Page 111 - 《摩擦学学报》2020年第6期

794 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

测了表面接枝“刷”状聚合物PLL-g-PEG的钢球-玻璃 泡在表1所列的三种添加聚合物PLL-g-PEG的混合水
盘间的聚合物刷引起的水合效应和流体动压效应相 溶液中30 min以上，确保聚合物刷在基底表面的充分
互作用下的润滑行为，研究聚合物刷构象对成膜特性 接枝. 通过接触角测量仪分别测量在玻璃/钢基底表面

的影响，进一步揭示水基润滑的机理. 上的接触角；利用扫描电镜SEM获取摩擦磨损试验之
后磨斑的表面形貌；利用表面轮廓仪PGI 800 (Talyhobson
1 试验材料与方法
Company，UK)对玻璃板的磨斑表面进行三维扫描，具
1.1 试验材料 体测量方法与参考文献[17]相同.

配置10 mmol/L的HEPES溶液和浓度为0.25 mg/mL 石英晶体微量天平(Q-Sense Initiator，Sweden)被
的PLL-g-PEG的HEPES溶液，配置方法详见参考文献[17]. 用于测量在表1所列的三种润滑剂分别加入聚合物
添加不同体积分数φ的甘油至HEPES水溶液中，得到 PLL-g-PEG在石英芯片上引起的动态吸附量的变化，
表1中列出的体积分数分别为0.10、0.25和0.50的三种 从而定量地表征聚合物刷构象的变化. 测试过程中选
润滑剂，分别将其命名为润滑剂A，润滑剂B，润滑剂 用表面镀SiO 的石英芯片，以50 L/min的速率在室温
2
C(以下同称). 在温度22±1 ℃下测试了它们的黏度和 下进行.
折射率，发现润滑剂的黏度随着甘油体积分数的增加
2 结果与讨论
而增大，而在相同甘油体积分数的HEPES-甘油混合
水溶液中添加聚合物PLL-g-PEG后黏度也略有增大， 2.1 聚合物PLL-g-PEG在HEPES-甘油水溶液中

可以看出甘油对润滑剂的黏度影响更大一些. 构象变化的表征
1.2 试验设备和测量方法 分别向玻璃和钢表面滴入表1所列的三种润滑
摩擦力测量试验在安东帕公司Physical MCR流变 剂，接触角如图2所示. 图2(a)的结果表明：在玻璃基底
仪(Anton Paar Co. Ltd，Germany)的标准球-3板摩擦力 表面加入聚合物PLL-g-PEG后，润滑剂A的接触角从
测量模块上进行，试验选用载荷为0.5 N；在自制的钢 29°降至18°，润滑剂C的接触角变化较小，润滑剂B的
球-玻璃盘式纳米薄膜测量装置上对接触区的水膜实 接触角的变化介于前两者之间，这是因为加入PLL-g-
时观测及接触区水膜厚度的测量. 在进行摩擦力和光 PEG(类似表面活性剂)引起了混合溶剂表面张力降低
[19]
干涉薄膜测量试验前，将摩擦副(钢球和玻璃)表面浸 进而降低溶液接触角 ，且随着甘油含量增加混合溶

表 1 试验中所用润滑剂的物理性能参数
Table 1 Physical performance parameters of lubricants used in the tests

Mixture of HEPES-glycerol Mixture of HEPES-glycerol added by PLL-g-PEG
Lubricant
Dynamic viscosity/(m Pa·s) Refractiveindex Dynamic viscosity/(m Pa·s) Refractive index
A 1.52 1.342 1.74 1.348
B 2.30 1.367 2.46 1.372
C 8.87 1.401 10.5 1.414

60 80
Without PLL-g-PEG Without PLL-g-PEG
Added by PLL-g-PEG Added by PLL-g-PEG
50
70
Contact angle/(°) 30 Contact angle/(°) 60
40

20
50
10

0 40
HEPES Lubricant A Lubricant B Lubricant C HEPES Lubricant A Lubricant B Lubricant C
(a) Glass substrate (b) Steel substrate

Fig. 2 Comparison of contact angle induced by conformation in different lubricants
图 2 聚合物PLL-g-PEG在不同润滑剂中的构象变化引起的接触角变化对比图