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纹理在耐刮擦过程中扮演的角色

作者:admin    添加时间:2015-03-31 11:03:30    浏览量:5607

在前文耐刮擦与塑料性能的前世今生中,我们通过材料刚性、摩擦系数和弹性回复对塑料耐刮擦性影响的分析,可以得知耐刮擦与塑料的性能是息息相关,且刮擦可视性又主要来源于材料表面光线的散射,而纹理结构的设计恰恰涉及这些。那么天空随之飘来一朵疑云:塑料件表面的纹理结构会对耐刮擦性产生怎样的影响呢?

 

为了解开这个疑问,我们采用PP和PC作为基材,来对比一下三种不同球形隆起图案间距D1(0.57mm)、D2(0.91mm)、D3(1.26mm)的纹理结构对耐刮擦性的影响(见图1)。

 

图1 三种不同间距的纹理结构,D1,D2和D3

 

图2和图3分别为三种纹理结构对PP和PC耐刮擦性的影响。可见球形隆起间距最小的D1体系在经历图案形变,光泽变化直至连续破坏时均具有最高的临界法向负载,意味着其具有最好的耐刮擦性。那么为什么会产生这种现象呢?

 

图2 不同间距条件下的PP体系的在图案形变和连续破坏时临界法向负载

 

图3 不同间距条件下的PC体系的在图案形变和光泽变化时临界法向负载

 

这是因为不同纹理结构上的球形隆起的图案具有不同的应力分布状态(如图4)。相对来说,间距更小的D1在刮擦过程中产生的应力集中更小。从图5 PC体系光学微观照片也可以看出间距最小的D1纹理,其球形隆起的PC基材所经受的破坏最小,屈服区域尺寸也相对更小,更浅。而间距最大的D3纹理,其球形隆起经受的破坏更严重,屈服区域的尺寸也更大。正如塑料耐刮擦的故事系列篇上期所述的那样,刮擦可视性与屈服区域的大小相关,屈服区域面积越小,刮擦可视性越轻微,耐刮擦的表现就越好。

 

图4 D1和D3纹理的应力分布图

 

图5 PC体系在不同纹理间距条件下的应力形变偏光显微图

 

另一方面,不同球形隆起间距的纹理结构对PP体系的沿刮擦方向的刮擦摩擦系数(SCOF)也会产生不同的影响(见图6)。由于刮头在刮擦过程中遇见球形隆起时会经历上下跃动,所以三种不同球形隆起间距的SCOF曲线均呈现波浪状的振幅。但是振幅大小取决于不同球形隆起的间距,间距越大,振幅越大。随着刮擦距离的延长,负载应力的增加,纹理表面随之发生形变,振幅均逐渐变小。隆起间距最小的D1的SCOF最终接近于光滑平面的SCOF曲线。从SCOF分析结果显示隆起间距最小的D1整体具有最低的SCOF。前文也提到,摩擦系数越小,就具有越高的临界负载应力,能够延迟刮擦破坏特征的出现,有助于提升材料的耐刮擦性。

 

图6 PP体系的沿刮擦方向的刮擦摩擦系数(SCOF)

 

小结:

隆起间距更小的纹理因为具有相对较低的刮擦摩擦系数,并且能够降低应力集中,减小屈服区域的面积,因而能够提供相对较好的耐刮擦性。如果想获得更好的表面耐刮擦性,那么就请你任性一回,选择隆起间距更加紧密的皮纹结构吧。

 

Duang,塑料耐刮擦的故事也将暂时告一段落,期待大家有好的故事与我们分享。