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Recubrimiento antiarañazos

El recubrimiento antiarañazos es un tipo de recubrimiento o película protectora que se aplica a la superficie de un objeto para mitigar los arañazos. Los arañazos son pequeños c...

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El recubrimiento antiarañazos es un tipo de recubrimiento o película protectora que se aplica a la superficie de un objeto para mitigar los arañazos. Los arañazos son pequeños cortes que quedan en una superficie tras la interacción con un objeto más duro o afilado. Los recubrimientos antiarañazos proporcionan resistencia a los arañazos al contener materiales con propiedades antiarañazos. Estos materiales se presentan en forma de aditivos , cargas y aglutinantes . Además de los materiales, la resistencia a los arañazos se ve afectada por las técnicas de formación del recubrimiento . Comercialmente, los recubrimientos antiarañazos se utilizan en las industrias automotriz , óptica y electrónica , donde la funcionalidad o el valor de reventa se ven afectados por los arañazos. Los recubrimientos antiarañazos son cada vez más importantes a medida que los materiales tradicionales resistentes a los arañazos, como los metales y el vidrio, se reemplazan por plásticos , que generalmente son más blandos y menos resistentes a los arañazos. [ 1 ]

Aplicaciones

Automotor

Los recubrimientos antiarañazos en la industria automotriz mantienen la apariencia de los vehículos y previenen daños en la capa anticorrosión . Estos recubrimientos son cada vez más resistentes (de 10 newtons a 15 newtons de protección) para contrarrestar la pérdida de resistencia a los arañazos debido al cambio de la industria del acero a plásticos y aluminio ligeros, pero menos resistentes a los arañazos . Actualmente, la formación de arañazos se reduce con una combinación de imprimación y capa transparente. La imprimación suele estar hecha de resina de poliolefina , mientras que la capa transparente generalmente contiene los aditivos siloxano y erucamida . [ 2 ] [ 3 ]

Óptico

Los recubrimientos resistentes a los arañazos se añaden con frecuencia a las gafas porque incluso los defectos menores pueden afectar la visión del usuario. Aunque una lente correctora esté hecha de vidrio resistente a los arañazos , policarbonato o CR-39 , a menudo se siguen utilizando recubrimientos. Los recubrimientos ópticos incluyen carbono tipo diamante (DLC) y recubrimientos híbridos antirreflectantes y antiarañazos. El carbono tipo diamante comparte la extrema resistencia a los arañazos del diamante. Los recubrimientos híbridos antirreflectantes y antiarañazos contienen aditivos resistentes a los arañazos junto con materiales de recubrimiento antirreflectantes . [ 4 ] [ 5 ]

Electrónica

En la industria electrónica , se aplican recubrimientos antiarañazos a las pantallas electrónicas para evitar los arañazos primarios de las uñas. Las pantallas están hechas de policarbonato (el plástico más resistente a los arañazos) o de vidrio de alta gama. Los recubrimientos antiarañazos de la industria electrónica suelen contener el aditivo antiarañazos siloxano y los rellenos antiarañazos dióxido de titanio (TiO₂ ) y dióxido de silicio (SiO₂ ) . Los aditivos y filtros se combinan con una resina de fluorocarbono . La resina de fluorocarbono es un material oleofóbico que repele los lípidos de la superficie de la piel que quedan en las pantallas como huellas dactilares . [ 6 ]

Otros usos

Los recubrimientos antiarañazos se utilizan con frecuencia en productos plásticos que requieren resistencia a la intemperie o a productos químicos. Además, ayudan a mantener la claridad óptica. Algunos ejemplos son discos ópticos , pantallas, piezas moldeadas por inyección, manómetros y otros instrumentos, espejos, letreros, gafas protectoras y envases de cosméticos. Estos recubrimientos suelen ser de base acuosa o de base solvente.

Composiciones de recubrimiento antiarañazos

Los materiales resistentes a los arañazos están presentes en los recubrimientos antiarañazos como aglutinantes, aditivos y/o rellenos . El aglutinante, los aditivos y los filtros, en conjunto, forman la película delgada de un recubrimiento antiarañazos , una capa de espesor nanométrico a micrométrico aplicada a la superficie de un objeto. [ 7 ]

Carpetas

En los recubrimientos antiarañazos, los aglutinantes son una estructura cohesiva similar a un pegamento que proporciona resistencia al rayado y/o estructura para aditivos y cargas resistentes al rayado. [ 8 ]

Entre las carpetas que ofrecen resistencia a los arañazos y estructura se incluyen:

[ 7 ] [ 9 ] [ 10 ]

Rellenos

Los recubrimientos resistentes a los arañazos utilizan cargas especiales resistentes a los arañazos. Las cargas son partículas que mejoran propiedades funcionales específicas de los recubrimientos. Las cargas resistentes a los arañazos más comunes incluyen: [ 11 ]

Aditivos

Los recubrimientos antiarañazos utilizan aditivos con propiedades específicas de resistencia al rayado. Estos aditivos son partículas dispersas en una película delgada en cantidades inferiores al uno por ciento.

Entre los aditivos que disminuyen la visibilidad de los arañazos se incluyen:

Entre los aditivos que reducen la fricción , un factor importante en la resistencia a los arañazos, se incluyen:

Los aditivos que controlan el microfisurado, un paso de tamaño micrométrico en la formación de arañazos, incluyen: [ 13 ]

Teoría

Los recubrimientos antiarañazos modifican las propiedades tribológicas del sustrato , que son aquellas que resultan de la interacción superficie-superficie, así como sus propiedades mecánicas inherentes . Las propiedades tribológicas y mecánicas modificadas influyen en los mecanismos de deformación por rayado , la visibilidad del rayado, la fricción y otras consideraciones adicionales. [ 14 ]

Impacto en los mecanismos de deformación

Los recubrimientos resistentes a los arañazos reducen el impacto de los tres mecanismos principales de deformación causados ​​por los arañazos : el arado, la microfisuración y el planchado.

Arada

El arado se produce cuando una indentación rompe la superficie de un material, provocando la dislocación de los átomos hacia planos atómicos más débiles debido a la deformación plástica. Los recubrimientos antiarañazos contienen materiales filtrantes con alta ductilidad (capacidad para resistir deformaciones plásticas) para limitar el arado. Las deformaciones plásticas ocurren cuando se rompen los enlaces atómicos que mantienen unidos los planos atómicos, provocando que estos se disloquen hacia posiciones más débiles. Es importante controlar el arado, ya que cada evento de arado adicional deja un arañazo y aumenta el riesgo de daños mayores. [ 15 ]

Microfisuras

La microfisuración provoca grietas microscópicas que se forman en superficies frágiles debido al movimiento brusco del indentador, conocido como deslizamiento intermitente . Los recubrimientos antiarañazos controlan la microfisuración mediante la inclusión de cargas, aglutinantes o aditivos con alta resistencia a la tracción. Recientemente, la investigación en recubrimientos antiarañazos se centra en la nanofisuración, la versión nanotribológica de la microfisuración, mediante la creación de aditivos nanoespecíficos. [ 15 ] [ 16 ]

Planchar

Los recubrimientos antiarañazos controlan el planchado de arañazos prolongando o previniendo las deformaciones elásticas. Las deformaciones elásticas son estiramientos no permanentes de los enlaces atómicos que ocurren antes de la deformación plástica.

Los recubrimientos antiarañazos controlan las deformaciones elásticas disminuyendo la elasticidad y aumentando la ductilidad. La disminución de la elasticidad debe estar equilibrada, ya que una baja elasticidad provoca microfisuras.

La resistencia al rayado también puede incrementarse prolongando el período de planchado con materiales de alto límite elástico . El límite elástico es el punto en el que un material cambia de deformación elástica a plástica. Los materiales con un límite elástico más alto disminuyen el arado permeable , al aumentar el planchado no permeable. [ 17 ]

Fricción

Los recubrimientos resistentes a los arañazos crean superficies de baja fricción . Las superficies de baja fricción son lisas. Las superficies lisas son importantes ya que las superficies más rugosas son propensas a rayarse, como lo demuestra la ecuación de desgaste de Archard. [ 18 ]

Consideraciones sobre los plásticos

Los plásticos tienen poca dureza al rayado debido a su alta viscoelasticidad (deformaciones elásticas y altamente viscosas) y baja cristalinidad . [ 17 ] Los recubrimientos resistentes al rayado aplicados a sustratos plásticos mejoran la resistencia al rayado al crear una superficie de materiales no plásticos.

Disminución de la visibilidad de los arañazos

Mapa topológico de la superficie que muestra la ondulación y la disposición.

La visibilidad de los arañazos se ve afectada por el estriado de la superficie. El estriado que rodea un arañazo cambia el ángulo de reflexión (dirección de la luz que produce ondas). Cuando el ángulo de reflexión se altera en más de un 3 %, los arañazos se vuelven visibles. [ 17 ] Los recubrimientos antiarañazos controlan la visibilidad de los arañazos mediante una superficie con poco estriado. Además de la fricción, las superficies con poco estriado dependen de los factores topológicos (superficiales) de la textura de la superficie ( estructura ) y el espaciado de las irregularidades ( ondulación ). La topología se controla con precisión durante el proceso de formación del recubrimiento. [ 19 ]

Formación de recubrimientos

Formación del recubrimiento de la sección principal

La formación del recubrimiento es el proceso de adhesión (fijación) entre el recubrimiento y el sustrato. Los recubrimientos antiarañazos se aplican generalmente mediante pulverización, inmersión, centrifugación, rodillo o recubrimiento por flujo. La formación del recubrimiento utiliza diversos factores que influyen en las propiedades de resistencia al rayado, las cuales dependen de la topología. Estos factores incluyen la concentración del aditivo , el espesor del recubrimiento y la viscosidad .

La mayoría de los tipos de recubrimientos se pueden limpiar con un limpiador de vidrios sin amoníaco y un paño suave. [ 10 ]

Pruebas de resistencia al rayado

ASTM International , la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales, establece estándares de prueba para materiales, incluidos los recubrimientos antiarañazos. La mayoría de los recubrimientos resistentes a los arañazos se rigen por la norma ASTM D7027-20 (véase Enlaces externos). Las pruebas estándar de resistencia a los arañazos consisten en rayar los recubrimientos con un indentador de diamante. [ 20 ] [ 21 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Óptica oftálmica. Revisión de los métodos de ensayo utilizados para evaluar la resistencia al rayado y a la abrasión de las lentes oftálmicas , BSI British Standards, doi : 10.3403/30378322u
  2. ↑ Markarian, Jennifer (2009). "Los aditivos mejoran la resistencia al rayado en aplicaciones automotrices". Plastics, Additives and Compounding . 11 (2): 10– 15. doi : 10.1016/S1464-391X(09)70047-9 .
  3. ↑ Akafuah, Nelson; Poozesh, Sadegh; Salaimeh, Ahmad; Patrick, Gabriela; Lawler, Kevin; Saito, Kozo (2016). "Evolución del proceso de recubrimiento de carrocerías de automóviles: una revisión" . Coatings . 6 (2): 24. doi : 10.3390/coatings6020024 .
  4. ↑ Lin, Zeng; Wang, Feng; Gao, Ding; Ba, Dechun; Liu, Chunming (2013). "Propiedades friccionales y ópticas de recubrimientos de carbono tipo diamante sobre policarbonato". Plasma Science and Technology . 15 (7): 690– 695. Bibcode : 2013PlST...15..690L . doi : 10.1088/1009-0630/15/7/16 . S2CID 250841172 . 
  5. ↑ Charitidis, C.; Laskarakis, A.; Kassavetis, S.; Gravalidis, C.; Logothetidis, S. (2004-07-01). "Estudio óptico y nanomecánico de capas antiarañazos en lentes de policarbonato" . Superlattices and Microstructures . 36 (1): 171– 179. Bibcode : 2004SuMi...36..171C . doi : 10.1016/j.spmi.2004.08.015 . ISSN 0749-6036 . 
  6. ↑ Wu, Yi; Yan, Kai; Xu, Guilin; Yang, Chenguang; Wang, Dong (1 de octubre de 2021). "Fácil preparación de recubrimientos compuestos superoleófobos de TiO 2 /SiO 2 mediante método de pulverización" . Avances en Recubrimientos Orgánicos . 159 106411. doi : 10.1016/j.porgcoat.2021.106411 . ISSN 0300-9440 . 
  7. 1 2 "Capítulo 4 - Tipos y características de recubrimientos" (PDF) . 30-04-1995. EM 1110-2-3400. Archivado del original (PDF) el 16-10-2021.
  8. ↑ Guía de recubrimientos cerámicos
  9. ↑ "Polisilazanos: aglutinantes que marcan la diferencia en las superficies" .
  10. 1 2 "Resistencia a la abrasión y al desgaste en pinturas y recubrimientos: fundamentos y métodos de ensayo" .
  11. ↑ Hoornaert, T.; Hua, ZK; Zhang, JH (2010). "Recubrimientos resistentes al desgaste: una revisión" . En Luo, Jianbin; Meng, Yonggang; Shao, Tianmin; Zhao, Qian (eds.). Tribología avanzada . Berlín, Heidelberg: Springer. pp. 774–779 . doi : 10.1007/978-3-642-03653-8_257 . ISBN  978-3-642-03653-8.
  12. ↑ Mansha, M.; Gauthier, C.; Gerard, P.; Schirrer, R. (22 de junio de 2011). "El efecto de la plastificación por amidas de ácidos grasos en la resistencia al rayado del PMMA" . Wear . 271 (5): 671– 679. doi : 10.1016/j.wear.2010.12.089 . ISSN 0043-1648 . 
  13. ↑ Moezzi, Amir; McDonagh, Andrew M.; Cortie, Michael B. (15 de marzo de 2012). "Partículas de óxido de zinc: síntesis, propiedades y aplicaciones" . Chemical Engineering Journal . 185–186 : 1–22 . doi : 10.1016/j.cej.2012.01.076 . ISSN 1385-8947 . 
  14. ↑ Iqbal, T.; Briscoe, BJ; Luckham, PF (2011-07-18). "Deformaciones por rayado de poli(éterétercetona)" . Wear . 271 (7): 1181– 1193. doi : 10.1016/j.wear.2011.05.033 . ISSN 0043-1648 . 
  15. 1 2 "¿Qué tiene de especial la nanoescala? | Iniciativa Nacional de Nanotecnología" . www.nano.gov . Consultado el 19 de octubre de 2021 .
  16. ↑ Li, Yongqiang; Zhang, Ling; Li , Chunzhong (2020-02-01). "Recubrimientos de polisiloxano altamente transparentes y resistentes a los arañazos que contienen nanopartículas de sílice" . Journal of Colloid and Interface Science . 559 : 273–281 . Bibcode : 2020JCIS..559..273L . doi : 10.1016/j.jcis.2019.09.031 . ISSN 0021-9797 . PMID 31634671. S2CID 203127529 .   
  17. 1 2 3 Browning, Robert; Sue, Hung-Jue; Minkwitz, Rolf; Charoensirisomboon, Piyada (2011-05-17). "Efectos del contenido de acrilonitrilo y el peso molecular en el comportamiento de rayado de copolímeros aleatorios de estireno-acrilonitrilo". Polymer Engineering & Science . 51 (11): 2282– 2294. doi : 10.1002/pen.22003 . ISSN 0032-3888 . 
  18. ↑ Archard, JF (1953-08-01). "Contacto y frotamiento de superficies planas" . Journal of Applied Physics . 24 (8): 981– 988. Bibcode : 1953JAP....24..981A . doi : 10.1063/1.1721448 . ISSN 0021-8979 . 
  19. ↑ "¿Qué es una topografía superficial? - Definición de Corrosionpedia" . Corrosionpedia . Consultado el 8 de noviembre de 2021 .
  20. ↑ "ASTM D7027 - 20 Método de prueba estándar para la evaluación de la resistencia al rayado de recubrimientos poliméricos y plásticos utilizando una máquina de rayado instrumentada" . www.astm.org . Consultado el 31 de octubre de 2021 .
  21. ↑ Sander, T.; Tremmel, S.; Wartzack, S. (25 de diciembre de 2011). "Una prueba de rayado modificada para la caracterización mecánica de la resistencia al rayado y la adhesión de recubrimientos duros delgados sobre sustratos blandos" . Surface and Coatings Technology . Actas de la 38.ª Conferencia Internacional sobre Recubrimientos Metalúrgicos y Películas Delgadas (ICMCTF). 206 (7): 1873–1878 . doi : 10.1016/j.surfcoat.2011.08.035 . ISSN 0257-8972 . 
  • "Normas para recubrimientos antiarañazos" . Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales.