Покрытие против царапин
Покрытие против царапин — это тип защитного покрытия или пленки, наносимой на поверхность объекта для защиты от царапин. Царапины — это небольшие порезы на поверхности, оставленные на поверхности после взаимодействия с более острым предметом. Покрытия против царапин обеспечивают устойчивость к царапинам, поскольку содержат крошечные микроскопические материалы, обладающие устойчивыми к царапинам свойствами. Устойчивые к царапинам материалы 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, защищающие от царапин, используются в автомобильной , оптической , фотографической и электронной промышленности, где царапины ухудшают перепродажу и/или функциональность. Покрытия, защищающие от царапин, приобретают все большее значение, поскольку традиционные материалы, устойчивые к царапинам, такие как металлы и стекло, заменяются пластиками , устойчивыми к царапинам . [ 1 ]
Приложения
[ редактировать ]Автомобильная, оптическая и электронная промышленность являются основными секторами, в которых используются покрытия, защищающие от царапин.
Автомобильная промышленность
[ редактировать ]Антицарапинные покрытия в автомобилестроении сохраняют внешний вид автомобиля и предотвращают повреждение антикоррозионного слоя автомобиля. Антикоррозионный слой защищает металлы автомобиля от вредного воздействия окружающей среды. Автомобильные покрытия, защищающие от царапин, становятся прочнее (с 10 до 15 ньютонов защиты), чтобы противостоять потере устойчивости 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 изготовлена из полиолефиновой смолы, а прозрачное покрытие содержит добавки силоксан и эрукамид . [ 2 ] [ 3 ]
Оптический
[ редактировать ]добавляют устойчивое к царапинам покрытие из- К очкам за того, что царапины очень сильно влияют на зрение владельца. Даже когда оптические очки изготовлены из стекла с высокой устойчивостью к царапинам , поликарбоната или CR-39 , покрытия все равно используются. Оптические покрытия включают алмазоподобный углерод (DLC) и гибридные покрытия, защищающие от царапин. Diamond-like Carbon — это покрытие, обладающее чрезвычайной устойчивостью алмазов к царапинам. Антибликовые гибридные покрытия Scratch содержат устойчивые к царапинам добавки с антибликовыми материалами покрытия. [ 4 ] [ 5 ]
Электроника
[ редактировать ]В электронной промышленности на электронные экраны наносят устойчивые к царапинам покрытия, чтобы предотвратить первичные царапины от ногтей. Экраны изготавливаются либо из поликарбоната (пластика с самой высокой устойчивостью к царапинам), либо из высококачественного стекла. Покрытия против царапин в электронной промышленности часто содержат силоксановые добавки, защищающие от царапин, а также фильтры против царапин TiO 2 (диоксид титана) и SiO2 (диоксид кремния). Присадки и фильтры объединены с фторуглеродной смолой. Фторуглеродная смола является олеофобным материалом. Олеофобные материалы — это материалы, которые отталкивают масла, оставленные отпечатками пальцев . [ 6 ]
Другое использование
[ редактировать ]Покрытия против царапин часто используются на пластиковых изделиях там, где требуется оптическая прозрачность, стойкость к атмосферным воздействиям и химическому воздействию. Примеры включают оптические диски , дисплеи, детали, отлитые под давлением, датчики и другие инструменты, зеркала, знаки, защитные очки и косметическую упаковку. Эти покрытия обычно изготавливаются на водной основе или на основе растворителей. [ нужна ссылка ] [ нужна ссылка ]
Композиции для защиты от царапин
[ редактировать ]Устойчивые к царапинам материалы присутствуют в покрытии против крахмала в виде связующих веществ, добавок и/или фильтров . Связующее вещество, добавки и фильтры составляют тонкую пленку покрытия Anti-Scratch , тонкий слой размером от нанометра до микрометра , наносимый на подложку (поверхность объекта). [ 7 ]
Связующие
[ редактировать ]В покрытиях, защищающих от царапин, связующие (клеевая когезионная структура покрытий) обеспечивают устойчивость к царапинам и/или обеспечивают структуру, устойчивую к царапинам. присадки и фильтры. [ 8 ]
Связующие вещества, обладающие устойчивостью к царапинам и структурой, включают:
- Керамические (неорганические, неметаллические) связующие.
- Полисилазаны
- Алмазоподобный углерод
- Связующие на основе смол (органических полимеров)
- эпоксидная смола
- поликарбонат
- полиэтилен
Наполнители
[ редактировать ]В покрытиях, устойчивых к царапинам, используются специальные устойчивые к царапинам наполнители. Наполнители – это частицы, улучшающие определенные функциональные свойства покрытий со связующими/или со связующими. К распространенным устойчивым к царапинам наполнителям относятся:
- диоксид циркония ( ZrO 2 )
Добавки
[ редактировать ]В покрытиях, защищающих от царапин, используются добавки, обладающие особыми свойствами, устойчивыми к царапинам. Присадки представляют собой частицы, диспергированные в тонкой пленке в количествах менее одного процента.
Добавки, уменьшающие видимость царапин, включают:
- Силоксан
- Эруамиды (тип жирных кислот, используемых в покрытиях из-за свойств амидов жирных кислот, устойчивых к царапинам). [ 12 ] )
Присадки, снижающие трение , что является важной частью устойчивости к царапинам, включают:
Добавки, которые контролируют образование микротрещин (микроразмерных стадий образования царапин), включают: [ 13 ]
Теория
[ редактировать ]Покрытия против царапин изменяют трибологические (свойства, возникающие в результате взаимодействия поверхности с окружающей средой) и механические (физические свойства материала ) свойства подложки. царапин Измененные трибологические и механические свойства влияют на механизмы деформации (микроскопические эффекты деформации материала), видимость царапин, трение и другие дополнительные факторы. [ 14 ]
Влияние на механизмы деформации
[ редактировать ]Устойчивые к царапинам покрытия уменьшают воздействие царапин на три основных механизма деформации : глажение, микротрещины и вспашка.
Вспашка
[ редактировать ]Дислокация атомов в более слабые атомные плоскости из-за пластических деформаций Плауинга. Вспашка – это когда зубец ломает поверхность материала и оставляет следы царапин. Покрытия против царапин содержат фильтрующие материалы с высокой пластичностью (способностью противостоять пластическим деформациям) для ограничения распахивания. Пластические деформации возникают, когда атомные связи, удерживающие атомные плоскости, разрываются, в результате чего плоскости смещаются в более слабые положения. Контроль за вспашкой важен, поскольку каждая дополнительная вспашка оставляет царапину и увеличивает риск внутреннего повреждения, что сокращает срок службы изделия. [ 15 ]
Микротрекинг
[ редактировать ]Микротрещины — это трещины микроразмера, которые образуются на хрупких поверхностях из-за рывкового движения индентора, известного как прерывистое движение . Покрытия, защищающие от царапин, предотвращают микротрещины за счет содержания фильтров, связующих веществ или добавок с высокой прочностью на разрыв. В последнее время исследования по защите от царапин сосредоточены на нанокрекинге, нанотрибической версии микрокрекинга, путем создания наноспецифичных добавок. [ 15 ] [ 16 ]
Глажение
[ редактировать ]Покрытия, защищающие от царапин, контролируют процесс глажения царапин, продлевая или предотвращая упругие деформации. Упругие деформации — это непостоянные растяжения атомных связей, возникающие перед пластической деформацией.
Покрытия против царапин контролируют упругие деформации, вызывающие кратковременный эффект канавок, за счет снижения эластичности и увеличения пластичности. Однако снижение эластичности должно быть сбалансировано, поскольку низкая эластичность вызывает микротрещины.
Устойчивость к царапинам также можно повысить, продлив период глажки с использованием материалов с пределом текучести . Предел текучести — это точка, при которой материалы переходят от упругой деформации к пластической. Материалы с более высоким пределом текучести уменьшают проницаемость вспашки за счет увеличения непроницаемости. [ 17 ]
Трение
[ редактировать ]Покрытия, устойчивые к царапинам, содержат поверхности с низким коэффициентом трения , силой сопротивления скольжению. Поверхности с низким коэффициентом трения гладкие. Гладкие поверхности важны, поскольку более шероховатые поверхности подвержены царапинам, как показано уравнением износа Арчарда. [ 18 ]
Уравнение Арчарда:
W: объем износа, созданного во время скретч-события.
S: Расстояние, на котором оба объекта соприкасались друг с другом.
N: нормальная сила или величина давления, прикладываемая объектом вдавливания.
H: Твердость материала, измеряемая заданным коэффициентом .
K: безразмерное постоянное значение Archard Wear 1x10. 8 .
Рекомендации по пластику
[ редактировать ]Устойчивые к царапинам покрытия, наносимые на подложки, контролируют низкую твердость пластика к царапинам за счет покрытия непластическими материалами. Пластмассы обладают низкой твердостью к царапинам пластика из-за высокой вязкоупругости (высокая вязкость и упругие деформации) и низкой кристалличности (высокоупорядоченная структура). [ 17 ]
Ухудшение видимости царапин
[ редактировать ]Карта топологии поверхности, показывающая волнистость и наклон
[ редактировать ]На видимость царапин влияют бороздки на поверхности. Борозды вокруг места царапины изменяют угол отражения (направление света, вызывающее волны). Когда угол отражения превышает 3 процента, царапины становятся видимыми. [ 17 ] Покрытия против царапин контролируют видимость царапин благодаря поверхности с небольшим количеством канавок. Помимо трения, поверхности с низкими канавками зависят от факторов топологии (поверхности), текстуры поверхности ( слоя ) и расстояния между неровностями ( волнистость ). Топология контролируется с предельной точностью в процессе формирования покрытия. [ 19 ]
Формирование покрытия
[ редактировать ]основной секции Формирование покрытия
Формирование покрытия – это процесс сцепления ( присоединения ) покрытия с подложкой. Покрытия против царапин обычно наносятся распылением (ручным или автоматическим), погружением, центрифугированием, валиком или обливом. При формировании покрытия используется «коэффициент точности», чтобы влиять на свойства царапин, зависящие от топологии. «Факторы точности» включают концентрацию покрытия добавки, толщину и вязкость .
Большинство типов покрытий можно чистить с помощью средства для чистки стекол без аммиака и мягкой ткани. [ 10 ]
Тестирование устойчивости к царапинам
[ редактировать ]ASTM International , Американское общество по испытаниям и материалам, установило стандарты испытаний материалов, включая покрытия, защищающие от царапин. Большинство устойчивых к царапинам покрытий соответствуют стандарту ASTM D7027-20 (см. Внешние ссылки). Стандартные испытания на устойчивость к царапинам включают царапание покрытий алмазным индентором. [ 20 ] [ 21 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Офтальмологическая оптика. Обзор методов испытаний, используемых для оценки устойчивости очковых линз к царапинам и истиранию , BSI British Standards, doi : 10.3403/30378322u , получено 8 ноября 2021 г.
- ^ Маркарян, Дженнифер (2009). «Присадки повышают устойчивость к царапинам в автомобильной промышленности». Пластмассы, добавки и компаундирование . 11 (2): 10–15. дои : 10.1016/S1464-391X(09)70047-9 .
- ^ Акафуа, Нельсон; Пузеш, Садег; Салайме, Ахмад; Патрик, Габриэла; Лоулер, Кевин; Сайто, Кодзо (2016). «Эволюция процесса нанесения покрытия на кузов автомобиля — обзор» . Покрытия . 6 (2): 24. doi : 10.3390/coatings6020024 .
- ^ Линь, Цзэн; Ван, Фэн; Гао, Дин; Ба, Дечунь; Лю, Чуньмин (2013). «Фрикционные и оптические свойства алмазоподобных углеродных покрытий на поликарбонате». Плазменная наука и технология . 15 (7): 690–695. Бибкод : 2013PlST...15..690L . дои : 10.1088/1009-0630/15/7/16 . S2CID 250841172 .
- ^ Чаритидис, К.; Ласкаракис, А.; Кассаветис, С.; Гравалидис, К.; Логотетидис, С. (1 июля 2004 г.). «Оптическое и наномеханическое исследование защитных слоев на поликарбонатных линзах» . Сверхрешетки и микроструктуры . 36 (1): 171–179. Бибкод : 2004SuMi...36..171C . дои : 10.1016/j.spmi.2004.08.015 . ISSN 0749-6036 .
- ^ Ву, Йи; Ян, Кай; Сюй, Гуйлинь; Ян, Чэньгуан; Ван, Донг (01 октября 2021 г.). «Упрощенное приготовление суперолеофобных композиционных покрытий TiO 2 /SiO 2 методом напыления» . Прогресс в области органических покрытий . 159 : 106411. doi : 10.1016/j.porgcoat.2021.106411 . ISSN 0300-9440 .
- ^ Jump up to: а б «Глава 4. Типы и характеристики покрытий» (PDF) . 30 апреля 1995 г. ЭМ 1110-2-3400. Архивировано из оригинала (PDF) 16 октября 2021 г.
- ^ Руководство по керамическому покрытию
- ^ «Полисилазаны — связующие, влияющие на поверхность» .
- ^ Jump up to: а б «Сопротивление истиранию и износу красок и покрытий: основы и методы испытаний» .
- ^ Хорнарт, Т.; Хуа, ЗК; Чжан, Дж. Х. (2010). «Твердые износостойкие покрытия: обзор» . В Ло, Цзяньбинь; Мэн, Юнган; Шао, Тяньминь; Чжао, Цянь (ред.). Продвинутая трибология . Берлин, Гейдельберг: Springer. стр. 774–779. дои : 10.1007/978-3-642-03653-8_257 . ISBN 978-3-642-03653-8 .
- ^ Манша, М.; Готье, К.; Джерард, П.; Ширрер, Р. (22 июня 2011 г.). «Влияние пластификации амидами жирных кислот на стойкость ПММА к царапинам» . Носить . 271 (5): 671–679. дои : 10.1016/j.wear.2010.12.089 . ISSN 0043-1648 .
- ^ Моэцци, Амир; МакДона, Эндрю М.; Корти, Майкл Б. (15 марта 2012 г.). «Частицы оксида цинка: Синтез, свойства и применение» . Химико-технологический журнал . 185–186: 1–22. дои : 10.1016/j.cej.2012.01.076 . ISSN 1385-8947 .
- ^ Икбал, Т.; Бриско, Би Джей; Лакхэм, ПФ (18 июля 2011 г.). «Царапинные деформации полиэфирэфиркетона» . Носить . 271 (7): 1181–1193. дои : 10.1016/j.wear.2011.05.033 . ISSN 0043-1648 .
- ^ Jump up to: а б «Что такого особенного в наномасштабе? | Национальная нанотехнологическая инициатива» . www.nano.gov . Проверено 19 октября 2021 г.
- ^ Ли, Юнцян; Чжан, Лин; Ли, Чуньчжун (01 февраля 2020 г.). «Высокопрозрачные и устойчивые к царапинам полисилоксановые покрытия, содержащие наночастицы диоксида кремния» . Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 559 : 273–281. Бибкод : 2020JCIS..559..273L . дои : 10.1016/j.jcis.2019.09.031 . ISSN 0021-9797 . ПМИД 31634671 . S2CID 203127529 .
- ^ Jump up to: а б с Браунинг, Роберт; Сью, Хун-Джуэ; Минквиц, Рольф; Чароэнсирисомбун, Пияда (17 мая 2011 г.). «Влияние содержания и молекулярной массы акрилонитрила на поведение статистических сополимеров стирола и акрилонитрила при царапинах» . Полимерная инженерия и наука . 51 (11): 2282–2294. дои : 10.1002/pen.22003 . ISSN 0032-3888 .
- ^ Арчард, Дж. Ф. (1 августа 1953 г.). «Контакт и трение плоских поверхностей» . Журнал прикладной физики . 24 (8): 981–988. Бибкод : 1953JAP....24..981A . дои : 10.1063/1.1721448 . ISSN 0021-8979 .
- ^ «Что такое топография поверхности? - Определение из Corrosionpedia» . Коррозионпедия . Проверено 8 ноября 2021 г.
- ^ «ASTM D7027-20 Стандартный метод испытаний для оценки устойчивости полимерных покрытий и пластиков к царапинам с использованием механизированной машины для нанесения царапин» . www.astm.org . Проверено 31 октября 2021 г.
- ^ Сандер, Т.; Треммель, С.; Варцак, С. (25 декабря 2011 г.). «Модифицированный тест на царапание для определения механических характеристик устойчивости к царапанию и адгезии тонких твердых покрытий на мягких подложках» . Технология поверхностей и покрытий . Материалы 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
[ редактировать ]- «Стандарты на покрытия, защищающие от царапин» . Американское общество испытаний и материалов.