皮肤与织构化钢材表面的摩擦学相互作用及触觉感知

来源 :第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chaos32167
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  随着人民生活水平的提高,消费者在选购产品的时候,不再只关注产品功效,同时也注重产品使用时的精神享受,如舒适的触感等。皮肤接触和感知产品表面的过程即为摩擦的过程,所产生的摩擦力,即接触摩擦力,能够激发皮肤内的四种响应机械刺激的感觉神经元,从而获得不同的触感。而表面织构作为一种可以显著改善表面摩擦学性能的方法受到了国内外科学技术工作者的广泛关注。因此,通过对与皮肤接触的产品表面进行织构,能够影响其与皮肤之间的接触摩擦力,进而改善产品的触觉感知。本文采用激光表面织构技术在钢材表面设计并制备了四种具有不同几何形状和参数的微观表面形貌造型(Groove、Grid、Crater、Hilbert Curve),采用ATI Gamma Load Cell考察了手指与织构化钢材表面的摩擦学相互作用,同时通过触觉感知测试评价了不同织构化表面的粗糙度、粘附性及舒适度感知,并与未织构化的表面进行了对比。结果 表明:(1)与Grid型和Hilbert Curve型织构化表面相比,各向异性的Groove型织构化表面的摩擦系数受滑动方向的影响较大,在所设计的表面形貌参数(深度=5~30μm,沟槽宽度45μm,λ间距100μm)范围内,平行于Groove方向的摩擦力大于垂直于Groove方向的摩擦力;(2)与Groove型和Hilbert Curve型织构化表面相比,Grid型织构化表面更能降低皮肤与表面的摩擦系数;(3)通过实验数据结合皮肤接触力学模型分析,建立了织构化表面形貌参数与皮肤接触摩擦系数之间的关系规律:在所设计的表面形貌参数范围内,粘附力占主导因素,接触摩擦系数由接触压力及真实的接触面积决定;随着真实接触面积的减小,黏附力减小,接触摩擦系数就越小;(4)建立了皮肤接触摩擦系数与舒适度之间的关系规律:动摩擦系数越小,舒适度越高;且感知的黏附力越小,舒适度越高。通过以上研究,提出了提高产品舒适度的表面形貌设计原则,及产品表面形貌优化策略,为相关产品的研究开发提供了有益的指导。
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