Гейтерсберг, штат Мэриленд – Новые испытания Национального института стандартов и технологий и трех его партнеров могут способствовать защите внешних поверхностей автомобилей от таких дефектов, как вмятины, царапины, и других проблем на дорогах.
В новой статье журнала Progress in Organic Coatings, исследователи из четырех организаций (Национальный институт стандартов и технологий и его партнеры Eastman Chemical Co., the Hyundai America Technical Center и Anton Paar USA) описали три быстрых и надежных лабораторных метода для моделирования процесса образования царапин на прозрачных слоях автомобильных покрытий. Испытания направлены на достижение более глубокого понимания механизмов, стоящих за этим процессом, чтобы производители могли сделать будущие материалы для покрытий более устойчивыми к царапинам и стойкими в целом.
В настоящее время производители автомобильных покрытий используют два простых метода испытаний для оценки устойчивости прозрачных слоев к царапинам и прогнозирования характеристик в рабочих условиях: прибор для измерения прочности на истирание и симулятор мойки автомобилей "Amtech-Kistler". Первый представляет собой устройство с роботизированным "пальцем", двигающимся из стороны в сторону с разной степенью нажима, повторяя повреждения, вызываемые действиями человека или абразивными поверхностями. Второй — это вращающееся колесо со щелками, моделирующее воздействие автомойки на прозрачные слои.
"К сожалению, оба метода оценивают характеристики прозрачных слоев только на основе внешнего вида, качественного анализа, результаты которого отличаются при каждом испытании и не дают количественных данных для научного понимания процессов, происходящих в автомобильных покрытия в реальности", — говорит физик Национального института стандартов и технологий, Ли Пиин Сунг, один из авторов новой статьи. “Мы продемонстрировали метод испытания, характеризующий механизмы образования царапин на молекулярном уровне, потому что именно так раскрывается химия и физика процесса для создания более стойких покрытий”.
В своих испытаниях исследователи воздействовали штифтом с алмазным наконечником на поверхность из полимерного композиционного материала для составления ее морфологии, затем использовали штифт для нанесения царапин и повторно воздействовали на поверхность и составляли ее морфологию. С помощью наконечников различного размера с разным усилием были проведены испытания на царапины: на нано-, микро- и макроуровнях.
Количественная разница между профилями до и после нанесения царапин вместе с их микроскопическим анализом оказались ценными сведениями о чувствительности к деформациям, стойкости к образованию трещин и сопротивлению внешним воздействиям.
Если царапины в прозрачном слое составляют несколько микрометров в глубину и ширину и возникают без трещин, их считают поверхностными повреждениями. "Такие трудноразличимые деформации, как правило, возникают в результате мойки автомобиля", — говорит Сунг. Она пояснила, что испытание на наноцарапины, выполненное в Национальном институте стандартов и технологий, предоставило наиболее полные данные о механизмах повреждений и образовании легких царапин, а испытания на микро- и макроцарапины, проведенные партнерами института, выдали более подробную информацию о более крупных, глубоких и заметных деформациях, известных как царапины с трещинами — повреждения, наносимые ключами, ветками деревьев, продуктовыми тележками и другими твердыми предметами.
Исследователи пришли к выводу, что для получения наиболее точной оценки характеристик прозрачных слоев необходимо проводить испытания нано-, микро- и макроцарапин совместно с действующими стандартными методами испытаний конкретной отрасли.
