Page 71 - 摩擦学学报2025年第5期

第 5 期 李东伟, 等: 基础油分子结构对多孔聚酰亚胺含油特性及两者复合体系润滑机理的影响 705

表 5 浸渍基础油PAO6、AN5和PEG200的PPI含油率及离心结束后的含油保持率
Table 5 Oil content of PPI impregnated with base oils PAO6, AN5 and PEG200 and oil retention after centrifugation
Parameters PAO6 AN5 PEG200
Oil content/% 13.7 16.3 22.7
Oil content retention after centrifugation at 3 000 r/min for 50 min/% 83.1 84.9 88.9
Oil content retention after centrifugation at 10 000 r/min for 50 min/% 34.5 37.7 43.0

110 110

(a) PAO6 (b) PAO6
100 AN5 100 AN5
PEG200 90 PEG200
90
Oil retention rate/% 80 Oil retention rate/% 80
70
70
60
60
50
40 50
40
30 30
0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50
Time/min Time/min
Fig. 3 Oil retention of PPI impregnated with base oils PAO6, AN5 and PEG200 under negative pressure at
different rotational speeds: (a) 3 000 r/min; (b) 10 000 r/min
图 3 不同转速下负压浸渍基础油PAO6、AN5和PEG200的PPI的含油保持率：(a) 3 000 r/min；(b) 10 000 r/min

于二者之间的基础油AN5的含油保持率也在二者之 厚且疏松，而DIOS在PI表面的吸附膜较薄或结构比较
间，离心速率为3 000 和10 000 r/min时离心50 min 致密，PAO10与YS-20的吸附处于两者之间，这一现象
后的含油保持率分别为84.9%和37.7%. 此外，比较离 似乎与分子间作用力理论不符，推测主要归因于溶液
心速率为3 000和10 000 r/min时不同时间段的含油保 中基础油分子数量的不同. 在本试验中，虽然控制了
持率，可以发现随着时间的增加，高转速条件下的上 基础油的质量分数，但是无法保证分子数量一致，另
述变化趋势更加显著，即极性对含油保持率的影响作 外，即使分子数量相同，基础油的分子结构不同，分子
用体现得越明显，也验证了之前的推断. 链的均方回转半径不同，吸附质量也会有差异. 依据
润滑油吸附在涂有聚酰亚胺的石英晶体传感器 基础油分子结构和能量耗散变化，结合图4(d)所示的
表面后产生的频率改变量(Δf)和能量耗散改变量(ΔD) 吸附膜厚度(<6.2 nm)和不同基础油分子质量(M DIOS =
可以提供关于不同极性润滑油对聚合物表面吸附量 426.8 g/mol， M PAO10 =290~360 g/mol， M PEG400 =360~
的信息，石英振子表面覆盖YS-20薄膜涂层示意图如 440 g/mol)，利用阿伏伽德罗常数计算得到粒子数
图4(a)所示. YS-20薄膜表面吸附的质量与Δf成正比关 N PAO10 =5.15×10 ~6.38×10 ， N PEG400 =4.95×10 ~6.08×
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系. 对于厚度较薄并且致密度较高的刚性薄膜，ΔD几 10 ，N DIOS =3.21×10 ，即N PAO10 >N PEG400 ≥N DIOS ，可以
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乎没有改变，相反，对于一些厚度较厚并且黏弹性较 推断PI与基础油的第1层(单层)吸附能力主要受两者
大的薄膜，ΔD会有较大的变化. 为进一步揭示3种基 分子间作用力的影响，饱和之后的多层吸附能力主要
础油与聚酰亚胺的不同吸附特性，利用QCM-D通过 取决于基础油自身分子链间作用力大小(或黏度). 同
两者作用的频率(f)和能量耗散(D)的变化揭示两者之 时这也解释了PAO10、PEG400和DIOS三者在PPI内部
间的吸附速率和吸附膜厚度的不同. 不同极性基础油 含油保持率变化趋势不同的原因[图2(a)和(b)].

与PI的吸附频率变化如图4(b)所示，3种极性不同的基 2.3 含不同分子结构基础油的PPI的刺激响应行为
础油在YS-20表面的吸附能力不同. 相比之下，分子极 多孔含油润滑材料的润滑作用主要通过外界刺
性较强的PEG400和弱极性的PAO10在PI表面的吸附 激(温度或压力)依靠孔结构实现对润滑油的可控释放
能力接近，且表现最强，而处于中等极性的DIOS吸附 与回吸，即外界刺激多孔结构释放润滑油，形成局部
能力较弱. 比较三者不同的能量耗散，如图4(c)所示， 的润滑油膜；运动停止时刺激失效，润滑油通过多孔
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能量消散均大于1×10 ，证明润滑油与PI为黏弹性吸 的毛细管力作用回吸储存，以此往复. 实际摩擦过程，
附. 此外，可以发现PEG400与PI之间产生的吸附膜较 既包含了温度的变化，还存在接触界面应力的波动，