پوشش های مقاوم به خراش یا ضد خش

خراش و مقاومت به آن

 

وقتی یك جسمی سخت با سطح یك جسم نرم تر تماس پیدا كند و در طول آن سطح حركت كند، خراش ایجاد می شود. این پدیده ی مخرب باعث ایجاد آسیب هایی بر روی سطح اجسام می شود و جلوه ی ظاهری آن ها را تحت الشعاع قرار می دهد و از عمر تعریف شده ی آن ها می کاهد. از آنجایی كه خراش در خیلی از صنایع رخ می دهد و باعث کاهش طول عمر قطعات و تجهیزات و افزایش هزینه ها می شود، لذا متخصصان مهندسی سطح را بر آن داشته است تا راه حلی برای از بین بردن این مشكل و افزایش مقاومت به خراش سطوح اجسامی كه از این پدیده آسیب می بینند پیدا كنند. یکی از روش ها به منظور بالا بردن مقاومت مواد، ابزار و تجهیزات در مقابل خراشیدگی در صنایع مختلف همچون صنایع خودرو سازی، لنزهای اپتیكی و صنایع موبایل و …، استفاده از پوشش های مقاوم به خراش است. مقاومت به خراش معیاری از توانایی سطوح اجسام در جلوگیری از ایجاد خراش در اثر تماس با اجسام تیز و یا سایر عوامل محیطی همچون جریان گرد و غبار موجود در سطح است.

 

 

خراش در پلاستیک ها:

 

خراش برداشتن مواد مثل فلزات، پلیمرها، چوب و شیشه، کاربرد آن ها را محدود می کند. مواد شفاف پلیمری، امروزه كاربردهای وسیعی در صنایع مختلف از قبیل صنایع هوافضا، خودروسازی، لوازم خانگی، اجزای اپتیكی و … دارند. این مواد اغلب به عنوان جانشین شیشه به كار می روند. در مقایسه ی این مواد با شیشه می توان به سبكی و ایمن بودن و همچنین انعطاف پذیری آن ها اشاره كرد. همچنین به علت خاصیت ویسكو الاستیك پلیمرها، این مواد قادر به حذف ارتعاشات مكانیكی هستند. علیرغم دارا بودن این مزیت ها در برابر شیشه، مواد پلیمری در برابر خراش و تاثیر شرایط آب وهوا بر سطوح آن ها مقاومت كمی دارند لذا سطوح آن ها سریعاً كدر می شود و باعث پایین آمدن كارایی آن ها می شود. در نتیجه كاربرد آن ها در مصارف نوری و اپتیكی و صنایعی كه به شفافیت بالا نیاز دارند با محدودیت روبرو می شود.

 

 

کاربرد پوشش های مقاوم به خراش:

 

پوشش های مقاوم به خراش (Anti scratch coating) در صنایعی كه نیاز به شفافیت و كیفیت سطحی بالایی دارند كاربرد دارند. البته یك پوشش مقاوم به خراش نمی تواند ۱۰۰% مانع خراش برداشتن سطح جسم شود ولی می تواند برای جلوگیری از خراش جزئی كه سطوح اجسام را خراب می كند كمك كند.

صنایعی كه در آن ها این پوشش ها بیشترین كاربرد دارند عبارتند از:

 

• صنایع خودروسازی

 

• صنایع هوافضا

 

• صفحه ی موبایل

 

• لنزهای اپتیكی

 

• صفحه ی نمایش لپ تاپ

 

• صفحه ی ساعت

 

• صفحه ی نمایش دستگاه های الكترونیكی

 

• لوازم خانگی

 

• صنایع ساختمان مثل درب و پنجره، شیشه، کفپوش، نماها و غیره

 

• دندانسازی

 

 

 

 

در ادامه به اختصار چند نمونه از این كاربردها توضیح داده می شوند:

 

لنزهای اپتیكی:

 

بیشترین كاربرد پوشش های مقاوم به خراش در لنزها است. شفافیت بالا برای لنزهای اپتیكی بسیار مهم است و از آنجایی كه خراش باعث كاهش شفافیت می شود لذا از پوشش های مقاوم به خراش استفاده می كنند. این پوشش ها برای لنزهای عینك های طبی، آفتابی، عینك ایمنی و مخصوصاً عینك كودكان استفاده می شوند. باید توجه كرد كه استفاده از این پوشش باعث كاهش عملكرد لنزها نمی شود. ضخامت این پوشش ها در حد چند میكرون است.

 

صنایع خودروسازی:

 

استفاده از پوشش های مقاوم به خراش به خاطر رشد مصرف پلاستیك ها در صنایع خودروسازی اهمیت زیادی یافته است. مقاومت به خراش برای قسمت های داخلی خودرو یك موضوع حیاتی است، چون مشتری، خراش را به عنوان علامتی از كیفیت پایین خودرو می داند. ضخامت این پوشش ها در صنعت خودروسازی بیشتر از پوشش استفاده شده در لنزهای اپتیكی است و ممكن است كه به ۷۰ تا ۸۰ میكرون هم برسد.

 

دندانسازی:

 

مشخص شده است که نزدیك به ۹۵% انسان ها به خاطر از بین رفتن دندان هایشان رنج می برند. یكی از پوشش هایی كه بر روی دندان انسان به كار می رود تا اینكه آن ها را از خراش برداشتن مصون كند پوشش نانوهیبریدی شامل یك سرامیك غیرآلی و یك كوپلیمر آلی است كه باعث افزایش مقاومت به خراش دندان ها و كاهش آسیب دیدگی آن ها می شود.

 

 

لایه های پوشش مقاوم به خراش:

 

پوشش های مقاوم به خراش را با ضخامتی در حدود چند میكرون بر روی سطح جسم ایجاد می كنند تا از ایجاد خراش بر روی سطح جلوگیری كند. این پوشش ها معمولاً از چندین لایه تشكیل می شوند تا اینكه چسبندگی و خواص مكانیكی بهتری داشته باشند. این لایه ها عبارتند از:

 

• لایه ی ED (Electro Deposition ): این لایه اولین لایه ای است كه بر روی سطح جسم قرار می گیرد و ضخامت آن كمتر از ۱۰ میكرون است و به روش رسوب دهی الكتریكی بر روی سطح قرار داده می شود.

 

• لایه ی پرایمر: به روش اسپری كردن و به منظور صاف كردن لایه یED بر روی آن نشانده می شود.

 

• لایه ی Adhesion : این لایه به منظور افزایش چسبندگی بین سطح جسم و لایه ی ED و همچنین افزایش چسبندگی بین لایه ی ED و پرایمر و … به كار می رود تا اینكه پوشش در نهایت كیفیت و چسبندگی خوبی داشته و كارآیی آن قابل قبول باشد.

 

• لایه ی topcoat : این لایه خود از دو قسمت رنگ و كیلر تشكیل شده است كه معمولاً بر روی لایه ی پرایمر نشانده می شود. نانوذراتی که برای ایجاد مقاومت به خراش افزوده می شوند به لایه ی topcoat اضافه می شوند.

 

 

ترکیب پوشش های مقاوم به خراش:

 

پوشش های مقاوم به خراش از دو جزء اصلی شامل زمینه ی پلیمری و مواد افزودنی تشكیل می شوند. پلیمرهای متنوعی به عنوان زمینه به كار می روند كه از میان آن ها می توان به مخلوطی از مونومرهای دی متاكریلاتی مانند متیل متاکریلات (MMA)، بیس فنول A-گلیسیدیل متاکریلات (Bis-GMA) و تری اتیلن گلیکول دی متاکریلات (TEGDMA)، اپوکسی، پلی یورتان و كوپلیمرهایی مانند پلی متیل متاكریلات (PMMA) اشاره كرد.

اضافه كردن افزودنی های غیر آلی در حد میكرون به زمینه ی پلیمری اگر چه خواص مكانیكی پوشش مقاوم به خراش را بهبود می بخشد ولی این پوشش ها را نمی توان برای لنزها و یا صنایعی كه به شفافیت بالا نیاز دارند استفاده كرد چون این افزودنی ها باعث كاهش شفافیت پوشش می شوند. برای بر طرف كردن این مشكل، از افزودنی های نانومتری برای افزایش مقاومت به خراش استفاده می شود. پوشش هایی كه با افزودنی های نانومتری ایجاد می شوند نه تنها عملكرد لنزها و صفحات نمایشی را مختل نمی کنند و باعث كاهش شفافیت نمی شوند، بلكه با ایجاد یك پیوند محكم و پایدار بین افزودنی ها و زمینه ی پلیمری بطور قابل ملاحظه ای خراش های مویی را كاهش می دهند.

 

نانو ذرات استفاده شده در پوشش های مقاوم به سایش معمولاً یکی از موارد زیر هستند:

 

• نانو ذرات اکسید فلز یا شبه فلز مثل سیلیکا (SiO₂)، تیتانیا (TiO₂)، آلومینا (Al₂O₃)، اکسیدهای آهن ۲ و ۳ ظرفیتی Fe₂O₃) و (Fe₃O₄، اکسید روی (ZnO)، سریا (CeO₂) و زیرکونیا (ZrO₂)

 

• نانو رس ها مثل کائولینیت، بنتونیت و مونت موریلونیت

 

• نانو لوله های کربنی

 

• سیستم های نانویی دیگر مثل فولرین، نانو الیاف ها و نانو ذرات متخلخل  

 

 

روش های تولید پوشش های مقاوم به خراش:

 

با استفاده از روش های زیر می توان این پوشش ها را تولید كرد و بر روی زیرلایه ی فلزی، پلاستیکی، سرامیکی، شیشه ای و چوبی قرار داد:

 

• روش اسپری حرارتی:

 

در این روش ابتدا افزودنی های نانومتری را با زمینه ی پلیمری مخلوط می كنند و سپس مخلوط تولید شده را با استفاده از یك اسپری یا پیستوله بر روی زیرلایه اسپری می كنند، سپس برای اینكه پوشش به خوبی ایجاد شود آن را حرارت می دهند تا پلیمر پخت شود و به این ترتیب پوشش مقاوم به خراش تولید می شود.

 

 

• روش غوطه وری :

 

یكی از ساده ترین روش های تولید پوشش مقاوم به خراش، روش غوطه وری است. به این صورت كه وقتی مخلوط افزودنی-پلیمر تولید شد، قطعه ی مورد نظر مثلاً لنز عینك را در درون محلول فرو می برند تا پوشش بر روی آن رسوب كند.

 

 

• لایه نشانی فیزیكی از فاز بخار (PVD):

 

یكی از روش های مؤثر برای تولید پوشش مقاوم به خراش PVD است. PVD یك فرآیند نشاندن فیلم نازك بر روی زیرلایه است كه در آن، ماده (فلز، آلیاژ، تركیب) به صورت بخار در آمده و در خلا بر روی زیرلایه نشانده می شود. این فرآیند شامل پوشش دهی تبخیری، پوشش دهی یونی، پراكنش و كاشت یونی است.

 

 

• لایه نشانی شیمیایی از فاز بخار (CVD):

 

ایجاد یك پوشش فلزی یا تركیب فلزی یا پلیمری به وسیله ی واكنش شیمیایی یا تجزیه ی حرارتی یك گاز را CVD گویند. این عملیات معمولاً در دماهای بالای ۷۰۰ درجه سانتی گراد روی سطح زیرلایه صورت می گیرد. یكی از زیرمجموعه های این روش، روش لایه نشانی شیمیایی از فاز بخار برانگیخته شده توسط پلاسما (PICVD) است كه در تولید پوشش برای لنزها و صفحات نمایش اجزای الكترونیكی كاربرد دارد.

 

 

منابع و مراجع این نوشته نزد عصر مواد محفوظ است.