测定薄膜和涂层抗擦伤性能的装置和方法制造方法及图纸

一种定量和定性表征薄膜或涂层（尤其是汽车车身的涂层）的划伤和擦伤特性的装置和方法。该装置具有一个用于穿入和划伤待测试的涂层的显微刻划器，并带有用于检测所加的力和刻划器划伤的长度和深度以及被划伤的涂层表面的几何形状的相关机构，以及用于检测、分析和比较测试结果的装置。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及薄膜和涂层机械性能的测试，更具体地说，涉及涂层抗划伤和擦伤性能的测试方法及所用的装置。在原则上，凡会使涂层表面产生应力的运动物体与涂层表面的接触都可能引起涂层擦伤。例如，在汽车车身的涂层上可以看到上述擦伤过程的发生，因为车身的涂层通常要受到诸如污物、灰尘等的磨蚀、洗车时的表面磨损、以及风化作用等的损害。涂层表面擦伤有碍于外表的美观，对于亮丽的彩色涂层或透明的涂层尤其不希望受到划伤或擦伤。涂层的抗划伤和擦伤的性能取决于其物理性质例如涂层组分的屈服强度、韧度、杨氏模量和硬度。上述物理性质又与涂层组分中含有的聚合物的性质如玻璃化转变温度和化学结构等有密切关系。因此，在选用涂层组分中的组元例如聚合物时测试涂层的抗划伤和擦伤性能就成为十分重要的工作。例如，通过将含有某种聚合物的涂层组分的抗擦伤性能与含另一种聚合物的涂层性能相比较就可以确定哪一种聚合物更适合于制成具有长期的最佳色泽和其他物理性质的涂层。有一种方法规定对涂层表面按照规定的方式摩擦一种指定规格的砂纸，使涂层表面产生损伤。由砂纸上的砂粒的多个接触点造成涂层表面损伤，然后按目视方法定量测量，通常是以0～10个等级定量表示，其中标号10表示没有损伤，0代表全部损伤。另外，也可以将一种涂层上产生的损伤与另一种不同组分的涂层在相同的测试条件下产生的损伤进行目视比较，而确定哪一种涂层所受的损伤较小。不过，由于所有目视观察方法都带有主观性，这就使不同测试人员测试的结果有所偏差，致使上述测试结果不够客观。另外，所用砂纸虽然都是标准化的，但可能具有不同的砂粒结构，这也会明显影响对涂层产生的损伤结果。而且也很难定量地测定由砂纸上许多砂粒接触点所造成的损伤。另外，在上述划伤动作过程中由测试者用手指施加的压力也容易变化，结果不同测试者所测损伤结果也容易波动。因此，需要一种比现有技术的带主观性且不可再现的测试方法较少主观性且更有再现性的测试涂层抗擦伤性能的装置。Wu在《材料研论杂志(J．Mater．Res．)》Vol．6．No．2 P407～426(Feb，1991)(材料研究协会)上发表的论文中谈到一种有关的装置。但所述的装置不能对各种各样的涂层基板在高通过速度的条件下十分稳定地再现测试结果。本专利技术旨在提供一种测定各种试样抗擦伤性能的装置，该装置具有一个安装在上述装置的立柱上的刻划器导引机构，该机构具有一个安装有一个刻划器的驱动刻划器的机构和一个检测上述刻划器移向和移离上述试样的表面的距离的装置；和一个设置在上述装置的底座上的试样移送机构，该机构具有一个固定上述试样并使上述试样的表面垂直于上述的刻划器的夹持器，和一个可沿与上述刻划器相切的方向移动上述试样的台架，从而使上述刻划器的针尖在受到驱动而同时进入上述试样内时，就在上述的薄膜或涂层试样上产生划痕。本专利技术还涉及一种测定试样抗擦伤性能的方法，包含如下步骤将上述试样固定在测试装置的台架上；使刻划器垂直地定位在上述试样的待测表面上方，并使其针尖与上述试样的上述表面相接触；和驱动上述刻划器的上述针尖按预定速度进入上述试样的表面，与此同时，按规定速度沿规定方向移动与上述刻划器相切的上述试样从而划伤上述试样的上述表面，在其表面上产生划痕。下面参看附图结合具体实施例详细说明本专利技术，附图中附图说明图1示出薄膜或涂层在粘-塑性变形过程中产生的显微划伤的3维微观形态显微照片(AFM)；图2示出薄膜或涂层在在破断变形过程中产生的显微划伤的3维AFM；图3是本专利技术测试装置的各种零件的配置简图；图4是本专利技术测试装置的刻划器导引机构的透视图；图5是本专利技术测试装置的刻划器导引机构的上视图；图6是本专利技术测试装置的试样移送机构的分解透视图；图7是本专利技术测试装置的试样移送机构的夹持器和台架部分的平面图；图8是沿图7的8-8线的侧剖视图9、10和11是使用本专利技术测试装置获得的典型显微划伤试验结果的曲线图。下面详细说明本专利技术的实施例。本文所用的“薄膜”一词是指一种大致平坦的自由状态的片层例如聚酯薄膜或者说薄片。“涂层”一词是指一种涂敷在基材表面上的涂层组分的粘附层。本专利技术的装置和方法旨在测定薄膜或涂层的抗擦伤和划伤性能。所述装置可在涂层试验表面上制造出一种精确模拟薄膜或涂层表面上通常可看到的划伤和擦伤的显微划痕。划伤和擦伤的现象是复杂的，本申请人已确定在划伤和擦伤过程中留在涂层表面上的典型的显微痕迹或皱纹具有两种不同的形式。擦伤缺陷(如图1所示)是一种在薄膜或涂层的粘-塑性变形过程中产生的基本上平滑的痕迹，或者如图2所示，是一种在薄膜或涂层破损变形过程中产生的龟裂痕迹。这两种不同类型的损伤对于观察者的目视效果是大不相同的。本申请人发现，图1所示的损伤对于训练过的专家会比外行人更容易看见，而对图2所示的损伤，即使是未经专门训练观察这类缺陷的外行人也很容易看出。因此，本专利技术提出一种可在预定的可再现的条件下在涂层上产生上述损伤的更为客观的测试方法。本专利技术一般地提出一种测试装置，该装置带有可使试样表面发生变形(即显微划伤)的机构，并可用目视方法和曲线图形式记录测试表面的变形信息，然后分析划伤损坏情况。图3简单示出本专利技术的测试装置1的各种部件。测试装置1具有一个置于平台3上的底座2。上述平台3是很防振的，可彻底地防止振动传递到测试装置1上。普通的缓冲机构例如空气减震器(未示出)就很适合作平台3。例如可采用Newport公司(Irvine，CA)提供的研究系列桌面型No．RS 4000-48-12缓冲装置。底座2上设置一个装有臂件5的立柱4。上述臂件5最好是可调节的，以便使臂件5可沿立柱4上、下定位。在臂件5上固定一个刻划器导引机构6，而在底装2上设置一个试样移送机构8。测试装置1还具有一个普通的计算机装置10，例如可从Redmond微软公司(华盛顿)购得的按WindowsNT工作系统运行的IBM一兼容制计算机。计算机装置10含有可调节来自和发向刻划器导引机构6和试样移送机构8的输入和输出信号的装置11，以便控制置于刻划器导引机构6的刻划器32和试样56(见图6和8)的移动，上述试样56的形式可以是一种薄膜或涂敷在基板上的涂层。可按照由LABVIEWKersion 5．0．1可编程软件提供的软件程序来控制刻划器32和试样56的移动，上述软件可从Austin国家仪器公司(Texas)购得。计算机装置10还具有用于产生来自试样56的刻划表面而产生的可处理的数据的普通装置和存贮上述可处理的数据的普通装置以及用于显示可目视的可处理数据或例如在CRT屏幕12或曲线绘制器(未示出)上显示上述可处理的数据的装置。在试验过程中，采用视频系统14记录试样56的表面产生的变形，然后进行划伤损坏情况的分析。频率系统14对于刻划器32的定位、试样56的调平和试验的调整都十分有用。视频系统014是一种普通的系统。它最好与普通的视频记录系统(未示出)相连接，以便在试验过程中存贮由视频系统14所产生的图象。也可用一台显微镜(未示出)来观察所测试的涂层的损伤情况。测试装置1最好置入隔热室(未示出)内，使其所有部件都保持在恒温(最好是室温)下。最好在上述隔热室内从全局上设置多个照明灯，以便在试验中对测试装置1的各种部件进行调节并在寻找试样56表面上产生的划痕过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定试样抗擦伤性能的装置，含有： 一个安装在上述装置的立柱上的刻划器导引机构，该机构具有一个装有一个刻划器的驱动刻划器的机构和一个检测该刻划器移向和移离上述试样的表面的距离的装置；和 一个设置在上述装置的底座上的试样移送机构，该机构具有一个固定上述试样并使上述试样的表面垂直于上述的刻划器的夹持器和一个可沿与上述刻划器相切的方向移动上述试样的台架，从而使上述刻划器的针尖在受到驱动而同时进入上述试样内时，就在上述薄膜或涂层的表面上产生划痕。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：林立，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]