محلول ژلاتین احتمالاً اصطکاک را به سادگی با تشکیل یک لایه روان کننده نازک و هیدراته که قادر است سطوح را از برهمکنش مستقیم جلوگیری می کند، کاهش می دهد. با این حال، انتظار می رود که تعلیق ذرات سطوح را با استفاده از یک مکانیسم بلبرینگ که در آن ذرات هیدروژل منفرد غلت می خورند، در حالی که مجموعاً بار را حفظ کرده و سطوح را جدا نگه می دارد، روان کند (شکل 1). برای تعلیق ذرات هیدروژل، متوجه می‌شویم که ضریب اصطکاک از طریق رژیم‌های متعدد تغییر می‌کند. این رژیم ها فراتر از مرز مورد انتظار، رژیم های مخلوط و هیدرودینامیکی برای اکثر روان کننده های سیال هستند، همانطور که برای محلول ژلاتین نیز دیده می شود. برای تعلیق ذرات ما، ضریب اصطکاک در ابتدا ثابت است همانطور که در رژیم مرزی انتظار می رود. سپس کاهش اصطکاک را با افزایش سرعت پیدا می کنیم و به دنبال آن ضریب اصطکاک با افزایش بیشتر سرعت تا حدود 2 میلی متر بر ثانیه افزایش می یابد. کاهش شدید پس از 20 میلی متر s-1 دوباره شبیه رفتار Stribeck معمولی در رژیم مخلوط است. با افزایش ضخامت لایه روان کننده، کاهش شدید اصطکاک مشاهده می شود. در حداکثر سرعت 500 میلی‌متر بر ثانیه، به نظر می‌رسد که سیستم همچنان در رژیم مخلوط است. اگر سیستم وارد رژیم هیدرودینامیکی شده بود، افزایش ضریب اصطکاک قابل انتظار بود. این دینامیک سرعت پیچیدگی روان کننده های حاوی بلبرینگ های نرم را برجسته می کند. رژیم‌های اصطکاکی مشابهی برای سایر سیستم‌های پراکنده نرم، مانند ذرات آگار و محلول‌های پروتئین آب پنیر، یافت شده است. در این کارها، رژیم‌های اصطکاکی پیشنهاد شده‌اند که از سیالات مختلف یا ذرات ژل که به طور جداگانه وارد شکاف می‌شوند، منشأ می‌گیرند. سرعت ها در رژیم مرزی، در سرعت‌های پایین، انتظار می‌رود که فقط سیالات یا هیدروکلوئیدهای کوچک بتوانند وارد شکاف شوند. فراتر از اندازه شکاف بحرانی، ذرات شروع به ورود به منطقه تماس می کنند. 6،30،37،38 این ممکن است در ابتدا منجر به افزایش اصطکاک به دلیل کاهش تحرک دو سطح شود. هنگامی که روان کننده قادر به تشکیل یک لایه یکنواخت است، اصطکاک به شدت کاهش می یابد همانطور که در رژیم مخلوط انتظار می رود.

توصیفات موجود در ادبیات همانطور که در بالا خلاصه شد، به طور کامل رفتاری را که ما برای سوسپانسیون ذرات ژلاتین خود می‌یابیم، نشان نمی‌دهد. ما ضرایب اصطکاک متفاوتی را برای همه نمونه های خود در رژیم مرزی پیدا می کنیم که در بخش های بعدی توضیح داده خواهد شد. نتایج ما نشان می‌دهد که ذرات از قبل با سرعت‌های پایین در شکاف وجود دارند، که نشان می‌دهد مکانیسم‌هایی که در حال حاضر در ادبیات توضیح داده شده‌اند قادر به توضیح پویایی در روان‌کننده هیدروژل نرم ما نیستند. با تغییر کسر حجمی ذرات، تغییر شکل پذیری ذرات و اندازه ذرات، اکنون به طور سیستماتیک عوامل اصلی رفتار اصطکاکی یاتاقان های توپ نرم را بررسی خواهیم کرد. یک نمای کلی از سوسپانسیون های میکروذرات هیدروژل که در بخش های زیر توضیح داده خواهد شد در

ویژگی های ریز ذرات ژلاتین برای نمونه های مختلف مورد استفاده برای سری تغییر شکل‌پذیری، YM به مدول یانگ دیسک‌های ژلاتین ماکروسکوپی در کیلو پاسکال اشاره دارد. ویسکوزیته (Pa s) تعلیق ها با نرخ برش ثابت 1 s-1 نیز در اینجا نشان داده شده است.

کسر بسته بندی ذرات

ضرایب اصطکاک زمانی که تماس مستقیم بین سطوح در حال تعامل به حداقل می رسد انتظار می رود کمترین مقدار باشد. برای کره های (نیمه) جامد به عنوان بلبرینگ، تغییر تعداد کره هایی که سطوح را از هم جدا می کنند، راهی موثر برای تأثیرگذاری بر ضریب اصطکاک خواهد بود. ما کسر حجمی ذرات موجود در سوسپانسیون را تغییر می‌دهیم تا تأثیر تعداد ذرات بر توانایی روانکاری کره‌های نرم را بررسی کنیم. ذرات مورد استفاده حاوی 15 درصد ژلاتین و اندازه ذرات متوسط ​​8 میکرومتر بودند. یک سوسپانسیون متراکم با حداکثر کسر بسته‌بندی با حذف هرچه بیشتر آب با استفاده از سانتریفیوژ و تخلیه متعاقب آن سوسپانسیون سیال از طریق یک فیلتر به دست آمد.