液晶潤(rùn)滑的研究課件

液晶潤(rùn)滑的研究

報(bào)告人鄭建華導(dǎo)師馬小軍

2004-04-12主要內(nèi)容液晶定義及分類潤(rùn)滑的分類液晶潤(rùn)滑的摩擦學(xué)原理液晶用作潤(rùn)滑的研究液晶用作潤(rùn)滑添加劑的研究液晶的定義液晶的發(fā)現(xiàn)：1888年，奧地利－－植物學(xué)家萊尼采爾加熱膽固醇晶體時(shí)發(fā)現(xiàn)。液晶（Liquidcrystal)：介于各向異性晶體和各向同性液體之間的有序流體，又稱介晶相(mesophase)。液晶即具有流體的流動(dòng)性和連續(xù)性，又具有晶體分子排列的取向有序性和光學(xué)各向異性。

2）熱致液晶：在一定溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)晶體特性。根據(jù)分子的排列形態(tài)分：近晶型，向列型，膽甾型，柱狀型潤(rùn)滑的分類流體動(dòng)力潤(rùn)滑：磨擦面之間依負(fù)荷（軸承間隙）及表面光潔度不同，導(dǎo)入厚度約0.0001-0.1mm的連續(xù)潤(rùn)滑油膜支撐負(fù)荷，摩擦轉(zhuǎn)變成潤(rùn)滑油膜的內(nèi)摩擦。邊界潤(rùn)滑：不符合牛頓流體力學(xué)定律的極薄或不連續(xù)膜，也就是有微小局部金屬摩擦面接觸的潤(rùn)滑狀態(tài)?；旌蠞?rùn)滑：邊界潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑之間的一種過渡狀態(tài)。彈性流體潤(rùn)滑：利用流體受到高壓時(shí),流體的物理特性及形態(tài)發(fā)生變化的特性來分隔高壓下的摩擦副,從而達(dá)到潤(rùn)滑的目的.流體在高壓下會(huì)從流體的形態(tài)轉(zhuǎn)變成固體的形態(tài)。但當(dāng)壓力去掉后，就會(huì)恢復(fù)到原來的形態(tài)。液晶用于潤(rùn)滑的摩擦學(xué)原理液晶潤(rùn)滑的發(fā)現(xiàn)：1981年Barchan通過對(duì)關(guān)節(jié)滑液、魚鱗的粘液、血液以及涂在金屬表面的液晶混合物研究中發(fā)現(xiàn)，這些物質(zhì)處于液晶態(tài)時(shí)，均有很好的潤(rùn)滑性能，而在清亮點(diǎn)以上失去了潤(rùn)滑效果。目前研究發(fā)現(xiàn)，液晶不同于通常的牛頓流體，其潤(rùn)滑性能要比基礎(chǔ)油好，而且摩擦系數(shù)對(duì)速率的依靠很小，在低速率、高載荷的條件下可獲得流體潤(rùn)滑。1-7為常用合成潤(rùn)滑油，LC1、LC2為兩種不同的液晶

Moris,IwataH.Tribol.Int.29,35-39液晶用于潤(rùn)滑的摩擦學(xué)原理液晶分子在固體表面或附近的不同排列狀態(tài)液晶用于潤(rùn)滑的摩擦學(xué)原理溶致液晶的潤(rùn)滑研究最初發(fā)現(xiàn)的溶致液晶相是一些鏈分子與水的締合體系，用于潤(rùn)滑時(shí)會(huì)帶來金屬表面的腐蝕問題。一些物質(zhì)在有機(jī)溶劑中也可以形成液晶相：例如卵磷脂在乙二醇中可以形成液晶相。Friberg等人研究三乙基油酸銨鹽/極性溶劑形成液晶的潤(rùn)滑行為，在彈流潤(rùn)滑條件下，液晶的締合結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑性能無太大影響,在溶劑層中加入添加劑可以提高潤(rùn)滑薄膜的載荷能力。（LockwoodFE,BenchaitaMT,FribergSE.ASLETrans.30:539-548)熱致液晶的潤(rùn)滑研究

熱致液晶的結(jié)構(gòu)熱致液晶的潤(rùn)滑研究1化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑性能的影響Mori等人的研究表明了當(dāng)剛性部分為聯(lián)苯時(shí)，形成平面結(jié)構(gòu)，在受到剪切時(shí)，平面結(jié)構(gòu)有利于分子的有序排列，形成利于潤(rùn)滑的剪切平面。當(dāng)環(huán)氧基代替其中的一個(gè)苯環(huán)時(shí)，摩擦系數(shù)由0.035上升到0.045。（Mori.S，TribolInt.29：35-39）對(duì)靜態(tài)和剪切條件下的液晶潤(rùn)滑膜的紅外發(fā)射光譜比較：含有密集芳環(huán)的碟狀液晶在剪切條件小下與靜態(tài)時(shí)的紅外光譜有很大的差別，而只含有一個(gè)苯環(huán)的線型分子在靜態(tài)和剪切時(shí)紅外光譜沒有差別。

（LauerJL,Ahn，F(xiàn)ischerTEinTribologyandtheLiquid－CrystallineState）熱致液晶的潤(rùn)滑研究2溫度和液晶相結(jié)構(gòu)對(duì)潤(rùn)滑性能的影響溫度高于清亮點(diǎn)后，液晶有各向異性向各向同性相轉(zhuǎn)變，有序變?yōu)闊o序。摩擦系數(shù)雖有增大，但較普通潤(rùn)滑油的摩擦系數(shù)要低。（Coard.InTribologyandtheLiquid-CrystallineState.441,1-48)液晶相結(jié)構(gòu)幾乎不影響液晶的摩擦性能。向列液晶在500h之后的的摩擦系數(shù)μ＝0.034，而成為膽甾相時(shí)μ＝0.03

（Mori.S，TribolInt.29：35-39;BermudezMD，MartinezNG，Wear.212，188-194）溶致液晶與熱致液晶的比較溶致液晶：優(yōu)點(diǎn)：溶致液晶有更多的結(jié)構(gòu)修飾方法，可以加各種添加劑來改善起性能。缺點(diǎn)：由于溶劑的揮發(fā)與腐蝕問題，使用范圍上受到限制。熱致液晶：優(yōu)點(diǎn)：可以克服溶致液晶溶劑揮發(fā)的缺點(diǎn)。缺點(diǎn)：液晶存在（或形成液晶)溫度范圍太窄,在幾十度之內(nèi)，應(yīng)用范圍受到限制。而幾種液晶混合物的溫度范圍可以拓寬，甚至超過100℃，低溫也擴(kuò)展到30℃左右。液晶潤(rùn)滑添加劑的研究盧頌峰等將苯甲酸衍生物（向列型液晶）作為普通潤(rùn)滑劑的添加劑，系統(tǒng)研究了液晶添加劑的潤(rùn)滑作用，發(fā)現(xiàn)其有減摩擦、抗磨損、防爬行作用（Falex機(jī)上實(shí)驗(yàn)）(SealingandLubrication(1):25-28)Bermudez等將14種向列或近晶型液晶（主要為偶氮苯類化合物）用作基礎(chǔ)油的添加劑。研究了2種不同基礎(chǔ)油和添加1％這些液晶后的摩擦稀疏降低的情況，如下圖：(BermudezMD,MartinezNG,