Adhesion and friction behaviour in the contact of rough viscoelastic surfaces.

• Autorzy: Balabanava N. , Chizhik S. , Rymuza Z.

Warianty tytułu

PL

Adhezja i tarcie w styku chropowatych powierzchni lepkosprężystych.

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The problem of assembly and handling of microdevices is very important nowadays and the microgrippers are widely used in these processes. One of the main problems that can occur is the problem of sticking of microparts to the working arms of microgripper and friction. The possible solution is to use polymeric coatings with different material and topography properties to prevent action of adhesion. To foresee the behavior of the coatings we use AFM techniques. Usually in the analyses of received data the Hertz theory with JKR or DMT models, that are rather idealized, are used. In reality the polymer coatings perform viscoelastic behavior and have a rough surface, that why the theoretical and experimental data so disagree. In this paper we would like to present the model of contact of rough surfaces that possess a viscoelastic adhesive behavior. The dependences of pull- off force from different material and topography properties were studied. These dependences were compared with ones for elastic materials contact. The friction force was calculated as a function of contact area during the contact. For mathematical description we used Maxwell model and Radoc approach for calculation of the contact parameters in the case of viscoelasticity and JKR solution to describe adhesion. In the result we received the model of the contact that includes viscoelastic deformation and surface characteristics. One of the conclusions of this work is that by proper selection of materials and topography properties we can optimize value of pull- off force during the manipulation of microparts.

PL

Problem mikromontażu i chwytania w obszarze mikrourządzeń staje się obecnie niezwykle ważny w szczególności w przypadku mikrochwytaków. Jednym z głównych problemów jest przylepianie się mikroelementów do powierzchni roboczych mikrochwytaków oraz tarcie tam występujące. Możliwe rozwiązanie polega na zastosowaniu powłok polimerowych różnych materiałów różnymi topografiami powierzchni, aby zapobiec adhezji. Aby przewidzieć zachowanie się pokryć, można przeprowadzić badania z użyciem technik AFM. Zwykle do analizy wyników wykorzystuje się teorię Hertza z modelami JKR lub DMT, lecz jest to raczej pewna idealizacja. W rzeczywistości polimery wykazują lepkosprężystość oraz mają powierzchnie chropowate, dlatego nie ma zgodności wyników modelowania z wynikami eksperymentu. W artykule chcemy zaprezentować model styku powierzchni chropowatych, które wykazują adhzję i własności lepkosprężyste. Zbadano zależność siły adhezji (pull-off force) od zastosowanego materiału i topografii powierzchni. Zależności te porównano z podobnymi, lecz dla styku sprężystego. Wyznaczono też siłę tarcia jako funkcję wielkości obszaru odkształconego. Do opisu matematycznego wykorzystano model Maxwella i ujęcie Radoca dla przypadku kontaktu lepkosprężystego oraz model JKR dla opisu efektu adhezji. Wynikiem jest model styku w którym uwzględnia się lepkosprężystość oraz parametry powierzchni. Jednym z wniosków z tej analizy jest to, że przez właściwy dobór materiałów i topografii powierzchni możemy zoptymalizować siłę adhezji przy manipulacji mikroelementami.

Słowa kluczowe

EN

adhesion; friction; viscoelastic behaviour; rough surfaces; thin film

PL

adhezja; tarcie; lepkosprężystość; powierzchnie chropowate; cienka warstwa

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Zagadnienia Eksploatacji Maszyn
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 41, nr 2
• Strony: 7--18

Twórcy

autor

Balabanava N.

autor

Chizhik S.

autor

Rymuza Z.

• Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Sw. A.Boboli 8, 02-525 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] H. Hertz, J. Reine Angew. Math. 92 (1882) 156.
• [2] B. Bhushan, Introduction to tribology, John Wiley & Sons, Inc. 2002.
• [3] Sviridenok A.I., Chizhik A.S., Petkorovets M.I., Mechanic of Discontinuous Friction lnteraction, (rus.), 1990.
• [4] Johnson K.L., Mechanics of Contact Interaction, (rus), 1989.
• [5] Greenwood, J.A., Johnson, K.L., An alternative to the Maugis model of adhesion between .viscoelastic spheres, J. Phys. D: Appl. Phys. 31, 3279. 1998.
• [6] K.L. Johnson, K. Kendall, A.D. Roberts, Proc. R. Soc. London A 324 (1971) 301.
• [7] B.V. Derjaguin, V.M. Muller, Y.P. Toporov, J. Colloid Interf. Sci. 53 (1975) 314.
• [8] B. Bhushan, Modern Tribology Handbook, vol. 1, 2. Springer, Berlin. 2001.