便携式人体皮肤摩擦性能测试仪的研制

随着对人体皮肤摩擦学特性研究的展开,目前还没有适用的设备对脸颊?额头等不规则形状部位进行测试,本文研制了一种便携式的摩擦性能测试仪,并在不损害皮肤情况下进行人体皮肤摩擦性能测试,结果表明:该测试仪使用方便?性能可靠.在0.2 2N 的接触正压力和10 60nml/S 的滑行速度范围内,皮肤摩擦系数与施加的接触正压力及滑行速度无关.自然状态下,手背?手掌?前臂屈侧?前臂伸侧?前额部位皮肤摩擦系数在性别间的差距较小,但脸颊部位皮肤摩擦系数女性却远大于男性.护肤品处理后,各测试部位皮肤摩擦系数在性别间的差距都有所缩小.     

人体手部皮肤的摩擦特性实验研究

采用微观摩擦磨损试验机对20名男女志愿者双手不同部位的摩擦系数进行测试.结果表明:男性手背皮肤的摩擦系数比女性偏低(女性为0.48～0.49,男性为0.38～0.39);男、女手掌的摩擦系数相差不大(女性为0.60～0.67,男性为0.62～0.70);男、女指纹的摩擦系数比较接近(女性为0.78～0.65,男性为0.77～0.68);男、女指甲的摩擦系数分别为女性0.25～0.21,男性0.23～0.21.在人体手部的手背、手掌、指纹和指甲4个部位中,摩擦系数的高低依次为指纹＞手掌＞手背＞指甲.     

新型皮肤摩擦特性测量装置的实验研究

研制出新型皮肤摩擦特性测量装置并用于测量人及动物体内、外皮肤的摩擦特性,在不同试验参数下测定了皮肤与假肢接受腔材料之间的摩擦系数.结果表明:该装置法向加载精度高达99.59%;在相同试验条件下测得猪体外皮肤摩擦系数的重复性较好;在人体上、下肢不同部位,只有手掌部位皮肤与其它部位的摩擦系数有显著性差异(P＜0.005);在控制法向载荷和往复移动频率2种模式下得到兔体内皮肤摩擦系数的试验结果具有可比性,摩擦系数随着法向载荷的增加而降低,随着往复移动频率的增加而增大;用该装置摩擦前后其皮肤组织结构有明显变化.     

不同性别人体皮肤摩擦不舒适度感知功能的研究

利用人体生理和心理反应反馈信号研究了不同性别人体前臂掌侧皮肤在不同法向加载摩擦条件下的不舒适度感知能力.试验在UMT-II多功能摩擦磨损试验机上进行,相应的生理反应信号:皮肤温度、电容以及脑电波利用NeXus-10生理反馈仪进行同步采集及定量分析;皮肤感知的心理信号借助于摩擦过程中受试者对疼痛、牵扯和灼热的感觉程度进行量化记分.结果表明:皮肤的摩擦系数在性别之间无显著性差异;女性皮肤的温度及电容普遍高于男性,但温度及电容在摩擦开始及结束时的差值在性别之间无显著性差异;女性脑电波幅值及高幅值波峰数大于男性;相应的女性在摩擦过程中不舒适的心理反应强于男性;所有受试者在摩擦过程中的不舒适感均随时间的延长及载荷的增大而增强.     

去角质化妆品对皮肤摩擦性能的影响研究

采用UMT-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机,模拟洗脸的摩擦条件,考察了微粒大小、数量和硬度不同的3种磨砂洗面奶介质对不同性别人体皮肤摩擦特性的影响.结果表明：由于在往复摩擦条件下磨砂洗面奶去除了皮肤表面老化角质层,皮肤的表面粗糙度下降,皮肤的电导、水合作用、黏着力及摩擦系数增加;含有2种微粒大小、数量和硬度适中的B组洗面奶介质摩擦去除老化角质较多,皮肤后续对保湿化妆品的渗透效果较好;由于不同性别皮肤表面结构的差异,磨砂洗面奶对男性皮肤表面结构的影响较女性大.     

皮肤往复摩擦条件下的损伤研究

选用成年健康活体兔皮肤替代残肢皮肤,在UMT-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机上通过模拟残肢皮肤/接收腔界面间的黏着和中间过渡摩擦行为,对兔皮肤的摩擦系数、Ft-D曲线、能量损耗以及这两种摩擦行为所引起的兔皮肤摩擦损伤机理进行了研究.结果表明:在0.5或3.5 N法向力作用下,随着往复摩擦位移从±2.5 mm增加到±5 mm,兔皮肤的摩擦行为从黏着状态转变到中间过渡状态,往复摩擦过程中的能量损耗增加;由于中间过渡状态下的兔皮肤摩擦系数较高,能量损耗较大,因而造成的皮肤损伤程度比黏着状态严重;与人体手掌或脚掌皮肤相比,兔皮肤的角质层较薄,很难形成摩擦水泡.     

迷彩服织物与人体肘部皮肤摩擦特性研究

在往复摩擦模式下模拟迷彩服穿着环境,研究了5种不同迷彩服织物的表面结构、亲疏水性、接触力值以及干湿状态对皮肤摩擦特性的影响.结果表明:在法向载荷为1 N时,湿态下的环境增强了织物与皮肤间的黏着力,织物与皮肤在湿态下的摩擦系数均高于干态;当法向载荷增加到5 N时,界面间的干湿状态对织物与皮肤的摩擦系数无明显影响.在干态时,不同迷彩服织物与皮肤的摩擦性能与织物的材质和针织结构有关,纯棉材质和斜纹结构的织物与皮肤的摩擦系数较小;在湿态时,不同迷彩服织物与皮肤的摩擦性能与织物的亲疏水性有关,疏水性强的织物由于增强了皮肤的水合作用以及界面间的粘附力,因此增加了织物与皮肤的摩擦系数.质地较硬的平纹结构织物易造成摩擦后的皮肤表面粗糙,造成皮肤不同程度的角质层分离及表皮撕裂,增加了皮肤表面损伤的风险.     

人体头发的摩擦特性实验研究

采用微观摩擦磨损试验机对受损、干性和油性头发的摩擦系数及其发根和发稍的摩擦系数进行测试;通过扫描电子显微镜分析3种不同发质头发发根和发梢的表面形貌.结果表明:受损、干性和油性头发发根部位的平均摩擦系数分别为0.133、0.124和0.120,发梢部位的平均摩擦系数分别为0.151、0.138和0.136,摩擦系数从高到低依次为受损头发＞干性头发＞油性头发;受损头发的摩擦系数比自然头发高;干性头发和油性头发的摩擦系数相差不大;发根部位的摩擦系数比发稍部位低.头发品质和受损程度是头发摩擦特性差异的主要因素.     

汗液对皮肤摩擦特性的影响研究

采用人工汗液模拟人体汗液,在连续和间歇式往复摩擦运动模式下研究汗液对正常人体皮肤、穿戴假肢皮肤以及残肢疤痕皮肤摩擦性能的影响,并模拟假肢穿戴环境研究汗液对皮肤摩擦舒适度的影响. 结果表明:在法向载荷为0.2 N和0.7 N的连续和间歇式往复摩擦运动模式下,汗液均通过改变皮肤表面的物理化学性能而对皮肤的摩擦行为产生影响;在汗液逐渐干燥的过程中,皮肤的摩擦行为从粘着向相对滑移状态转变,摩擦系数变化经历从小到大再减小、最后达到稳定的过程;在法向载荷为8.0 N、模拟假肢穿戴环境的连续式往复摩擦运动模式下,汗液环境中的正常小腿皮肤、穿戴假肢皮肤和残肢疤痕皮肤的摩擦系数均大于干燥环境.根据皮肤在摩擦过程中的疼痛感、牵扯感和灼热感等同时提出皮肤摩擦舒适度概念,与干燥的假肢穿戴环境相比,汗液均加强了不同皮肤的摩擦不舒适感.     

跑速对男性大学生下肢关节负荷特征的影响

比较不同跑速下膝关节和踝关节屈伸峰值力矩、峰值功率、关节做功、关节冲量矩以及单位距离关节累积冲量矩等指标的变化，旨在探讨不同跑速对下肢关节单次触地负荷和累积负荷特征的影响。选择12名青年男性大学生为受试者，使用VICON红外高速运动捕捉系统、Bertec Fit三维测力跑台同步采集8 km/h、10 km/h、12 km/h和14 km/h共4个速度下跑步膝关节和踝关节的动力学参数，分析膝关节和踝关节屈伸峰值力矩、峰值功率、做功、冲量矩和单位距离关节累积冲量矩等指标。结果表明，支撑期踝关节跖屈峰值力矩、落地缓冲期和离地蹬伸期峰值功率、踝关节做功均随速度的增加显著增加(P<0.05),而膝关节伸膝峰值力矩、峰值功率和做功随着速度的增加均无显著变化(P>0.05);跑步1 km时膝关节和踝关节的累积冲量矩随着速度的增加均显著减小(P<0.05),膝关节和踝关节单步冲量矩随着速度的增加无显著变化(P>0.05)。跑速增加不会影响男性大学生踝关节和膝关节单次触地冲量矩，但会减小跑步者膝关节和踝关节单位距离累积冲量矩；跑速增加，男性大学生踝关节跖屈峰值力矩、峰值功率、关节...     

B4C/hBN复相陶瓷与球墨铸铁配副摩擦学性能研究

本文中以热压烧结法制备不同hBN质量分数(0%、10%、20%和30%)的B4C/hBN复相陶瓷作为销试样,与球墨铸铁(QT)盘试样在空气润滑条件下进行销-盘式摩擦磨损试验,滑动速度为0.66 m/s,磨程为850 m,载荷为5 N.借助扫描电子显微镜(SEM)观察摩擦表面和磨屑的形貌特征,利用X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等分析手段表征磨面和磨屑的物质组成,得出复相陶瓷成分、试验参数对配副摩擦学性能的影响.研究表明:hBN质量分数为0%和10%的复相陶瓷(BN00、BN10)与铸铁配副时,磨损机制以黏着磨损为主,摩擦系数为0.5,h BN质量分数为20%和30%的复相陶瓷(BN20、BN30)与铸铁配副时,陶瓷销表面出现连续的表面膜,该表面膜主要由Fe_2O_3、Fe_3O_4、B_2O_3、B_4C及h BN等物质组成,摩擦系数降低至0.2;随着载荷的升高,QT-BN00与QT-BN10配副磨损机制仍以黏着磨损为主,摩擦系数与5 N载荷无明显变化,而QT-BN20与QT-BN30配副摩擦系数随载荷上升而升高,当载荷为10 N时,摩擦系数升至0.6.     

激光表面织构化对GCr15钢摩擦磨损性能的影响

本文利用Nd:YAG固体脉冲激光对GCr15钢样品表面进行了微坑织构化处理,考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电镜等对磨斑表面进行了分析.结果表明:与光滑面试样相比,经织构化处理的样品表面在干摩擦条件下虽然摩擦系数较高,但表现出了较好的抗磨性能;在贫油润滑条件下,织构面的摩擦系数与磨损均明显小于光滑面;在低载低速下较小孔径织构面摩擦系数较小,随着速度及载荷的增大,较大孔径织构面表现出更好的摩擦学性能.采用Stribeck曲线探讨了织构化表面与光滑面在贫油润滑下的润滑机理,结果表明织构面在试验条件下均保持油膜流体润滑状态.     

几种合成碳氢油的真空摩擦磨损行为研究

利用真空四球摩擦试验机系统考察了聚α-烯烃（PAO40,PAO10）和多烷基化环戊烷（MAC）2类合成碳氢油在空气、真空（压强小于6.0×10-4 Pa）和高纯氮气条件下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜（SEM）和非接触式三维表面轮廓仪观察了钢球摩擦表面的微观形貌,探讨2类合成碳氢油在空气、真空和高纯氮气中的润滑机理.结果表明：在空气中,由于连续的边界氧化膜和润滑油膜的存在,2类合成碳氢油的摩擦系数较低且能保持稳定,磨斑直径较小、磨痕表面光滑平整.在真空和高纯氮气中,由于润滑膜失效和剧烈温升,2类合成碳氢油的摩擦系数较高且剧烈波动,磨斑直径较大、表面可见明显的黏着磨损.     

表面织构与离子液体润滑组合体系的摩擦学性能研究

利用激光加工技术在钛合金表面构建不同尺寸的圆形微坑织构图案. 利用MS-T3001型试验机测试了圆形微坑织构、离子液体[1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酰胺盐和十四烷基三丁基季鏻双(2-乙基己基)磷酸盐]及二者构成润滑组合的摩擦磨损性能. 利用金相显微镜观察圆形微坑织构的尺寸和表面形貌,利用扫描电镜分析摩擦过程前后织构化表面的形貌,采用ANSYS Fluent软件模拟分析表面织构参数和离子液体理化性质对摩擦学性能的影响. 结果表明,表面织构、离子液体、表面织构与离子液体的复合体系均展示了良好的减摩抗磨性能. 优化表面织构与离子液体的组合能够提升润滑体系的摩擦学性能. 表面织构与离子液体组成的复合润滑体系,摩擦系数随圆形微坑织构直径的增大而减小,归因于圆形微坑织构能够储存磨屑和离子液体并形成稳定的离子液体润滑薄膜,黏度较大的离子液体在收敛区间产生楔形效应,导致对上摩擦副升力增大.      

超高分子量聚乙烯/Al_2O_3生物摩擦学特性的研究

在自制销 -盘摩擦磨损试验机上评价了超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)与 Al2 O3陶瓷摩擦副在干摩擦和生理盐水、蒸馏水及人血浆润滑条件下的摩擦学特性 ,用扫描电镜观察试样磨损表面形貌并分析磨损机理 .结果表明 :在干摩擦和生理盐水及蒸馏水润滑条件下的起始摩擦系数较接近 ,血浆润滑条件下的起始摩擦系数最低 ;稳态摩擦系数在干摩擦时最大 ,蒸馏水润滑条件下最小 ,生理盐水和人血浆润滑条件下较接近并比蒸馏水润滑下的高 ;干摩擦下UHMWPE的磨损率最大 ,血浆润滑条件下的最小 .干摩擦下 UHMWPE磨损表面可见大量不规则的细小纤维状磨屑 ,蒸馏水润滑下 UHMWPE磨损表面可见明显的塑性变形和疲劳剥落迹象 ,而血浆润滑条件下 UHMWPE磨损表面则可见大量的疲劳微裂纹     

第21届材料磨损国际会议的总结评述

本文作者总结了第21届材料磨损国际会议概况,对研究最为活跃的滑动磨损、磨粒磨损、腐蚀、润滑、磨损建模与模拟、生物摩擦学以及高分子及高分子基复合材料磨损等研究领域的最新进展进行了评述.基于对本次会议报告的总结和概括,本文作者提出未来可能的研究重点:在生物摩擦学方面与人体疾病相关的组织、器官摩擦学性能值得重点关注;传统摩擦学研究在重现试验现象与总结试验规律的同时,更应深入地分析、归纳和总结其中包含的摩擦学机理;鉴于摩擦学模型对摩擦机理的深入揭示以及对摩擦学实际工程应用的指导,摩擦学建模值得大力发展.     

磁场作用下基础油和含磷酸三甲酚酯润滑油的摩擦磨损特性

在四球摩擦磨损试验机的摩擦区域外加磁场,考察了150SN基础油和添加磷酸三甲酚酯(TCP)润滑油在磁场作用下的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分别分析了磨斑表面形貌及典型元素的化学状态,并对摩擦学机理进行了初步探讨.摩擦学试验结果表明:在磁场作用下,基础油和含TCP润滑油中钢球的磨斑直径均比无磁场时小,而两种油样的摩擦系数均比无磁场时大.XPS分析表明:磁场对润滑油摩擦学性能的影响与边界润滑膜的性质有关,磁场有利于TCP中P和O元素与金属表面的键合,促进了金属表面摩擦化学反应膜的形成,增强了含TCP润滑油的抗磨性能.