stringtranslate.com

Покрытие против царапин

Покрытие против царапин — это тип защитного покрытия или пленки, наносимой на поверхность объекта для смягчения царапин. Царапины — это небольшие порезы на уровне поверхности, оставленные на поверхности после взаимодействия с более острым предметом. Покрытия против царапин обеспечивают устойчивость к царапинам, поскольку содержат крошечные микроскопические материалы со свойствами устойчивости к царапинам. Материалы, устойчивые к царапинам, выпускаются в виде добавок , фильтров и связующих веществ . Помимо материалов, на устойчивость к царапинам влияют методы формирования покрытия . Устойчивость к царапинам измеряется с помощью теста на твердость к царапинам . В коммерческих целях покрытия против царапин используются в автомобильной , оптической , фотографической и электронной промышленности, где перепродажа и/или функциональность ухудшаются из-за царапин. Покрытия против царапин приобретают все большее значение, поскольку традиционные материалы, устойчивые к царапинам, такие как металлы и стекло , заменяются пластиками с низкой устойчивостью к царапинам . [1]

Приложения

Основными отраслями применения покрытий, устойчивых к царапинам, являются автомобилестроение, оптика и электроника.

Автомобильный

Антицарапающие покрытия в автомобильной промышленности сохраняют внешний вид автомобиля и предотвращают повреждение антикоррозионного слоя автомобиля. Антикоррозионный слой защищает металлы автомобиля от вредного воздействия окружающей среды. Автомобильные антицарапающие покрытия становятся прочнее (с 10 до 15 ньютонов защиты), чтобы противостоять потере стойкости к царапинам из-за перехода промышленности от стали к легким, но малоустойчивым к царапинам пластикам и алюминию . В настоящее время образование царапин уменьшается с помощью грунтовки и прозрачного покрытия. Грунтовка изготавливается из полиолефиновой смолы, в то время как прозрачное покрытие содержит добавки силоксана и эрукамида. [2] [3]

Оптический

Покрытия, устойчивые к царапинам, добавляются к очкам из-за чрезвычайной способности царапин влиять на зрение владельца. Даже когда оптические очки сделаны из стекла с высокой устойчивостью к царапинам , поликарбоната или CR-39 , покрытия все равно используются. Оптические покрытия включают алмазоподобный углерод (DLC) и гибридные покрытия, устойчивые к царапинам и отражающие. Алмазоподобный углерод — это покрытие, которое разделяет чрезвычайную устойчивость к царапинам алмазов. Гибридные покрытия Anti-Reflection Scratch содержат добавки, устойчивые к царапинам, с материалами антибликового покрытия . [4] [5]

Электроника

В электронной промышленности покрытия, устойчивые к царапинам, наносятся на электронные экраны, чтобы предотвратить первичные царапины от ногтей. Экраны изготавливаются либо из поликарбоната (самый устойчивый к царапинам пластик), либо из стекла более высокого класса. Покрытия, устойчивые к царапинам, в электронной промышленности часто содержат добавки, препятствующие царапинам, силоксан, и фильтры, препятствующие царапинам, TiO 2 (диоксид титана) и SiO2 (диоксид кремния). Добавки и фильтры сочетаются с фторуглеродной смолой. Фторуглеродная смола является олеофобным материалом. Олеофобные материалы — это материалы, которые отталкивают масла, оставленные отпечатками пальцев . [6]

Другие применения

Покрытия против царапин часто используются на пластиковых изделиях, где требуется оптическая прозрачность, устойчивость к атмосферным воздействиям и химическая стойкость. Примерами служат оптические диски , дисплеи, литые детали, датчики и другие приборы, зеркала, знаки, защитные очки и косметическая упаковка. Эти покрытия обычно на водной основе или на основе растворителя. [ необходима цитата ] [ необходима цитата ]

Составы для покрытия против царапин

Устойчивые к царапинам материалы присутствуют в антикрахмальном покрытии в качестве связующих веществ, добавок и/или фильтров . Связующее вещество, добавки и фильтры составляют тонкую пленку антицарапающего покрытия , тонкий нанометровый или микрометровый слой, нанесенный на подложку (поверхность объекта). [7]

Переплеты

В покрытиях, устойчивых к царапинам, связующие вещества (клееподобная когезионная структура покрытий) обеспечивают устойчивость к царапинам и/или создают структуру для добавок и фильтров, устойчивых к царапинам. [8]

К связующим материалам, обеспечивающим устойчивость к царапинам и структуру, относятся:

[7] [9] [10]

Наполнители

В покрытиях, устойчивых к царапинам, используются специальные наполнители, устойчивые к царапинам. Наполнители — это частицы, которые улучшают определенные функциональные свойства покрытий с/или со связующими веществами. Обычные наполнители, устойчивые к царапинам, включают:

- диоксид титана (TiO 2 )

- диоксид циркония ( ZrO2 )

- Гидроксид алюминия (AlOOH)

- Оксид кремния (SiO)

[11]

Добавки

В покрытиях против царапин используются добавки с особыми свойствами устойчивости к царапинам. Добавки представляют собой частицы, диспергированные в тонкой пленке в количестве менее одного процента.

Добавки, уменьшающие видимость царапин, включают:

Добавки, снижающие трение , что является важной частью устойчивости к царапинам, включают:

Добавки, которые контролируют микротрещины, микроскопический шаг в образовании царапин, включают: [13]

Теория

Покрытия против царапин изменяют трибологические (свойства, возникающие в результате взаимодействия поверхности и окружающей среды) и механические ( физические свойства материала ) свойства подложки. Измененные трибологические и механические свойства влияют на механизмы деформации царапин (микроскопические эффекты деформации материала), видимость царапин, трение и другие дополнительные соображения. [14]

Воздействие на механизмы деформации

Покрытия, устойчивые к царапинам, уменьшают воздействие трех основных механизмов деформации царапин : глажки, микротрещин и вспашки.

Вспашка

Смещение атомов в более слабые атомные плоскости из-за пластических деформаций Плужения. Плужение происходит, когда индентор ломает поверхность материала и оставляет царапины. Покрытия Anti-Scratch содержат фильтрующие материалы с высокой пластичностью (способностью выдерживать пластические деформации) для ограничения Плужения. Пластические деформации происходят, когда атомные связи, удерживающие атомные плоскости, разрываются, заставляя плоскости смещаться в более слабые положения. Контроль за Плужением важен, поскольку каждое дополнительное событие Плужения оставляет царапину и больший риск внутренних повреждений, что сокращает срок службы изделий. [15]

Микротрещины

Микротрещины — это микротрещины, которые образуются на хрупких поверхностях из-за рывкового движения индентора, известного как прилипание-скольжение . Покрытия против царапин контролируют микротрещины, содержа фильтры, связующие вещества или добавки с высокой прочностью на разрыв. В последнее время исследования против царапин сосредоточены на нанотрещинах, нанотрибической версии микротрещин путем создания наноспецифичных добавок. [15] [16]

Глажка

Покрытия против царапин контролируют царапание путем продления или предотвращения упругих деформаций. Упругие деформации — это непостоянное растяжение атомных связей , происходящее до пластической деформации.

Покрытия против царапин контролируют упругие деформации, которые вызывают кратковременный эффект бороздки, уменьшая эластичность и увеличивая пластичность. Однако уменьшение эластичности должно быть сбалансировано, поскольку низкая эластичность вызывает микротрещины.

Устойчивость к царапинам также может быть увеличена путем продления периода глажки с использованием материалов с пределом текучести . Предел текучести — это точка, в которой материалы изменяют упругую деформацию на пластическую. Материалы с более высоким пределом текучести уменьшают проникающую вспашку, увеличивая непроницаемую глажку. [17]

Трение

Покрытия, устойчивые к царапинам, содержат низкое трение , силу сопротивления скольжению, поверхности. Поверхности с низким трением гладкие. Гладкие поверхности важны, поскольку более грубые поверхности склонны к царапинам: как показано в уравнении износа Арчарда. [18]

Уравнение Арчарда:

W: объем износа, созданного во время скретч-события.

S: Расстояние, в течение которого оба объекта находились в контакте друг с другом.

N: нормальная сила или величина давления, оказываемого вдавливающим объектом.

H: Твердость материала, измеряемая заданным коэффициентом .

K: Безразмерная константа Арчарда Уира, равная 1x10 8 .

Соображения относительно пластика

Покрытия, устойчивые к царапинам, нанесенные на подложки, контролируют низкую твердость пластика к царапинам, покрывая его непластиковыми материалами. Пластики содержат низкую твердость к царапинам из -за высокой вязкоупругости пластика (высоковязкие и упругие деформации) и низкой кристалличности (высокоупорядоченная структура). [17]

Уменьшение видимости царапин

Карта топологии поверхности, показывающая волнистость и укладку

Видимость царапин зависит от поверхностной бороздки. Бороздки, окружающие место царапины, изменяют угол отражения (направление света, вызывающего волны). Когда угол отражения больше 3 процентов, царапины становятся видимыми. [17] Покрытия против царапин контролируют видимость царапин, имея поверхность с низкой бороздкой. Помимо трения, поверхности с низкой бороздкой зависят от топологических (поверхностных) факторов текстуры поверхности ( слой ) и расстояния между неровностями ( волнистость ). Топология контролируется предельной точностью в процессе формирования покрытия. [19]

Формирование покрытия

Формирование покрытия основного сечения

Формирование покрытия — это процесс адгезии (присоединения) покрытия к подложке. Покрытия против царапин обычно наносятся распылением (ручным или автоматизированным способом), погружением, центрифугированием, валиком или поливом. Формирование покрытия использует «фактор точности» для воздействия на топологически-зависимые свойства царапин. «Факторы точности» включают концентрацию добавки, толщину покрытия и вязкость .

Большинство типов покрытий можно чистить с помощью очистителя для стекол, не содержащего аммиака, и мягкой ткани. [10]

Тестирование устойчивости к царапинам

ASTM International , Американское общество по испытаниям и материалам, установило стандарты испытаний материалов, включая покрытия, устойчивые к царапинам. Большинство устойчивых к царапинам покрытий подпадают под стандарт ASTM D7027 - 20 (см. внешние ссылки). Стандартные испытания на устойчивость к царапинам включают царапание покрытий алмазным индентором. [20] [21]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Офтальмологическая оптика. Обзор методов испытаний, используемых для оценки стойкости очковых линз к царапинам и истиранию, BSI British Standards, doi :10.3403/30378322u , получено 08.11.2021
  2. ^ Маркарян, Дженнифер (2009). «Добавки улучшают устойчивость к царапинам в автомобильных изделиях». Пластики, добавки и компаундирование . 11 (2): 10–15. doi :10.1016/S1464-391X(09)70047-9.
  3. ^ Акафуа, Нельсон; Пузеш, Садег; Салаимех, Ахмад; Патрик, Габриэла; Лоулер, Кевин; Сайто, Козо (2016). «Эволюция процесса нанесения покрытия на кузов автомобиля — обзор». Покрытия . 6 (2): 24. doi : 10.3390/coatings6020024 .
  4. ^ Линь, Цзэн; Ван, Фэн; Гао, Дин; Ба, Дечунь; Лю, Чуньмин (2013). «Фрикционные и оптические свойства алмазоподобных углеродных покрытий на поликарбонате». Plasma Science and Technology . 15 (7): 690–695. Bibcode : 2013PlST...15..690L. doi : 10.1088/1009-0630/15/7/16. S2CID  250841172.
  5. ^ Charitidis, C.; Laskarakis, A.; Kassavetis, S.; Gravalidis, C.; Logothetidis, S. (2004-07-01). «Оптическое и наномеханическое исследование антицарапающих слоев на поликарбонатных линзах». Superlattices and Microstructures . 36 (1): 171–179. Bibcode : 2004SuMi...36..171C. doi : 10.1016/j.spmi.2004.08.015. ISSN  0749-6036.
  6. ^ У, И; Янь, Кай; Сюй, Гуйлинь; Ян, Чэньгуан; Ван, Дун (2021-10-01). "Простая подготовка суперолеофобных композитных покрытий TiO2/SiO2 методом распыления". Progress in Organic Coatings . 159 : 106411. doi : 10.1016/j.porgcoat.2021.106411. ISSN  0300-9440.
  7. ^ ab "Глава 4 - Типы и характеристики покрытий" (PDF) . 1995-04-30. EM 1110-2-3400. Архивировано из оригинала (PDF) 2021-10-16.
  8. ^ Руководство по керамическому покрытию
  9. ^ «Полисилазаны — связующие вещества, которые меняют свойства поверхностей».
  10. ^ ab «Износостойкость красок и покрытий: основы и методы испытаний».
  11. ^ Hoornaert, T.; Hua, ZK; Zhang, JH (2010). "Hard Wear-Resistant Coatings: A Review". В Luo, Jianbin; Meng, Yonggang; Shao, Tianmin; Zhao, Qian (ред.). Advanced Tribology . Berlin, Heidelberg: Springer. стр. 774–779. doi :10.1007/978-3-642-03653-8_257. ISBN 978-3-642-03653-8.
  12. ^ Mansha, M.; Gauthier, C.; Gerard, P.; Schirrer, R. (2011-06-22). «Влияние пластификации амидами жирных кислот на устойчивость ПММА к царапинам». Wear . 271 (5): 671–679. doi :10.1016/j.wear.2010.12.089. ISSN  0043-1648.
  13. ^ Moezzi, Amir; McDonagh, Andrew M.; Cortie, Michael B. (2012-03-15). «Частицы оксида цинка: синтез, свойства и применение». Chemical Engineering Journal . 185–186: 1–22. doi :10.1016/j.cej.2012.01.076. ISSN  1385-8947.
  14. ^ Икбал, Т.; Бриско, Б.Дж.; Лакхэм, П.Ф. (2011-07-18). «Деформации поли(эфирэфиркетона) при царапании». Wear . 271 (7): 1181–1193. doi :10.1016/j.wear.2011.05.033. ISSN  0043-1648.
  15. ^ ab «Что такого особенного в наномасштабе? | Национальная нанотехнологическая инициатива». www.nano.gov . Получено 19 октября 2021 г.
  16. ^ Ли, Юнцян; Чжан, Лин; Ли, Чуньчжун (2020-02-01). «Высокопрозрачные и устойчивые к царапинам полисилоксановые покрытия, содержащие наночастицы кремния». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 559 : 273–281. Bibcode : 2020JCIS..559..273L. doi : 10.1016/j.jcis.2019.09.031. ISSN  0021-9797. PMID  31634671. S2CID  203127529.
  17. ^ abc Браунинг, Роберт; Сью, Хунг-Джуэ; Минквиц, Рольф; Чароенсирисомбун, Пияда (2011-05-17). «Влияние содержания акрилонитрила и молекулярной массы на царапающие свойства случайных сополимеров стирола и акрилонитрила». Polymer Engineering & Science . 51 (11): 2282–2294. doi :10.1002/pen.22003. ISSN  0032-3888.
  18. ^ Арчард, Дж. Ф. (1953-08-01). «Контакт и трение плоских поверхностей». Журнал прикладной физики . 24 (8): 981–988. Bibcode : 1953JAP....24..981A. doi : 10.1063/1.1721448. ISSN  0021-8979.
  19. ^ "Что такое топография поверхности? - Определение из Corrosionpedia". Corrosionpedia . Получено 2021-11-08 .
  20. ^ "ASTM D7027 - 20 Стандартный метод испытаний для оценки стойкости к царапанию полимерных покрытий и пластиков с использованием инструментальной царапающей машины". www.astm.org . Получено 31 октября 2021 г.
  21. ^ Sander, T.; Tremmel, S.; Wartzack, S. (2011-12-25). "Модифицированный тест на царапание для механической характеристики стойкости к царапанию и адгезии тонких твердых покрытий на мягких подложках". Технология поверхностей и покрытий . Труды 38-й Международной конференции по металлургическим покрытиям и тонким пленкам (ICMCTF). 206 (7): 1873–1878. doi :10.1016/j.surfcoat.2011.08.035. ISSN  0257-8972.

Внешние ссылки