學(xué)性能具有非常重要的意義。表面織構(gòu)技術(shù)和氧等離子體表面改性技術(shù)已經(jīng)被證明是改善摩擦副摩擦學(xué)性能的有效手段，然而對于橡膠這種軟質(zhì)材料，關(guān)于表面織構(gòu)的研究較少。本文采用光刻—復(fù)模技術(shù)以及氧等離子體表面改性技術(shù)制作出具有微凸起陣列的疏水性PDMS（聚二甲基硅氧烷）試樣和親水性PDMS試樣，加工的試樣圖形精確，表面平整，并能

2、穩(wěn)定控制PDMS表面的潤濕性。本研究利用銷—盤式摩擦磨損試驗機，研究了不同潤滑狀態(tài)下，微凸起陣列的織構(gòu)參數(shù)對不同潤濕性PDMS表面摩擦學(xué)性能的影響規(guī)律，并探討了微凸起陣列的潤滑機理。本研究得到的主要結(jié)論有：
　　1.干摩擦條件下，PDMS表面的摩擦主要來自于粘著、變形和彈性粘滯，高面積密度、小直徑的微凸起陣列降低了粘合的影響，且形變阻力較小，減摩效果較好。直徑d為50μm、面積密度r為40.1％的微凸起陣列在滑行速度v為200mm

3、/s時具有最大的減摩率，達(dá)48.26%。
　　2.水潤滑條件下，對于疏水性PDMS表面，當(dāng)滑行速度較低時，摩擦副處于邊界潤滑狀態(tài)，微凸起的高度h越高，微凸起陣列的貯水能力越強，微凸起下面的潤滑劑受到擠壓，為摩擦副的接觸區(qū)域提供補給，從而有效降低了摩擦因數(shù)。直徑d為100μm、高度h為11μm、面積密度r為2.6%的微凸起陣列在滑行速度v為40mm/s時具有最大的減摩率，達(dá)57.46%。當(dāng)滑行速度較高時，摩擦副處于混合潤滑狀態(tài)，可能

4、是由于微凸起陣列破壞了摩擦副表面形成的潤滑膜的連續(xù)性，微凸起陣列表現(xiàn)出增摩的效果。直徑d為200μm、高度h為5μm、面積密度r為29.9%的微凸起陣列在滑行速度v為200mm/s時具有最大的增摩率，達(dá)889.44%。
　　3.甲基硅油潤滑條件下，對于疏水性PDMS表面，當(dāng)滑行速度較低時，摩擦副處于混合潤滑狀態(tài)，微凸起陣列具有明顯的增摩效果。直徑d為50μm、面積密度r為40.1%的微凸起陣列在滑行速度v為3mm/s時具有最大的增

5、摩率，達(dá)374.5%。當(dāng)滑行速度較高時，摩擦副處于流體動壓潤滑狀態(tài)，摩擦因數(shù)主要受潤滑劑粘度的影響，微凸起陣列的作用并不明顯。
　　4.水潤滑條件下，對于親水性PDMS表面，可能是由于親水性的PDMS表面存在著一層連續(xù)的水膜，減小了粘著的影響，無織構(gòu)試樣的摩擦因數(shù)較低。而微凸起陣列的存在破壞了水膜，從而表現(xiàn)出增摩的效果。直徑d為200μm，面積密度r為40.1%的微凸起陣列在滑行速度v為16mm/s時具有最大的增摩率，達(dá)1499.