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塑料刮擦过程中究竟发生了什么?

作者:admin    添加时间:2015-03-02 03:54:22    浏览量:4994

提到塑料的耐刮擦性,很多技术人员都会不约而同地想到材料的表面硬度。“够硬才是王道”。对此,非要进行一个字的评价,那小编就只能送其一个“囧”。近20年来,通过大量的研究发现,彻底地解决这个问题仍是一种可望而不可及的奢想。

 

由于耐刮擦性涉及的知识点非常广泛,耐刮擦性的影响因素也多种多样。如刮擦破坏的机理,负载和刮头形状的影响,测试温度,观察角度,聚合物的粘弹性,应变硬化,样品颜色,表面纹理,处理方式,光线散射,拉伸屈服应力,压缩屈服应力等等。目前大规模使用的塑料的表面硬度为2H到2B(PS:只是一种铅笔),但是其实际使用过程中的耐刮擦性却是远远不能达到人们的期望。尤其是高光材料,耐刮擦性也成为了其迈向免喷涂道路上的最大拦路虎。

 

那么,相关的技术从业人员对此是否只能发出“生不逢时,吾当奈何”的感叹呢。其实不然,我们反而应当拿出“斯是陋室,惟吾德馨”的淡定,不妨深入理解塑料耐刮擦身边的故事,从而揭开其神秘的面纱。

 

以ASA树脂为例,使用渐增负载的ASTM D7027耐刮擦测试方法,树脂在刮擦过程中先后一共经历凹槽形变(groove)、周期性微裂纹(periodic crack)、犁痕(plowing)三个过程。开始发生凹槽形变时,法向负载产生的压力超过了材料本身的压缩屈服应力,导致材料表面产生塌陷,刮擦深度曲线与材料表面曲线就开始发生偏离。由于凹槽深度的增加造成反射到人的肉眼的光线发生了改变,从而在视觉上就会感知到刮痕的出现,该过程则通常位于凹槽形变和周期性裂纹这两个阶段之间。当施加的法向应力增加到一定程度时,刮头后端,平行于刮擦方向的施加在材料表面的拉伸应力会以数量级的速度增加,从而导致裂纹的产生。对于韧性材料而言,通常会表现为鱼鳞状,而对脆性材料而言,则表现为微裂纹。负载增加的最后阶段,由于刮头前端的刺穿和滑移,垂直于刮擦方向产生巨大的拉伸应力会对前方堆积起来的材料产生切割作用,并伴随着刮头向树脂内部的进一步渗透和材料的刮除,犹如农民下田耕作时的情形,所以称之为“plowing”。


图1 Groove现象的起始点

 


图2 periodic crack现象的起始点

 


图3 plowing现象的起始点