電漿調控聚合仿生界面的增強水潤滑作用機理研究

《電漿調控聚合仿生界面的增強水潤滑作用機理研究》是依託大連理工大學,由李昱鵬擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電漿調控聚合仿生界面的增強水潤滑作用機理研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李昱鵬

項目摘要

提高水潤滑性能是摩擦學領域的一個科技難題。以水潤滑為主的生物潤滑體，其表面吸附的多糖類聚合物界面具有優異的水潤滑性能，為增強機械摩擦體系水潤滑作用提供了重要的仿生思路。本項目針對重大裝備機械動密封系統中，橡膠密封與金屬平衡套構成的水潤滑摩擦體系，建立模仿生物潤滑界面，採用脈衝電漿聚合技術分別在三元乙丙橡膠和不鏽鋼表面聚合親水聚乙二醇（ppPEG）薄膜，研究表面成分、結構與摩擦磨損性能和疲勞性的關係，掌握ppPEG親水結構、表面形貌和交聯結構的作用規律，以及影響水潤滑性能的控制因素，探明ppPEG的親水性和界面粘附性增強水潤滑作用機制，設計具有親水結構和可控有序交聯結構ppPEG的脈衝電漿聚合方案，最佳化工藝條件，製備具有超親水性和強界面粘附性的ppPEG仿生界面，研製出低摩擦係數、長耐磨壽命的水潤滑的機械密封系統。

結題摘要

本項目針對重大裝備機械動密封系統中，聚合物密封與金屬平衡套構成的水潤滑摩擦體系，採用電漿聚合技術分別在聚合物和不鏽鋼表面聚合親水ppPEG薄膜，探索製備具有超親水性和強界面粘附性的ppPEG仿生界面，研製出低摩擦係數、長耐磨壽命的水潤滑的機械密封系統。採用射頻容性耦合電漿，以具有親水性–(CH2–CH2–O)–基團的乙醇為聚合單體，研究了聚合功率、工作氣壓等工藝參數對電漿聚合ppPEG薄膜沉積速率、表面形貌、化學成分和潤濕性能的影響，並探討了單體電漿聚合ppPEG機制。分別利用電漿聚合ppPEG、氧電漿處理和電漿聚合複合改性ppPEG聚合物表面，研究了氧電漿處理時間和電漿聚合參數對電漿聚合ppPEG薄膜和聚合物粘附性能的影響，探索了聚乙烯粘接性能的改善機制，獲得具有高親水性和強界面粘附性的ppPEG改性表面。為研究電漿聚合ppPEG薄膜的界面粘附性增強作用機制，研究了射頻容性耦合氧電漿處理聚合物表面性質，提出了粗糙表面的時間依賴接觸角模型，定量分析了電漿改性聚合物表面的化學成分重構，解釋了電漿納米織構化聚合物表面潤濕性和粘附性控制機制。研究了機械密封用石墨、C/C複合材料和不鏽鋼摩擦副材料的水潤滑摩擦磨損性能，在高載荷、長時間水潤滑摩擦過程中，石墨和C/C複合材料均保持穩定低摩擦係數，適用於低摩擦係數、長耐磨壽命的水潤滑的機械密封系統，而不鏽鋼材料摩擦係數較高，耐磨性能差，表現為磨粒磨損和粘著磨損機制。採用超音速火焰噴塗與載能束複合改性方法，在不鏽鋼表面製備了高結合強度、低內應力WC-Ni硬質合金塗層，探索了改性表面在水潤滑條件下的摩擦磨損機理，為低摩擦係數、長耐磨壽命的水潤滑的機械密封系統製備提供理論依據和技術支撐。在國際表面工程類核心期刊Surf. Coat. Technol.連續發表論文2篇，待發表論文3篇，申請國家發明專利1項；參加國內外重要學術會議6次，並作口頭報告或牆報展示；培養碩士研究生4人，其中畢業2人，在讀2人。