面向水基润滑体系的聚合物型添加剂设计及摩擦学性能研究
编号:480
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更新:2026-04-13 16:33:22 浏览:22次
邀请报告
摘要
随着可持续技术需求的持续增长,水基润滑剂因其优异的冷却性能、不可燃特性以及较低的生态毒性,已成为传统油基润滑剂的重要替代选择。然而,其应用仍受限于若干性能短板,尤以黏度偏低、承载能力不足及易诱发金属腐蚀最为突出。针对上述关键问题,我们设计并制备了一系列基于聚合物的环保型添加剂。
首先,以水溶性聚丙烯酸酯(如P(PEGMA-co-METAC))为起点,开发了适用于水基润滑体系的大分子型添加剂。该类添加剂可显著提升水基润滑剂的黏度(40 ℃下运动黏度超过80 mm²/s)、润滑性能(400 N载荷下摩擦系数约为0.1)及抗磨特性。在此基础上,通过设计其配对阴离子,可有效解决水基润滑体系易滋生细菌这一问题并兼顾低生态毒性,同时有利于形成更强保护作用的摩擦化学反应膜,从而使该体系适用于金属加工、食品加工等应用场景。
在此基础上,含有多种非共价相互作用的离子化聚氨酯型添加剂进一步拓展了这一体系。强氢键作用与疏水链间相互作用的协同效应,增强了其在摩擦界面的吸附能力并促进了稳定摩擦化学膜的形成。由此获得的水基润滑体系展现出较低的摩擦系数(≈0.07)与较高的承载能力(450 N),同时兼具优异的环境相容性与低腐蚀性。
相比于聚氨酯体系,聚脲中更为致密的氢键网络结合静电作用与疏水相互作用,可在摩擦界面形成更加牢固的吸附层与摩擦化学膜。该协同强化效应显著提升了体系的减摩性能(摩擦系数约0.12)、承载能力(高达1000 N)及抗磨性能,并保持了对金属表面的低腐蚀倾向。
综合而言,对聚丙烯酸酯、聚氨酯及聚脲在内的多种聚合物型添加剂的研究表明,通过对大分子结构与非共价相互作用网络的合理设计,可构建高性能绿色水基润滑体系。因此,该方向的未来研究应聚焦于分子结构的优化设计、界面摩擦化学机制的深入解析以及长期服役稳定性的提升。
关键字
摩擦,水基润滑添加剂,摩擦化学反应,界面吸附,聚合物
稿件作者
王睿
中国科学院兰州化学物理研究所
马正峰
中国科学院兰州化学物理研究所
唐慧
烟台先进材料与绿色制造山东省实验室
王丽鑫
烟台先进材料与绿色制造山东省实验室
王明英
烟台先进材料与绿色制造山东省实验室
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