【摘要】：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中約有1/3能量因?yàn)檫\(yùn)動機(jī)構(gòu)之間的摩擦而損失掉,并且還會帶來磨損,造成機(jī)械結(jié)構(gòu)的損壞和失效。減小運(yùn)動部件間的摩擦和磨損最好的方式就是提高相對運(yùn)動表面間的潤滑。水具有良好的冷卻性,價(jià)格低廉,來源廣可再生的特點(diǎn),使得水基潤滑在軋制、磨削切削、人工關(guān)節(jié)潤滑等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,但水的粘度低,成膜性差限制了它的潤滑性。因此,在這些領(lǐng)域提高水的潤滑性能具有非常重要的實(shí)際意義。本論文通過乳液聚合法成功制備了聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)微凝膠,通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物的濃度,制備得到不同粒徑PNIPAM微凝膠,制得的PNIPAM微凝膠粒徑分布集中,呈規(guī)整的球狀結(jié)構(gòu),PNIPAM微凝膠的粒徑隨著溫度升高不斷減小,并且超過臨界溫度~31℃以后,粒徑急劇減小。將PNIPAM微凝膠作為水溶液添加劑,研究了微凝膠濃度、粒徑、溫度對微凝膠水溶液潤滑性能的影響。結(jié)果表明,PNIPAM微凝膠具有明顯的溫敏潤滑特點(diǎn),它可以在摩擦界面起到彈性滾珠潤滑的作用,顯著提高水溶液的潤滑性能,粒徑越小的微凝膠越容易進(jìn)行進(jìn)入摩擦界面,并且微凝膠的加入,有利于摩擦表面形成具有保護(hù)性質(zhì)的氧化膜,降低了材料的磨損;溫敏潤滑機(jī)制在于溫度剛升高階段會引起微凝膠失水塌陷,導(dǎo)致水溶液潤滑性能降低,而當(dāng)溫度繼續(xù)升高,微凝膠持續(xù)失水收縮成緊致的球狀微粒,進(jìn)而改善了水溶液潤滑性能。將PNIPAM微凝膠添加到模擬關(guān)節(jié)滑液中,研究了摩擦條件和溫度對模擬關(guān)節(jié)滑液潤滑性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在低載條件下,PNIPAM微凝膠會提高模擬關(guān)節(jié)滑液的潤滑性;并且微凝膠在滑液中也展現(xiàn)了顯著的溫敏潤滑特性,這是由于當(dāng)溫度升高,微凝膠收縮吸附在滑液蛋白分子表面共同起潤滑作用,改善潤滑性能,但溫度持續(xù)上升,微凝膠和滑液蛋白分子相互作用,共同從溶液中析出,造成滑液潤滑性能降低。
【圖文】：

名稱(簡稱) 純度 生產(chǎn)商N(yùn)-異丙基丙烯酰胺(NIPAM) >98 % 上海笛柏生物科技有限公司N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS) >98 % 上海笛柏生物科技有限公司過硫酸銨(APS) >98 % 天津市鼎盛鑫化工有限公司十二烷基磺酸鈉(SDS) 99 % 上海伊卡生物科技有限公司小牛血清蛋白 細(xì)胞培養(yǎng)級 廣州鴻泉生物科技有限公司2.2.2 PNIPAM 微凝膠的制備通過經(jīng)典的乳液聚合法制備 PNIPAM 微凝膠[64]，具體操作流程如圖 2.1 所示。首先將 0.9 g NIPAM, 0.017 g BIS, 0.025 g SDS 加入 60 mL 去離子水中，磁力攪拌40 min，，然后將氮?dú)馔ㄈ牖旌先芤阂匀コ芤褐械难酰酉聛硗ㄟ^注射器將 5 mL濃度為0.0084g/mL的APS溶液添加到混合溶液中，最后在65℃條件下反應(yīng)4.5h，即可得到乳白色 PNIPAM 微凝膠溶液。使用去離子水透析制得的 PNIPAM 微凝膠樣品，每隔 12 h 更換一次去離子水，透析過程中不斷磁力攪拌以加快純化速度，在經(jīng)過 7 d 的透析處理后，樣品才可以使用。

圖 2.3 第一(a)、二(b)、三(c)、四號(d)樣品的粒度分布圖Fig. 2.3 Particle size distributions of four PNIPAM microgels samples圖 2.3 顯示了四種 PNIPAM 微凝膠的粒度分布圖，可以發(fā)現(xiàn)這四種微凝膠的粒度分布圖是不一樣的，但四種樣品的粒徑分布都相對集中，表明制備得到微凝膠顆粒粒徑較為均一。第一(2.3a)，二(2.3b)，三號(2.3c)微凝膠樣的粒徑都在 1000nm以下，一號微凝膠樣的粒徑集中分布 250~450nm，二號微凝膠樣粒徑集中分布在300~ 500 nm，三號微凝膠樣粒徑集中分布在 400~ 700 nm。而四號(2.3d)微凝膠樣的部分粒徑大于 1000 nm，但大都是低于 1000 nm，并且其粒徑主要分布在 600~1000 nm。圖 2.4 顯示的是 SDS 濃度對 PNIPAM 微凝膠粒徑的影響，從圖我們可以發(fā)現(xiàn)SDS 濃度與微凝膠的粒度之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，但不存在線性變化的關(guān)系。隨著反應(yīng)體系中 SDS 的濃度增大，PNIPAM 微凝膠的粒徑不斷減小。當(dāng) SDS 濃度從0.154 g/ L 上升到 0.384 g/ L 時(shí)，所制得的微凝膠的粒度從 744.5 nm 下降到 323.8nm，當(dāng)濃度從 0.154 g/ L 上升到 0.308 g/ L 時(shí)，粒度隨濃度變化明顯，但濃度 0.308g/ L 上升到 0.384 g/ L 時(shí)，粒徑變化相對較小，也就說當(dāng) SDS 濃度達(dá)到一定值后，
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ427.26

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本文編號：2710778