柔性材料的表面设计及其粘附特性的研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhshgu1983
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自然界的许多神奇粘附现象,给了我们在粘附特性研究历程中许多启示。树蛙足底密布的贯通型沟槽几何形貌,已被认为与其表现出的特殊粘附特性有着紧密的关系,其粘附的深层机理是人们近年来探索的热点。随着柔性材料逐渐成为当今工业生产中重要的一环,粘附现象变成了生产过程中不可避免的因素,将自然界生物的神奇粘附特性应用的生产工程中,合理、科学地控制柔性材料的粘附特性,意义深远重大。本文以硅橡胶(PDMS)材料作为试件材料,采用UV-LIGA工艺在PDMS圆盘表面加工出不同沟槽形态、不同面积密度的表面织构,利用UMT试验机来对轴承钢球/PDMS、PDMS/PDMS两种接触副进行不同接触条件的粘附力测量,并对其产生的粘附机理进行了探讨,主要获得以下结论:1.不同的接触条件,对于PDMS试件的粘附特性有着重要的影响。当接触条件由干接触到少量水接触时,由于接触表面间的去离子水与上、下表面产生了弯月面力,使得粘附力出现了明显的增幅,而当去离子水体积增加时,阻碍了弯月面力的形成,因此粘附力出现了明显的下降。2.非贯通型沟槽PDMS试件产生的粘附力大于贯通型沟槽试件。在干接触、少量水接触与大量水接触三种接触条件下,非贯通型沟槽试件因其圆形凹坑产生了“吸盘效应”,因此其产生的粘附力均大于贯通型沟槽试件。但是在大量水接触条件下,两种沟槽试件的粘附力差异明显减小。3.两种上试件在与PDMS表面的粘附实验过程中有所差别。首先,在上试件为PDMS球时,从织构化试件的粘附力随面积密度的变化来看,面积密度均存在着最优值,而当轴承钢球为上试件时,并不能看出明显的面积密度与粘附力的变化关系。其次,当以轴承钢球作为上试件时,在不同接触条件下试件所产生的粘附力变化幅度较大,而在PDMS球作为上试件时变化则较小。最后,在大量水接触时,PDMS/PDMS接触副下的织构化沟槽试件表现出了比轴承钢球/PDMS接触副更好的粘附效果,由于上、下表面均发生较大变形,有利于发挥沟槽的排水效果,因此其在大量水接触条件下的粘附力减幅较小,在水量的变化中表现出了更稳定的粘附力。本实验研究了PDMS试件在不同接触条件、不同沟槽形态、不同接触表面下粘附特性的规律,并探索了其现象产生的机理,为更好地使用柔性材料的粘附特性,控制生产生活中的粘附现象以及扩展柔性材料的应用提供了依据。
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