微凸起陣列對PDMS表面摩擦特性的影響研究.pdf

1、橡膠是國民經濟和人們日常生活中不可或缺的原材料，橡膠材料在摩擦元件上的應用始終保持不斷增長的趨勢。因此，研究橡膠材料的摩擦學性能具有非常重要的意義。表面織構技術和氧等離子體表面改性技術已經被證明是改善摩擦副摩擦學性能的有效手段，然而對于橡膠這種軟質材料，關于表面織構的研究較少。本文采用光刻—復模技術以及氧等離子體表面改性技術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，微凸起陣列的織構參數對不同潤濕性PDMS表面摩擦學性能的影響規(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48.26%。
　　2.水潤滑條件下，對于疏水性PDMS表面，當滑行速度較低時，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。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57.46%。當滑行速度較高時，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889.44%。
　　3.甲基硅油潤滑條件下，對于疏水性PDMS表面，當滑行速度較低時，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374.5%。當滑行速度較高時，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，無織構試樣的摩擦因數較低。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1499.