装饰塑料磨损模拟与测量技术

实验室测试方法的目标是建立一种方法，允许用户获得可靠，有意义的数据。随着材亚博网站下载料和装饰技术的推进，用于测量装饰塑料的耐磨性的常规使用测试方法可能是不充分的。为了保证产品稳健性，了解如何模拟和量化“现实世界”损害至关重要。

本文介绍了开发（或改进）测试方法的程序，旨在测量装饰塑料的表面磨损的电阻。重点是最大限度地减少常见的测试程序方差来源和解释和量化结果的复杂技术。Taber Industries'线性磨坊主模型5750是解决这一需求的理想解决方案，并已被众多公司纳入质量控制和研发努力。

介绍

虽然佩戴的验证通常很简单，但了解磨损过程并不直接。实际上，磨损过程是一种复杂的现象，并且任何在实验室环境中进行精确模拟的尝试通常会产生巨大的困难。

ASTM International将磨损定义为“对固体表面的损坏（通常涉及渐进材料丧失），由该表面和接触物质或物质之间的相对运动引起[1]。在大多数情况下，运动是重复动作，材料去除是缓慢的过程。

塑料之间的两个典型的磨损类别磨损磨损和磨损。磨损涉及通过某种类型的机械作用去除表面的一部分（例如，摩擦或滑动物体的后退）。MAR磨损是表面的永久变形，但变形不会导致表面破裂。磨损和磨损不应该混淆。虽然这些术语可互换地使用，但磨损被定义为“通过摩擦另一表面磨损材料的任何部分”[2]而磨损是导致它的动作。

虽然实验室磨损测试可能会产生大量了解对材料表现的各种因素，但大多数实验室方法都没有提供所涉及的力学的精确模拟。这是因为通常影响磨损率的几个影响。必须了解测试的局限性，因为加速磨损测试可能并不总是检测潜在的问题或预测场效率结果。

然而，受控实验室测试允许近似现场条件，并能够消除外来变量。这允许产品的寿命凝结到较短的持续时间内，并且能够在受控设置内以相同的方式评估材料。亚博网站下载此外，实验室测试比田间研究更昂贵。

定义一种方法

任何模拟的尝试穿损伤在实验室环境中需要确定一系列复杂的相互关联的性质。测试的目标是在指定的一组标准下提供预测性能，并与最终使用性能进行比较。然而，评估产品在其使用期间所受的条件很快暴露了建立测试方法的困难和多方面的本质。

开发新的磨损试验的基本原则是首先利用最简单的技术，一旦所需信息可用，就会尽快停止。在许多情况下，通过检查进一步因素来获得的额外信息并不合理而达增加的时间和费用。

由于可靠性和产品寿命的担忧，工程师可能需要准确的磨损系统复制。比较的是，寻找对材料进行排名的材料开发商可能接受了一种方便的测试，该测试不准确地模拟预期用途。亚博网站下载在这两种情况下，必须仔细考虑磨损系统和故障模式以产生有用的数据。磨损系统包括试件和接触材料以及产生磨损的相对运动。故障模式由系统磨损的磨损以及需要哪种磨损模式决定。[有关磨损模式的进一步信息，请参阅ASTM International，G40术语]。

磨损是源于整个系统受到的条件的响应。耐磨性受破坏性的性质，破坏剂在样品面积上的可变作用磨损，样品和磨机之间的压力，样本的张力和样品中的尺寸改变。

尽管大多数标准化的测试方法描述了在执行测试时必须观察到的变量，但必须承认，准确识别磨损条件的所有影响不太可能的影响。必须仔细考虑以下影响：

1. 接触几何
2. 接触的长度
3. 材料表面相互作用
4. 正常力量
5. 滑动速度
6. 环境条件
7. 材料成分和硬度

笔记：重要的是，当试图分离和重现每个变量的影响时，不要分心。

如何确定产品可能受到的条件?主要的方法需要考虑现有的理解。如果正在研究现场失效，则应进行实际应用中表面磨损的外观检查。重要的是要记住，可能会有多种磨损模式同时发生，同时也要认识到实验室中的匹配条件通常是不完美的。以下参数通常与塑料材料[3]的滑动磨损有关:亚博网站下载

1. 与所讨论的材料相关的内在参数，例如它们的表面状况，性质和完成。亚博网站下载这些包括块状特征（例如，物理特性，化学成分，机械性能，硬度）和表面特征（粗糙度，物理化学特性）。
2. 外部参数与滑动条件相关联，包括滑动速度，施加的负载，接触方式，运动特性，环境条件（湿度，温度）和任何间质性物质（润滑剂，磨损碎片）。
3. 由滑动条件，尤其是摩擦表面的表面温度以及所讨论的材料的性质影响的变量。亚博网站下载

一些行业已经开发了测试程序，并认可了可用于重复磨损的磨损仪器。然而，“有很多客户和行业规范实际上并不是有意义的产品性能或耐久性的指标”[4]。如果一个方法不存在，或者没有遵循行业标准，选择一个对系统建模的测试是至关重要的。如果对于从哪里开始有任何犹豫，第一步应该与研究行业协会联系，因为这将使确定是否已经存在一个可接受的磨损试验程序。其他信息来源包括致力于开发测试标准的组织，如ASTM国际和ISO。

生产可靠的数据

有许多仪器可以评估材料对表面磨损损坏的抵抗力。然而，由于每个仪器的发现基于该测试仪的独特系统，因此通常无法比较设备之间的数据。实际上，一些材料可以在通过亚博网站下载替代方法测试时对耐磨损的相对阶的相对顺序显示差异。

在磨损系统模拟中需要的原理因素包括样品制备，测试方案，设备设计和测量。特定类型的磨损试验和最终使用性能之间是否存在任何相关性，不仅依赖于磨损机制的等价性，而且还依赖于在磨损试验期间维持该机制的程度。以下几点介绍了需要考虑的重要元素：

运动

相对运动的类型经常被用来指定所产生的磨损。由于其复杂性，已经确定了几种不同的磨损模式，包括滑动、滚动、摩擦和磨损。磨损可能发生在组合或同一部件的不同部分。

仪器

测试设备必须体现坚固的设计，以产生可重复和可重复的结果。变量，如速度，负载，对准，设备建设的刚性，磨料需求的供应充分控制，以保证磨损条件稳定。用于装饰塑料的最常使用的测试人员需要往复运动，旋转磨料盘/轮或点接触。

亚博网站下载所涉及的材料

磨损系统的结构包括样品和反体（通常是一些品种的磨机）。硬度，韧性，弹性，强度（包括拉伸，粘性和剪切强度）等基本特征，并且特别是在耐磨性，厚度的情况下，都可以影响材料的耐磨性。亚博网站下载应该注意的是，当暴露于发散情况时，材料可能会磨损，或者可能受到另一个接触体的磨损的影响。

磨料（磨损剂）

磨损机制取决于反面干扰的地形性质。常见的磨料品种包括工程磨料，纺织品和砂纸。虽然磨料颗粒可能不是实际磨损的原yabo214理原因，但定期使用它们来加速测试。磨料颗粒，无论它们是yabo214松散还是嵌入粘合剂材料中，都对磨损率有很大的影响。在大多数情况下，除了可以刷新之外，不希望重新使用磨料。

1. 形状 - 与圆形颗yabo214粒相比，体现角度或“块状”形状的颗粒可以导致磨损率的高达十倍。
2. 尺寸 - 颗粒的尺寸为键，随着较大的颗粒效果比较小的颗粒成比例地效果。yabo214负yabo214责磨损或侵蚀的颗粒通常在1μm和500μm之间体现尺寸。
3. 类型-普通磨料颗粒由碳化硅和氧化铝组成。yabo214在砂纸上，由于碳化硅的颗粒比氧化铝更锋利，所以它产生的划痕更薄，而且通常切割速度更快。
4. 脆性 - 干扰损坏和局部热量和压力下的碎片的易容易性，产生新的锋利边缘。

联系几何

这对应于研磨头或研磨剂的形状，以及其与样品的接触。某些系统可能需要试样和干扰“磨损”，因此产生稳定且均匀的接触几何形状。虽然点接触可以消除与替代接触几何形状相关的几个对准问题，但应力水平可以通过磨损进展来改变，采用进一步复杂的数据分析和必要的比较技术。

接触压力（施加负荷）

随着加速测试，负载可以超越现场观察到的内容。该变量通常涉及在整个摩擦作用中推动研磨材料对样本的力量。重要的是不利用超越材料的最终强度的负荷。

滑动速度(滑动速度)

这是指破坏剂在样品上行进时的速度。尽管在测试中的加速是有利的，但如果速度变得太快（磨机），则可以通过引入不同现象来破坏测试的准确性。过度速度可导致试样上的典型热条件。

润滑状态

润滑将影响材料的摩擦性质。通常与金属相关，几种塑料制剂还包含润滑剂添加剂。

样品制备

试样的制备和试验控制的细节因所讨论的试验和材料而不同。亚博网站下载例如，应监督试样的均匀性、硬度、表面粗糙度和几何形状，以确保试验结果的重复性。对位面和产生磨损的介质也需要类似的控制。在多层系统的评估过程中，基板起着核心作用。

环境

有几种材料对温度亚博网站下载和湿度的改变的敏感性，调整测试环境可能会影响结果。

减少常见的变异来源

正如在介绍中强调的那样，在实验室环境中的模拟磨损是一个复杂的过程。有各种各样的变异来源可以影响测试结果。意识到这些将有助于开发一种可以提供产生可重复和可再现数据的方法的技术。

如果正在开发一个新的协议，重要的是要记住测试开发取决于开发人员的专业水平。有时，需要试验和错误以确定产生有价值信息的测试程序。广泛说话，因为磨损涉及至少两个体和至少一种材料，并且取决于广泛的影响，准确的模拟既不实用也不是可能的，并且接受需要一些差异。

一旦建立一种方法，应记录该程序。缺乏临界程序信息缺乏的测试方法可以引入与可重复性有关的问题，以及通过操作符误差引起磨损测试的多大变化。

根据仪器的不同，任何变量都可能给随后的测试结果带来变化。这种情况通常发生在那些没有遵守既定测试方法的公司，或者那些没有使用关键信息的程序的公司。必须审查测试设置参数，以确保它们在所有测试中是相同的。例如，样品定位的重要性往往被操作人员所忽略。如果仪器不能将标本固定在相同的位置，则应考虑使用夹具或其他装置。

粘附在生产磨损的身体上粘附可能会导致磨损率变化。如果破坏者没有改变或刷新，这可能导致磨损率降低。干扰的年龄或病情可以是额外因素，特别是如果它具有保质期或受到环境/储存条件的不利影响。

此外，不应忽视为实验室人员提供足够培训的供应。如果操作员不了解设备的正确使用并且使用它不正确使用，也可以引入变化。

考虑磨损测试仍然可以在不精确模拟应用程序的情况下产生有价值的数据。在尝试复制表面损坏之前，有必要确定测试的目的和数据的预期应用。虽然这经常被忽视，但花时间宣布在进行任何测试之前宣布目标将有助于保持重点和减少任何分心。

大多数公司仅作为满足客户或行业规范的方式进行测试，但他们无法出售其产品。其他人使用测试作为更好地理解其产品/过程的方式。无论装饰是针对功能性能还是化妆品吸引力，在装饰塑料上进行表面损坏测试的公司的原理原因是为了确保它们正在制造最优质的饰面，这将持续到整个产品的生命周期。目的是确保产品在其估计的寿命上保持最低性能，并抵抗使用的磨损或劣化。

这代表了一个挑战，因为客户通常可以在未初始设计或测试的应用中使用产品。今天的行业面临的常规问题来自家用清洁剂和个人护理产品引起的涂层的化学攻击。由于各种阳光屏幕，昆虫疏口剂和手动乳膏等的商业上可获得的，测试每个的效果是不可行的。因此，以规定的测试目标开始，将有助于留在轨道上的任何测试。

解释和量化结果的高级技术

耐磨性通常采用以下三种方法之一来确定:涂层穿过基材所需的磨损循环次数(每mil的磨损循环次数);特定次数的磨损循环的重量损失(质量损失);或试样外观的视觉变化(与预定标准相比，涂层的去除量)。使用的其他方法包括磨损深度、体积损失、雾度测量(对于透明材料)和强度测试。亚博网站下载

大多数公认的磨损试验方法产生耐磨性的比较测量，并通过结果进行排序。亚博网站下载之中装饰塑料，对结果的解释通常是通过对试样的状况或外观进行主观评价，然后进行预定数量的磨损试验循环。对于可重复的结果，建议使用标准化的评分系统(例如1 - 5目视量表)来量化外观和等级表现的变化。参考照片旁边的相应的口头描述通常提供表明一个均匀间隔的排名。另一种常见的方法是确定特定破坏级别(如光泽、颜色、厚度、磨损)所需的循环次数。

随着正在进行的技术创新，放大的测试样品可以实现在内部以合理的适中的费用。随着电子工业努力坚持尝试缩小部件，有工具可以用来放大部件在每个成本范围。如果是基于装饰的应用，使用十字线目镜或显微镜放大10倍仍然可以令人满意。然而，如果应用程序是基于性能的，则通常需要将其放大200倍或300倍。在这种情况下，可以使用软件进行表面损伤分析，或制作零件的三维表面映射。

无论选择哪种评价方法，磨损率可能并不总是时间或接触循环次数的线性函数，因为其他因素，如材料、磨损类型和接触条件，也可能产生影响。亚博网站下载应该非常谨慎地推断结果。

结论

公司进行磨损试验的主要原因是确保他们制造的产品质量和特性一致，没有缺陷，并将在其整个寿命期内持续使用。

通过测试，公司可以证明产品符合行业标准，进行产品研发，监督生产过程的质量保证;开发新产品;为买家提供信息;说明保证标准;等。采用有价值的测试程序是确认产品质量和确保指定材料或表面光洁度满足消费者期望的必要先决条件。亚博网站下载

尽管如此，没有实验室磨损试验可以确保现实生活中的成功;实验室中有太多参数进行模拟。磨损的影响通常只是影响产品耐用性的多种因素之一，并且这种关系可能与不同的最终用途不同。因此，不建议唯一对磨损导致预测磨损的磨损，除非有数据在建议的最终用途中展示实验室磨损试验和实际磨损之间的具体关系。尽管确定用于设计和组件寿命估计的预测磨损模型是明智的，但没有型号普遍充分。然而，正品考虑，磨损测试结果可以产生有价值的，可靠的数据。

Taber Industries拥有丰富的经验，具有测试物理性质，包括耐磨损（磨损）和划痕和火星。有关开发测试方法的帮助，请向Taber发送产品样本。Taber的内部测试专家可以分享我们的知识测试各种材料以及各种评估标准。亚博网站下载

参考文献

1. Astm International，G40术语磨损和侵蚀
2. 同前。
3. 国际标准ISO 6601，塑料 - 通过测试参数的滑动 - 剥离和磨损
4. A.F. Zielnik，时间考验：你的完成终止吗？今天完成，p。28（2007年6月）

此信息已采购，从Taber Industries提供的材料进行审核和调整。亚博网站下载

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