Влияние качества растворителя на трибологические свойства полимерных щеток

Лукиев И.В., Михайлов И.В., Борисов О.В. Влияние качества растворителя на трибологические свойства полимерных щеток // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 5. С. 751–757. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-5-751-757

Введение. Полимерные щетки, как модифицирующие покрытия, значительно улучшают трибологические свойства различных контактирующих поверхностей. Трение, которое возникает при наложении внешней нагрузки и латеральном сдвиге полимерных щеток друг относительно друга, определяется их энергией взаимодействия и глубиной взаимопроникновения. Если щетки погружены в низкомолекулярный растворитель, силу трения можно регулировать, варьируя качество растворителя за счет изменения внешних условий: температуры, химического состава раствора и т. п. Отметим, что теоретические исследования, посвященные влиянию качества растворителя на трибологические свойства щеток, практически отсутствуют. Метод. Для определения влияния качества растворителя на взаимодействие плоских полимерных щеток использовались два взаимодополняющих подхода: аналитический и численный методы самосогласованного поля. В обоих случаях применялась крупнозернистая модель полимерных щеток. Качество растворителя в модели задавалось через параметр Флори–Хаггинса взаимодействия полимер-растворитель. Основные результаты. Проведена количественная оценка ширины зоны перекрывания, распирающего давления и силы трения, возникающей при сближении щеток друг с другом. Предложено теоретическое описание силы трения в режиме малых скоростей сдвига на основе уравнения Бринкмана для двух сжатых щеток, скользящих друг против друга. Обсуждение. Показано, что при постоянстве общей степени полимеризации, плотности прививки и скорости латерального сдвига щеток относительно друг друга ширина зоны перекрывания одинаково убывает с увеличением межплоскостного расстояния по степенному закону независимо от качества растворителя. В условиях сильного сжатия плоских полимерных щеток сила трения стремится к определенному предельному значению, в то время как коэффициент трения стремится к нулю в независимости от качества растворителя. В области умеренного давления коэффициент трения существенно возрастает с уменьшением растворимости привитых полимеров при одинаковых приложенной внешней нагрузке и составе плоских полимерных щеток. Аналитический метод показал высокую согласованность с данными проведенного численного моделирования. Полученные результаты позволяют прогнозировать трибологические свойства полимерных щеток в зависимости от качества растворителя и, как следствие, предсказывать влияние внешних условий на силу трения между модифицированными поверхностями.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License