隨著高分子材料在光學、包裝、汽車及建筑裝飾等領域的廣泛應用,市場對其表面質量的要求越來越高。刮擦是尖銳硬物在材料表面滑動時產生的一種力學變形和破壞行為。多維復雜應力的作用使材料表面因塑性變形而形成可見劃痕,從而對材料的美觀性、完整性和持久性帶來負面影響。因此,高分子材料的耐刮擦性能逐漸受到工業界的特別關注。近年來,隨著刮擦測試相關國際標準的建立以及計算機模擬技術的發展,人們開始圍繞刮擦過程中的一些基本科學問題進行深入探索和研究,對高分子材料的刮擦破壞模式與機理、材料內在多層次結構與刮擦性能關系等方面的理解也日趨深入,為高分子材料的耐刮擦性能改性提供了重要的理論和實驗依據。隨著該領域的不斷豐富和發展,高分子材料表面刮擦研究已逐漸發展成為集力學、材料學、材料加工、儀器設計與制造、計算機模擬等多學科交叉的研究方向,對高分子材料的基礎研究與工程應用具有重要意義。
四川大學高分子研究所郭少云教授在《高分子學報》2018年第10期即將發表的綜述中系統評述了國內外對高分子材料刮擦行為的研究進展。從高分子材料刮擦性能測試和表征方法、刮擦過程中的變形與破壞機理、刮擦行為的影響因素以及耐刮擦改性方法等方面進行了系統總結,并進一步對當前高分子材料刮擦研究的不足和未來的主要研究方向進行了展望。
高分子中材料表面在刮擦過程受到多維復雜應力的作用,且高分子獨特的多層次結構使得影響其刮擦行為的因素眾多,因此國內外在高分子材料表面刮擦領域的研究大多以刮擦測試方法和材料工程改性為主,涉及到高分子材料非線性力學性能特點和刮擦破壞機理的基礎研究還較為缺乏,對刮擦機理的認識仍有待進一步深入。此外,雖然目前已經發展了多種耐刮擦改性方法和技術,但在實際使用過程中當受到較大的外界荷載時,即使具有優良耐刮擦性能的高分子材料仍然可能形成刮痕而對其外觀和性能造成不利影響。
因此,作者認為,高分子材料刮擦研究未來主要的方向是:
(1) 復雜條件和環境下高分子材料的刮擦行為研究。高分子材料在實際服役過程中會受到熱、氧、水、光、微生物和化學介質等多種環境因素的綜合作用,在這些因素長時間的影響下,其表面結構可能會發生較大的變化從而改變其刮擦行為。因此高分子材料刮擦的進一步研究需要考慮各種環境變量的影響。
(2) 高分子材料耐刮擦改性的新思路和新策略。常規耐刮擦改性方法著重于增強高分子材料抵抗刮擦形變的能力,而通過分子或結構設計使其表面已經產生的刮痕能夠快速有效地進行自修復正成為一個新興的研究方向。
(3) 刮擦行為的計算機模擬與預測。隨著計算機技術的高速發展,將實驗測試與計算機建模及有限元分析相結合,建立可預測復雜環境(溫度、應力、濕度、載荷等)下刮擦行為的本構模型,對深入認識和理解高分子材料的耐刮擦機理,建立材料內在多層次結構與刮擦性能的關系具有重要意義。
論文鏈接:http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/gfzxb20180089guoshaoyun.pdf