柔性材料的表面設(shè)計(jì)及其粘附特性的研究.pdf

1、自然界的許多神奇粘附現(xiàn)象,給了我們?cè)谡掣教匦匝芯繗v程中許多啟示。樹蛙足底密布的貫通型溝槽幾何形貌,已被認(rèn)為與其表現(xiàn)出的特殊粘附特性有著緊密的關(guān)系,其粘附的深層機(jī)理是人們近年來探索的熱點(diǎn)。隨著柔性材料逐漸成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中重要的一環(huán),粘附現(xiàn)象變成了生產(chǎn)過程中不可避免的因素,將自然界生物的神奇粘附特性應(yīng)用的生產(chǎn)工程中,合理、科學(xué)地控制柔性材料的粘附特性,意義深遠(yuǎn)重大。
　　本文以硅橡膠(PDMS)材料作為試件材料,采用UV-LIGA工

2、藝在PDMS圓盤表面加工出不同溝槽形態(tài)、不同面積密度的表面織構(gòu),利用UMT試驗(yàn)機(jī)來對(duì)軸承鋼球/PDMS、PDMS/PDMS兩種接觸副進(jìn)行不同接觸條件的粘附力測(cè)量,并對(duì)其產(chǎn)生的粘附機(jī)理進(jìn)行了探討,主要獲得以下結(jié)論:
　　1.不同的接觸條件,對(duì)于PDMS試件的粘附特性有著重要的影響。當(dāng)接觸條件由干接觸到少量水接觸時(shí),由于接觸表面間的去離子水與上、下表面產(chǎn)生了彎月面力,使得粘附力出現(xiàn)了明顯的增幅,而當(dāng)去離子水體積增加時(shí),阻礙了彎月面力的

3、形成,因此粘附力出現(xiàn)了明顯的下降。
　　2.非貫通型溝槽PDMS試件產(chǎn)生的粘附力大于貫通型溝槽試件。在干接觸、少量水接觸與大量水接觸三種接觸條件下,非貫通型溝槽試件因其圓形凹坑產(chǎn)生了“吸盤效應(yīng)”,因此其產(chǎn)生的粘附力均大于貫通型溝槽試件。但是在大量水接觸條件下,兩種溝槽試件的粘附力差異明顯減小。
　　3.兩種上試件在與PDMS表面的粘附實(shí)驗(yàn)過程中有所差別。首先,在上試件為PDMS球時(shí),從織構(gòu)化試件的粘附力隨面積密度的變化來看,

4、面積密度均存在著最優(yōu)值,而當(dāng)軸承鋼球?yàn)樯显嚰r(shí),并不能看出明顯的面積密度與粘附力的變化關(guān)系。其次,當(dāng)以軸承鋼球作為上試件時(shí),在不同接觸條件下試件所產(chǎn)生的粘附力變化幅度較大,而在PDMS球作為上試件時(shí)變化則較小。最后,在大量水接觸時(shí),PDMS/PDMS接觸副下的織構(gòu)化溝槽試件表現(xiàn)出了比軸承鋼球/PDMS接觸副更好的粘附效果,由于上、下表面均發(fā)生較大變形,有利于發(fā)揮溝槽的排水效果,因此其在大量水接觸條件下的粘附力減幅較小,在水量的變化中表現(xiàn)