仿生六邊形微凸起織構(gòu)的摩擦學(xué)特性研究.pdf

1、在研究摩擦學(xué)的歷程中，自然界的非光滑表面給了我們很多啟示。樹蛙足掌致密的六邊形微凸起結(jié)構(gòu)，是其能夠穩(wěn)穩(wěn)地停在潮濕的樹皮和礫石表面而不滑脫的主要原因之一。樹蛙等生物體表可以認(rèn)為是廣義的軟材料，而橡膠等軟材料在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中得到日益廣泛的應(yīng)用。從仿生學(xué)的角度出發(fā)，在軟材料上加工出類似動(dòng)物表面具有特殊功能的表面，實(shí)現(xiàn)高摩擦、高黏附、控制摩擦的增大或減小，意義非凡。
　　本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為試件材料，采用光刻—轉(zhuǎn)印工藝在盤

2、狀PDMS表面加工出不同參數(shù)的六邊形微凸起織構(gòu)，以銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究了PDMS/PDMS、鋼球/PDMS摩擦副在不同潤滑狀態(tài)下時(shí)，PDMS表面六邊形微凸起織構(gòu)的作用效果，并探討了織構(gòu)的潤滑機(jī)理。本文獲得的結(jié)論主要有：
　　1.干摩擦條件下，PDMS表面的粘著、彈性形變和粘滯作用發(fā)揮重要作用，摩擦因數(shù)隨著滑動(dòng)速度的增加而不斷上升，且具有高面積密度、小直徑的織構(gòu)具有更好的減摩作用。
　　2.采用甲基硅油為潤滑劑時(shí)，摩擦副隨

3、滑動(dòng)速度增大從混合潤滑狀態(tài)逐漸步入流體動(dòng)壓潤滑狀態(tài)。在混合潤滑階段六邊形微凸起織構(gòu)表現(xiàn)出增摩效果，且高面積密度的織構(gòu)增摩效果更佳；流體動(dòng)壓潤滑狀態(tài)時(shí)PDMS表面的摩擦因數(shù)與潤滑劑本身的粘度直接相關(guān)，織構(gòu)的作用減弱，控制摩擦的作用比較局限。
　　3.水潤滑條件下，PDMS/PDMS摩擦副主要處于邊界潤滑狀態(tài)和混合潤滑狀態(tài)，六邊形微凸起織構(gòu)在低速時(shí)減摩，而在高速時(shí)六邊形微凸起周圍的溝槽排水迅速，形成吸附效應(yīng)提升增摩效果，其中高面積密度

4、、大直徑的織構(gòu)增摩效果更為顯著，符合樹蛙足掌結(jié)構(gòu)的特殊性能。鋼球/PDMS摩擦副在水潤滑試驗(yàn)時(shí)，主要處于邊界潤滑和混合潤滑狀態(tài)，中速時(shí)織構(gòu)的增摩作用顯著，而高速時(shí)呈現(xiàn)出進(jìn)入流體動(dòng)壓潤滑狀態(tài)的趨勢(shì)。
　　本文通過試驗(yàn)研究了PDMS/PDMS和鋼球/PDMS摩擦副中六邊形微凸起織構(gòu)在PDMS表面的作用，探討了不同潤滑狀態(tài)下該織構(gòu)作用機(jī)理，同時(shí)證實(shí)了樹蛙足掌的六邊形結(jié)構(gòu)是其特殊摩擦學(xué)性能的原因，為控制、利用軟材料表面以及軟材料的應(yīng)用提供