Page 113 - 《摩擦学学报》2020年第6期

796 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

物的“刷”状结构逐渐发生“塌陷”. 的载荷设定为0.5 N(对应最大赫兹接触应力为217 MPa)，
2.2 聚合物PLL-g-PEG构象变化对摩擦力的影响 测量过程中速度U 从1.4 m/s开始依次降至0.003 m/s.
e
试验过程中，在进行摩擦力测量前，将钢球和玻 每次试验更换新的润滑剂和球-板摩擦副，每组试验
璃板在加入润滑剂的油池中浸泡30 min，施加在球上 重复3次，得到的Stribeck曲线如图4所示.

1.0 1.0
HEPES HEPES
Lubricant A
Lubricant A Lubricant B
Lubricant B
0.8 0.8 Lubricant C
Lubricant C HEPES + PLL-g-PEG
Friction coefficient 0.6 Friction coefficient 0.6 Lubricant B + PLL-g-PEG
Lubricant A+ PLL-g-PEG
Lubricant C+ PLL-g-PEG
0.4
0.4
0.2 0.2

0.0 0.0
0.01 0.1 1 0.01 0.1 1
Velocity/(m/s) Velocity/(m/s)
(a) By adding glycerol into pure HEPES (b) By adding PLL-g-PEG into mixture of HEPES-glycerol

Fig. 4 Stribeck curves: (a) by adding glycerol into pure HEPES；(b) by adding PLL-g-PEG into HEPES-glycerol mixture
图 4 Stribeck曲线对比图：(a) 添加甘油至HEPES；(b) 添加至PLL-g-PEG至HEPES-甘油混合溶液

在图4(a)中发现，与纯HEPES溶液相比，HEPES溶 Lubricant A Lubricant A+PLL-g-PEG
0.8 Lubricant B Lubricant B+PLL-g-PEG
Lubricant C Lubricant C+PLL-g-PEG
液中加入不同体积分数的甘油后摩擦系数呈现不同 0.7
程度的下降，特别是加入体积分数为0.25和0.50的甘 0.6
油后[见图4(a)中绿色和蓝色曲线]，发现Stribeck曲 0.5
线中边界润滑状态转变为混合润滑状态(速度低于 Friction coefficient 0.4
0.03 mm/s的区域)，这是因为甘油是一种很好的润滑 0.3
0.2
剂，随着甘油的增多其黏度效应越明显. 图4(b)中对比 0.1
了在相同润滑剂中加入聚合物PLL-g-PEG后摩擦力的 0.0
0 1 2 3 4 5 6 7
变化，发现润滑剂A和润滑剂B的Stribeck曲线下降明 t×10 /s
−3

显，而润滑剂C不明显，表明聚合物刷的构象变化可影 Fig. 5 Effect of polymer PLL-g-PEG conformation on
响宏观摩擦力的大小. 据上述结果可推测：随着不良 friction coefficient
图 5 聚合物PLL-g-PEG构象变化对摩擦力的影响
溶剂(甘油)的增多，PLL-g-PEG结合周围水分子的能
力减弱，从而不容易形成水化层，与甘油的黏度效应 除了摩擦系数下降以外，摩擦过程中的跑合期也显著
相比，水合效应的作用越来越弱势，即在低体积分数 缩短，这应该得益于PLL-g-PEG结合水分子在摩擦表
的甘油混合水溶液中聚合物刷的水合效应作用显著； 面形成的一层稳定的水化层.

而在高体积分数的甘油混合水溶液中水合效应的作 2.3 聚合物PLL-g-PEG构象变化对磨损性能的影响
用很微弱，此时起决定作用的应该是甘油的黏度效 完成摩擦力测量试验之后，分别对钢球与玻璃板
应，这也很好解释了图中的三种溶液(Lubricant B+ 上的磨斑表面进行分析用以研究对磨损性能的影响.
PLL-g-PEG，Lubricant C，Lubricant C + PLL-g-PEG)的 图6分别给出了钢球磨斑表面形貌的SEM照片和玻璃
Stribeck曲线非常接近的原因. 板磨斑表面的三维形貌图，发现随着甘油体积分数的
图5给出了载荷为0.5 N和卷吸速度U 为10 mm/s 增加，磨斑的直径和深度也随之减小，且表面变得越
e
试验工况下的摩擦系数随时间变化曲线. 同样，对比 光滑；对比相同甘油体积分数的HEPES-甘油水溶液，
相同甘油体积分数的HEPES-甘油水溶液的摩擦系数 添加聚合物PLL-g-PEG可有效降低磨损，这与摩擦力
随时间的变化曲线，发现加入聚合物PLL-g-PEG后， 的结果相一致.