ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Неводные пленки на твердых поверхностях. Смазывающее действие из "Курс коллоидной химии" Образование пленок на поверхностях твердых тел играет большую роль в явлениях, связанных с трением. [c.105] Рассмотрим роль смазки в условиях трения. При нанесении тонкого слоя смазки между двумя твердыми телами наблюдаются резкое уменьшение величины коэффициента трения tj, плавность хода при перемещении трущихся тел и значительное уменьшение их износа. Необходимость технологической разработки столь важной для практики задачи — получения смазок — побудила исследователей к выяснению механизма смазывающего действия. Смазывающую способность веществ (названную в практике маслянистостью ) долгое время пе удавалось связать ни с одним из известных физических или химических параметров смазочного материала. Лишь с развитием учения о поверхностных явлениях появилась возможность установить, что материальным носителем этого свойства являются ориентированные слои, образующиеся у поверхности твердого тела. [c.105] Большой интерес представляет метод получения регулярных мультимолекулярных слоев на твердых пластинах (стекло, кварц, металлы) посредством переноса пленок с поверхности воды, разработанный Блоджет. Так, если стеклянную пластинку поднимать из воды через монослой стеарата бария (рис. VII. 14), то на ней образуется пленка, гидрофобная поверхность которой ориентирована наружу. Если затем погружать пластинку в обратном направлении в воду, на пластинке спиной к спине осаждается второй слой с гидрофильной поверхностью и т. д. Пленки, построенные таким образом, могут состоять из сотен монослоев и носят название Y-пленок, пленки, состоящие из одинаково ориентированных монослоев, называются Х-пленками. [c.106] Последовательно нанесенные монослои, по-видимому, не обладают фиксированной ориентацией рентгеноструктурпые исследования показали, что внутренняя ориентация в обоих типах пленок одинакова. [c.106] В отличие от полимолекулярности, этот термин подчеркивает регулярность многократного повторения ориентированных мономолекулярных слоев. [c.106] Изучено влияние ориентации молекул в поверхностном слое на коэффициент трения. Мерой ориентации служило вентильное действие — способность пленки выпрямлять проходящий ток, обусловленная существованием Дф (понижающей работу выхода электронов в одном направлении и повышающей —в другом). Опыты показывают, что величина ц оказывается наименьшей при максимальной ориентации и снижается тем сильнее, чем совершеннее ориентация молекул поверхностного слоя. [c.107] В соответствии с рассмотренными представлениями, механизм смазывающего действия может быть объяснен следующим образом скольжение происходит между концами неполярных гибких цепей двух молекулярных слоев, ориентированных иа трущихся твердых поверхностях (рис. VII. 15). При этом, естественно, уменьшается заедание и предотвращается износ твердого материала, защищенного одеждой из ориентированных молекул смазки. [c.107] Для реальных твердых тел картина оказывается более сложной, поскольку даже самые гладкие поверхности никогда ие бывают идеально ровными на молекулярном уровне (см. раздел IX. 1). На кристаллических поверхностях имеются возвышения и впадины высотой в десятки и сотни нм. Полировка вызывает локальное плавление, сглаживающее грубые неровности, поскольку трение (в отсутствие смазки) соировождается сильным разогревом в точках контакта (площадь действительных контактов составляет доли процента от видимой). Так, при трении стекла ио стали локальная температура поднимается до 1200 °С (по данным ИК-спектроскопии излучаемого при трении света) происходит горячая сварка, пропахивание материала, появление волиистости. Контакт осуществляется в отдельных точках, откуда пленка выдавливается (рис. VII. 16, а), в окружающих зонах пленка сжимается, ориентация нарущается (рис. VII, 16,6) и величина fX может несколько возрастать с увеличением нагрузки. [c.107] Дальнейшие исследования свойств ориентированных слоев в работах Дерягина , Ребиндера, Харди, Г. Фукса и других авторов, способствовали развитию теории смазывающего действия и разработке научно-обоснованных путей получения смазок. [c.107] Зависимость р, от состава смазки представлена на рис. VII. 17, показывающем, что jj, уменьшается с ростом молекулярной массы М. Выход х на постоянный уровень наблюдается вблизи того члена гомологического ряда, Т плавления которого соответствует Т излгетенной. Смазывающая способность кислот выше, чем неполяр-Hbi.v углеводородов. [c.107] Добавление к парафину стеариновой кислоты приводит к уменьшению ц, Минимальное значение достигается уже при 5 % (масс.) кислоты и далее не изменяется. Такое количество обеспечивает затравку , ориентирующую неполярные молекулы углеводорода. [c.107] Следовательно, для получения хороших смазок до-статочно ввести небольшие количества полярных ПАВ в минеральные масла, значительно более дешевые. [c.108] Следует отметить, что толщина граничных смазочных слоев практически превышает бимолекулярный слой, составляя обычно десятки нм (т. е. десятки монослоев). По-видимому, силовое поле твердого тела не экранируется первым слоем молекул. Наряду с этим ориентация молекул в ближайшем к поверхности слое может оказаться затравкой , организующей ориентацию последующих слоев возможным механизмом является индуцирование диполей с последующим их взаимодействием и образованием цепочек . [c.108] При граничном трении сила трения мало зависит от скорости, в отличие от жидкостного трения. Поэтому в современной технике, оперирующей высокими скоростями, целесообразно наносить тонкие слои смазки (сохраняющиеся при снятии излишков смазки), обладающие аномально высокой вязкостью и обеспечивающие закономерности граничного трения. [c.108] Образование ориентированных слоев играет также большую роль в процессах прилипания и склеивания. В этих процессах связующее вещество должно вначале быть жидким (для заполнения впадин и повышения фактической площади контакта), и затвердевать в процессах схватывания, посредством замерзания (лед), химических реакций окисления (лаки), гидратации (цемент), полимеризации (клеи) и др. Склеивание полимерных материалов осуществляется путем взаимной диффузии сегментов полимерных цепей. Силы адгезии между твердой поверхностью и затвердевшим клеем или пленкой, согласно представлениям, развитым Дерягиным, имеют во многих случаях (например, при взаимодействии металлов с полимерами) электрическую природу и определяются величиной Дер, возникающей при ориентации молекул в поверхностном слое. Поэтому при разработке новых склеивающих материалов и пленочных покрытий, широко используемых в современной технике, особое внимание следует уделять способности этих веществ к образованию ориентированных слоев. Для повышения этой способности разрабатываются специальные полярные присадки. [c.108] Исследования поверхностных слоев, а также многочисленные адсорбционные данные показывают, что силовое поле у твердой поверхности является весьма значительным и распространяется на расстояния, превышающие размеры молекул. [c.109] Для понимания процессов адсорбции на твердых телах, имеющих огромное практическое значение, необходимо прежде всего познакомиться с природой сил, действующих на границе твердого тела с газом и жидкостью, а также с величинами энергии адсорбционного взаимодействия. Эти представления, необходимые для построения теоретических основ адсорбции, рассматриваются в следующих главах. [c.109] Вернуться к основной статье