Page 77 - 《摩擦学学报》2021年第6期

862 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

90 60
(a) Glass plate (b) Steel plate
80 Steel plate Glass plate
Glass plate with Cr 50 Glass plate with Cr
70 40
Contact angle, θ/(°) 50 Contact angle, θ/(°) 30
60

40
30
20 20
10
10
0 0
stage I stage II stage III 0 60 120 180 240 300
Time/s

Fig. 3 Changes of contact angles when grafting polymer brushes and contact angles of different substrates within 300 s
图 3 接触角在聚合物刷接枝过程中变化和在不同基底300 s内的接触角值

另一方面，图3(b)所示为在聚合物刷PSPMA修饰 合物刷，再次印证了聚合物刷接枝成功. 玻璃基底与
的表面滴加5 μL去离子水后接触角随时间的变化图， 钢的分子刷表面形貌差异较大，推断是由基底的表面
结果显示在240 s后接触角基本达到稳定，钢、玻璃和 粗糙度所致，如1.3中描述，表面粗糙度分别为0.005和
表面镀铬的玻璃表面的接触角分别为6.3°、19.5°和 0.043 μm，受机械加工精度限制的钢表面更为粗糙，
40°，这表明接枝的干态聚合物链不断结合周围大量 聚合物刷的厚度与钢表面的粗糙度在同一数量级. 王
水分子发生溶胀，经过一段时间后吸收的水分子达到 玉明等 对比了抛光和粗糙的两种单晶硅基底表面
[25]
饱和，聚合物链不再伸展，故而接触角数值趋于稳定. 接枝PSVBA聚合物刷后的摩擦学性能，发现粗糙表面
基于此，在摩擦副表面加入去离子水润滑剂后静待5 min， 接枝聚合物刷的耐磨寿命更长.

确保聚合物刷PSPMA充分溶胀，随后开始摩擦力和光 2.3 聚合物刷PSPMA 的减摩抗磨性能
干涉膜厚测量试验. 将接枝聚合物刷的摩擦副(钢球/玻璃盘)固定在

2.2 接枝表面形貌表征 摩擦试验机的夹具上，先在油池中加入足够的去离子
图4分别示出了3种基底表面接枝聚合物刷PSPMA 水保证玻璃盘充分浸泡，将钢球落至玻璃盘的水膜上
前后局部形貌的AFM图，对比发现：接枝后聚合物刷 面且二者不发生直接接触，静置5 min等待聚合物刷充
的表面形貌发生了明显的变化，表面分布着类似的团 分溶胀并伸展开来. 随后施加0.5 N的载荷，对应赫兹
絮或颗粒状微凸体，这被视为干燥状态下收缩状的聚 接触应力344 MPa；滑动速度设定为10和300 mm/s；调

No brush No brush No brush

z/μm z/μm z/μm
8.6 1.9 1.2
5 5 5
1 4 1 4 1 4
2 3 2 3 2 3
x/μm 3 2 y/μm x/μm 3 2 y/μm x/μm 3 2 y/μm
4 1 4 1 4 1
5 5
5
With brush With brush With brush

56.6 z/μm 55.2 41.3
17.1 z/μm z/μm
0.8 1.9
5 5 5
1 4 1 4 1 4
2 3 2 3 2 3
x/μm 3 2 y/μm x/μm 3 2 y/μm x/μm 3 2 y/μm
4 1 4 1 4 1
5 5 5
(a) Steel substrate (b) Glass substrate (c) Glass coated by Cr substrate

Fig. 4 Comparison of AFM topography on three substrates before and after grafted by polymer brushes
图 4 3种基底表面接枝聚合物刷前后的AFM形貌图对比