基板及介質對聚乙烯醇水凝膠摩擦行為的影響.pdf

1、采用冷凍解凍法制備了物理交聯(lián)的PVA水凝膠，并通過其與各種基板在水中和高分子溶液中的摩擦，考察了基板表面能、正壓力、滑動速率、高分子(PEO)水溶液濃度以及高分子的分子量對PVA水凝膠摩擦行為的影響。利用凝膠摩擦的吸附一排斥模型以及標度理論對實驗結果進行了分析。 研究表明對于具有吸附行為的摩擦體系，其粘彈—流體潤滑轉變區(qū)域均在10<'-3>～10<'-2>m/s之間，且隨正壓P的增加，摩擦機理發(fā)生改變時的滑動速率—v<,f>向高

2、速區(qū)域移動。以轉變區(qū)域為分界線，當滑動速率v低于該區(qū)域時，不同v下，摩擦應力f對P的敏感性變化不大，且凝膠與基板間相互作用的差異并未影響f對P的敏感性。而當v高于該區(qū)域時，f對P的敏感性增大。在低v下，f隨基板表面能γ的變化并不明顯。隨著v的增大，f隨γ的增大而逐漸增大。在摩擦機理未發(fā)生改變時，f對γ的敏感度隨著v的增大而增大。v<,f>隨γ的增大而向高速區(qū)移動。 當PVA凝膠浸入到PEO水溶液中，因滲透壓而發(fā)生體積收縮。相同濃

3、度下，PVA凝膠在分子量低的PEO-5水溶液中壓縮模量增大，而在分子量高的PEO-400水溶液中，壓縮模量變化不明顯。在稀溶液中，PVA凝膠的壓縮模量變化很?。欢敐舛冗_到c<'*>以上時，在低分子量PEO水溶液中，PVA凝膠的壓縮模量顯著增大。 PVA凝膠在PEO的c<'*>溶液中進行摩擦時，由于PEO線團會阻止PVA凝膠的blob與摩擦基板表面的吸附，使其在低v時的f比在水中摩擦時低，且未出現(xiàn)明顯f峰值點；高v時，f主要來源

4、于溶劑潤滑層流體的粘性流動，其f與在水中的f基本相同。摩擦行為的不同與在PVA凝膠和摩擦基板間形成的受限空間中的PEO線團的粘彈響應有關。 在低滑動速率區(qū)域，PVA凝膠的f隨濃度的增加而降低，亞濃溶液中(c>c<'*>)的f明顯小于稀溶液中(c)的f。高速滑動區(qū)域，濃度影響較小。在亞濃溶液中，由于PEO分子鏈間的相互交疊甚至纏結，使得在較低的滑動速率下即可形成流體潤滑層，f的變化與PEO亞濃溶液的剪切應力隨剪切速率的