无定型聚乙烯摩擦机理及界面微观特性的分子动力学模拟研究

来源 :第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:awzh963
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  聚合物的摩擦与磨损性能取决于摩擦学系统中表/界面的性能与变化,为研究聚合物摩擦副材料在滑动过程中摩擦界面的微观特性变化与其摩擦学性能之间的关系,运用蒙特卡罗自规避随机行走(Monte Carlo self-avoiding random walks)方法建立无定型聚乙烯联合原子(united-atom)滑动摩擦模型,然后通过分子动力学方法对模型进行不同温度下弛豫和滑动摩擦模拟研究,获得无定型聚乙烯在摩擦过程中联合原子运动轨迹、分子链构象变化以及如摩擦力、能量等相关统计力学量。研究结果表明:在半球形刚性压头压入无定型聚乙烯基体过程中,压头载荷随压入深度增加而增大。相同压入深度,橡胶态(400K)聚乙烯要比玻璃态(100K)所需载荷要小。随着压入深度增加,聚乙烯分子链的势能差和非键能差(范德华相互作用能)增大,键能差值(键伸缩能、键角能、二面角能)基本保持不变,键角能差和二面角能差在压入1nm后开始增加;滑动过程中,受压头前面堆积原子影响,压深为2nm和3nm时,摩擦力初期是处于上升状态,随后摩擦力趋于平稳。同一压深下,黏着作用下(包含吸引和排斥作用)的摩擦力要比纯排斥作用下的摩擦力要大,橡胶态要比玻璃态聚乙烯滑动过程时的摩擦力小。摩擦系数随压入深度增加而增大,同时黏着作用下的摩擦系数要比纯排斥作用的摩擦系数要大。压深为2nm和3nm时的无定型聚乙烯的总势能差和范德华相互作用能差都是随着滑动距离的增加而增大;此外,通过对压入和滑动过程时无定型聚乙烯分子链键长、键角和二面角统计分析可知:压入过程和滑动过程(2nm和3nm),键长和键角的均值和标准偏差分别减小和增大,处在稳态点位置的二面角比例增加。
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