Усиление устойчивости против царапин
Современные автомобили производятся с расчетом на более долгий срок службы, и владельцы ожидают, что отделки будут более долговечными. Одним из особенных аспектов этого является ожидание того, что покрытия будут выдерживать неоднократную очистку абразивными щетками, используемыми в автоматизированных мойках автомобилей, а также случайное слабое царапание. К сожалению, но ожидаемо, все время подтверждается тот факт, что ранжирование покрытий зависит от того, какой используется метод испытаний. К наиболее распространенным методам испытаниям относятся следующие:
• Amtec-Kistler: симулятор мойки автомобилей, который вращает щетку над поверхностью тестовой панели. Результаты зависят от того, какая используется щетка, наличия шлифовальных материалов или воды и др.
• Испытания нанесением пятипальцевых царапин: пять наконечников различного диаметра проводятся по тестовой панели. Нагрузку на каждый наконечник можно изменять. Это испытание используется главным образом для нанесения крупных царапин на покрытия, используемых для пластмасс; результаты также оцениваются субъективно.
• Испытания нанесением нано-царапин: вдоль панели проводится игла при постепенном увеличении нагрузки. Объективные данные можно получить для показателей сопротивления против наружных повреждений (ширина борозды) и нагрузки, при которой происходит хрупкое разрушение.
• Прибор для определения твердости царапанием при Табер-тесте: используется игла под воздействием нагрузки, и определятся наличие или ширина борозды. При необходимости нагрузку можно изменять, но, в отличие от испытания нанесением нано-царапин, она постоянна в каждом отдельном испытании.
Была обнаружена как минимум одна явная причина, почему следует ожидать слабую корреляцию, и ее, скорее всего, нельзя назвать особо неожиданной. Когда система из двух покрытий, высушенных УФ-облучением, наносится на пластмассу, обнаруживается, что жесткость базового покрытия оказывает значительное воздействие на устойчивость против царапин, измеренную индентором Эриксена, что значительно повлияло на покрытие, но не на абразивную устойчивость устойчивость согласно Taber, когда воздействию подвергся только верхний слой.
Щетки на мойке автомобилей оставляют очень тонкие царапины шириной лишь 1-2 µm, и глаз человека их увидеть не может. Можно заметить лишь общее рассеяние света, которое производится некоторыми из этих царапин. Оптимальную устойчивость против царапин невозможно получить, повышая жесткость покрытия. Скорее это можно сделать путем увеличения устойчивости против трещин (точка, при которой покрытие более не демонстрирует пластическую деформацию и начинает раскалываться и ломаться). Экспериментальным и теоретическим способами было обнаружено, что лучшим способом достичь этого является сочетание высокой плотности поперечных связей с очень гибкими полимерными цепями.
Несколько компаний уже вывели на рынок прозрачные покрытия этого типа, как для заводского комплектования, так и для повторной отделки. Эти покрытия подвергаются медленному оплавлению после повреждения и восстанавливают большую часть визуального лоска. Аналогичная высокая плотность поперечных связей с цепями жестких полимеров позволяет создать покрытия, обладающие устойчивостью к появлению царапин достаточно высокого уровня, но они затем демонстрируют хрупкое разрушение. К тому же, эти покрытия слишком хрупки и не могут оказывать хорошее сопротивление другим формам стресса и повреждений. Считается, что одним из лучших способов получить структуру такого типа (в системах отверждения облучением) является использование отверждаемых УФ-облучением уретан-акрилатов с низкой температурой стеклования (Tg) и высокой степенью разветвления. Другие исследователи, следовавшие аналогичной цепочкой рассуждений, обнаружили, что фактический уровень Tg отвержденного покрытия не обязательно имеет большое значение, при том условии, что она выше температуры царапания. Однако, было обнаружено, что большое значение имеет ширина кривой Tg.
Использование DMTA (динамический механический термоанализ) позволяет измерить не только Tg, но и изменение коэффициента потери температуры, которую можно представить как кривую, на пике которой находится Tg. Четко определенный пик Tg указывает на наличие общих поперечных связей, и широкая кривая указывает на то, что происходит смешение коротких и длинных цепей между точками, соединенными поперечными связями.