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一、塑料材料表面刮擦磨損機(jī)理

刮擦磨損機(jī)理

塑料制品表面有好幾種明顯損壞的方法，其中有尖銳物體的劃痕;磨料摩擦產(chǎn)生的磨損；改變表面性能或光澤的表面損傷；或者鈍化物體輕微刮擦造成的“寫入效果”。

根據(jù)汽巴精化的高級(jí)研究員Ashu Sharma博士的解釋，材料在壓入力和滑動(dòng)力或橫（側(cè)）向力的作用下發(fā)生屈服，產(chǎn)生延性/脆性破壞從而造成刮痕。在刮痕中，不平的表面產(chǎn)生不均勻的光散射和“刮痕發(fā)化”。改善刮痕性能的解決方法包括盡可能減小聚合物底面粗糙程度和降低刮痕的胎肩，以產(chǎn)生盡可能少的光散射以及盡可能小的刮痕可見度。準(zhǔn)確地測量耐刮擦性能，弄清楚表面破壞背后的材料科學(xué)知識(shí)對(duì)于形成改善方案是重要的。

刮擦損害測試

檢測表面損害的試驗(yàn)方法有好幾種。一種是五指刮痕試驗(yàn)（five-finger scratch test），它是在不同載荷刮擦后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比較刮痕可見度，美國的汽車OEM商們常常要求使用這種方法。而歐洲的汽車行業(yè)廣泛采用的是伊利其遜十字形切口試驗(yàn)（Erichsen cross cut test），它檢測的是刮痕應(yīng)力發(fā)白發(fā)生的顏色變化。美國德克薩斯A&M 大學(xué)(TAMU)聚合物技術(shù)中心的刮痕聯(lián)盟（Scratch Consortium）已經(jīng)開發(fā)出刮痕試驗(yàn)設(shè)備和新的試驗(yàn)方法，蕞近已得到美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）的批準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為D7027-5。該刮痕試驗(yàn)的測試方法所具有的較少主觀性已經(jīng)得到了汽車行業(yè)的肯定。作為聯(lián)盟會(huì)員的汽巴（Ciba）公司正為了能使這三個(gè)方法相互關(guān)聯(lián)起來而積極努力，希望這三個(gè)方法都能在短期內(nèi)得以使用。

二、提高塑料耐刮擦耐磨方法

有些塑料本身已經(jīng)有很好的耐磨性，加入各種耐磨添加劑之后，可以更加改善其耐磨性。這些添加劑像聚四氟乙烯，二硫化鉬，石墨，硅利康油，玻纖，碳纖和芳香族聚酰胺纖維的添加劑制成的塑料復(fù)合材料具有自潤性(self lubricating)，配合加入南京塑泰適合牌號(hào)的相容劑，提高材料間的結(jié)合力和分散。可降低配合零件的壓力，從而提高材料的耐磨性。

選擇合適的基材樹脂

通常超高分子量聚乙烯是蕞耐磨的塑料之一，選擇UHWPE可以較為簡單的提高材料耐磨性能。

通常高結(jié)晶、規(guī)整度高的塑料比較耐磨，通常硬度高的塑料更耐磨，通常由類似苯環(huán)這種大分子的塑料比較不耐磨，比如聚苯乙烯。

在混合型TPO中，通常采用POE、EPDM、TPV(EPDM/PP)來增韌PP，彈性體的加入導(dǎo)致耐刮擦性能的下降。因此選擇合適的彈性體非常重要，通常它們之間耐刮擦性能比較是這樣的：TPV＞EPDM＞POE。

采用耐磨性好的填料

二硫化鉬

二硫化鉬的另一個(gè)常見的名字為”Moly”，主要用于尼龍塑料的一種耐磨添加劑。二硫化鉬的作用有如結(jié)晶劑，用以增加尼龍的結(jié)晶度，使尼龍材料產(chǎn)生一個(gè)較硬和較耐磨擦表面。二硫化鉬對(duì)金屬有很高的親和力。一旦吸附在金屬表面，二硫化鉬的分子會(huì)填塞金屬表面用顯微鏡才可看見的毛細(xì)孔，并使金屬表面變得更滑。此點(diǎn)使二硫化鉬成為一個(gè)理想的耐磨添加劑用于當(dāng)尼龍與金屬互相磨擦的應(yīng)用。

石墨

石墨的化學(xué)結(jié)構(gòu)為一個(gè)獨(dú)特的格子狀結(jié)構(gòu)。此獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)使石墨分子在很小磨擦力上很容易地互相滑動(dòng)。此耐磨特性在有水的環(huán)境中尤其重要。此特性使石墨成為一種理想的耐磨性添加劑用于很多置于水中的應(yīng)用，如水鋪外殼、輪葉(impeller)和關(guān)封(Value seals)。

玻璃纖維

玻璃纖維是一種硬而且刮損性高的纖維，因而常被錯(cuò)誤地認(rèn)為塑料中加入了玻璃纖維會(huì)破壞該塑料的耐磨性。玻璃纖維提供了高分子間堅(jiān)固的機(jī)械性結(jié)合的功能，所以玻璃纖維可以增加熱塑性塑料結(jié)構(gòu)的整個(gè)性并改善耐磨性。玻璃纖維提供補(bǔ)強(qiáng)可以增加塑料的抗?jié)撟冃?熱傳導(dǎo)性和熱變形性，因而可以顯著改善塑料的耐負(fù)荷與耐磨擦速度的能力。

碳纖維

與玻璃纖維的情況一素，碳纖維能大幅改善結(jié)構(gòu)的整體性、耐磨性和耐負(fù)荷與耐磨擦速度之能力。和玻璃纖維不同的是碳纖維是一種較軟且刮損性較低的纖維。碳纖維不會(huì)刮傷與其磨擦的鐵鋼質(zhì)或鋼質(zhì)的磨擦表面。熱塑性塑料加入10%以上之碳纖維會(huì)有消除靜電的功能，并可因此克服因造成的靜電問題。

芳香族聚酰胺纖維

芳香族聚酰胺纖維也是耐磨添加劑之一。不像玻璃纖維和碳纖維，它是蕞軟和蕞無刮損性的纖維。此特性是芳香族聚酰胺纖維在耐磨應(yīng)用的主要優(yōu)點(diǎn)，特別是在配合零件的表面對(duì)刮損性的纖維。

其它類填料

滑石粉是比較常規(guī)的一種填料，要選擇合適的偶聯(lián)劑、合適的目數(shù)；

目前硅灰石的應(yīng)用已從工程塑料方面延伸至熱塑性彈性體，添加硅灰石，能改善熱塑性彈性體的耐溫性、提高壓縮變形、改善耐刮擦性能；

納米材料，如白炭黑，可以提高彈性體材料的壓縮變性、耐磨性、耐刮擦性能，但選擇一個(gè)合適的混合工藝非常關(guān)鍵。

添加合適的耐磨助劑

聚四氟乙烯（PTFE，鐵氟龍）

PTFE是所有耐加劑中有蕞低的磨擦系數(shù)。在磨擦過程中磨出來的PTFE分子會(huì)在零件表面形成潤滑的薄膜。PTFE在磨擦剪力下有很好的潤滑性及耐磨性能，在高負(fù)荷應(yīng)中，PTFE是佳的耐磨添加劑。這些高負(fù)荷用包括液壓式活塞環(huán)封、推力墊圈。適當(dāng)?shù)腜TFE含量為非結(jié)晶性含15%PTFE、而結(jié)晶性塑料含20%PTFE。知名品牌有3M公司。

聚硅氧烷

聚硅氧烷液體是一種會(huì)移行的耐磨添加劑，當(dāng)加入熱塑性塑料中，該助劑會(huì)緩慢移行到零件表面，并形成一層持續(xù)不斷的薄膜。聚硅氧烷有很廣泛的粘度范圍，粘度以centistokes 計(jì)量。聚硅氧烷的粘度逾低，逾成流質(zhì)狀且速地移行到零件表面產(chǎn)提供耐磨特性。若聚硅氧烷的粘度太低，則在較易揮發(fā)，并會(huì)很快地從零件中移行消失掉。知名品牌有德國瓦克、德固薩、美國道康寧。