UV光固化涂料涂层耐擦伤性结构分析与相关因素


UV光固化涂料涂层耐擦伤性结构分析与相关因素

耐擦伤性与耐磨性既有区别,又有联系,二者的主要送别是:磨损是深入膜层,耐擦伤仅及浅表,但可使外观变差,擦伤是汽车涂料主要问题,尤其是对于最后一道的罩光清漆。在洗车中某些涂层有可见的擦伤而降低光泽。耐擦伤性也是木地板以及透明塑料涂料涂装保护上非常重要的一环,包括用于聚碳酸酯窗玻璃或眼镜片抗擦伤保护等。
擦伤的物理现象是复杂的。各人用不同的措辞来描绘。有各种模型来描绘硬物划过黏弹体表面的情况。其中之一是将响应分为弹性的、塑性的和断裂的。弹性的响应基本立即复原,只有塑料形变和裂痕会导致擦伤。定性地说,由塑性形变造成的擦伤有肩,而由断裂造成的则没有肩。这简化模型的三个响应的有利处是可用扫描探针显微镜法(scanning probe microscopy)定量地测定。大多数的漆膜擦伤三者都有。不同漆膜的响应相差甚远。同一漆膜在不同擦伤应力大小或速度下,响应也可十分不同。有些漆膜的擦伤会渐渐以再流动(蠕变)而愈合,这使之更复杂化。
耐擦伤性与漆膜化学结构的关系尚在研究中,系统的研究报道较少。一般来说,聚氨酯漆一般有优越的耐磨性,然而令人惊奇的是其耐擦伤性却较差;这可用表面性质与本体的送别来解释。利用扫描探针显微镜研究发现,丙烯酸聚氨酯清漆膜上存在一可变形的塑性薄层,新问世的纳米力学分析仪(nanomechanical analyzer)可以检测近表面的力学性质,或可有助于研究表面性质。
设计所期望的耐擦伤涂料有两条途径:将涂层设计加工得非常硬,使擦伤物不能穿入表面太深;或做得有足够的弹性,在擦伤应力消除后反弹。如采取使漆膜硬度提高的途径,耐磨性可能提高,但漆膜可能会爆裂。漆膜的柔韧笥也是影响抗裂的重要因素。例如在聚氨酯丙烯酸酯材料中引入长链聚醚、聚酯链段,以更高柔性的已二异氰酸酯(HDI)代替较硬的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等。但过低的硬度,将使漆膜结构随更大的形变势能,也可能导致其中交联结构的脱落或断裂,不利于抗擦伤性。用有机硅改性的丙烯酸树脂耐磨性更有进一步改进。Courter提出,最高耐擦伤性的漆膜是不脆而有尽可能高值的。这样,高值使塑性流动降至最低,避免脆性使开裂可能降至最小。Couter的论文是一篇好述评,力图将耐擦伤性与本体机械性质联系起来,但这些研究不能导出可泛用的擦伤理论。这是可以理解的,因为漆膜的近表面机械性质与本体的机械性质可能十分不同。
另一与耐擦伤性有关的问题是金属渍痕(metal marking)。当金属的边角擦过漆膜,有时会有一条黑线留在漆膜上,这是擦下的金属。常用硬币擦划漆膜来试验耐金属渍痕性。金属渍痕一般发生在较硬的漆膜上。降低漆膜的表面张力而使摩擦系数降低可减小或避免该现象,因为金属会滑过去。加入助剂可增加滑爽。据报道,改性聚硅氧烷尤其有效。必须小心选择特定的有机硅助剂及其剂量来降低擦伤、划痕和金属渍痕而不发生其他缺陷,诸如缩孔等。

 

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