El revestimiento antirayaduras es un tipo de revestimiento o película protectora que se aplica a la superficie de un objeto para mitigar los arañazos. Los arañazos son pequeños cortes superficiales que quedan en una superficie después de la interacción con un objeto más afilado. Los revestimientos antirayaduras proporcionan resistencia a los arañazos al contener materiales microscópicos diminutos con propiedades resistentes a los arañazos. Los materiales resistentes a los arañazos vienen en forma de aditivos , filtros y aglutinantes . Además de los materiales, la resistencia a los arañazos se ve afectada por las técnicas de formación del revestimiento . La resistencia a los arañazos se mide utilizando la prueba de dureza al rayado . Comercialmente, los revestimientos antirayaduras se utilizan en las industrias automotriz , óptica , fotográfica y electrónica , donde la reventa y/o la funcionalidad se ven afectadas por los arañazos. Los revestimientos antirayaduras son de creciente importancia a medida que los materiales tradicionales resistentes a los arañazos, como los metales y el vidrio, se reemplazan por plásticos de baja resistencia a los arañazos . [1]
La automoción, la óptica y la electrónica son sectores importantes en materia de recubrimientos antirayaduras.
Los recubrimientos antirayaduras en la industria automotriz mantienen la apariencia del vehículo y evitan que se dañe la capa anticorrosión . La capa anticorrosión protege los metales del vehículo de los daños ambientales. Los recubrimientos antirayaduras para automóviles son cada vez más fuertes (de 10 newtons a 15 newtons de protección) para contrarrestar la resistencia a los rayones perdida debido al cambio de la industria del acero a plásticos y aluminio livianos pero poco resistentes a los rayones . Actualmente, la formación de rayones se reduce con una imprimación y una capa transparente. La imprimación está hecha de resina de poliolefina , mientras que la capa transparente contiene los aditivos siloxano y erucamida. [2] [3]
Los recubrimientos resistentes a los rayones se añaden a las gafas debido a la extrema capacidad de los rayones de afectar la visión del usuario. Incluso cuando las gafas ópticas están hechas de vidrio de alta resistencia a los rayones , policarbonato o CR-39 , se siguen utilizando recubrimientos. Los recubrimientos ópticos incluyen carbono tipo diamante (DLC) y recubrimientos híbridos antirreflejos y antirayaduras. El carbono tipo diamante es un recubrimiento que comparte la extrema resistencia a los rayones de los diamantes. Los recubrimientos híbridos antirreflejos y antirayaduras contienen aditivos resistentes a los rayones con materiales de recubrimiento antirreflejos . [4] [5]
En la industria electrónica , se aplican recubrimientos resistentes a los rayones a las pantallas electrónicas para evitar rayones primarios con las uñas. Las pantallas están hechas de policarbonato ( el plástico más resistente a los rayones) o de vidrio de alta gama. Los recubrimientos antirayaduras de la industria electrónica a menudo contienen los aditivos antirayaduras siloxano y los filtros antirayaduras TiO2 (dióxido de titanio) y SiO2 (dióxido de silicio). Los aditivos y filtros se combinan con una resina de fluorocarbono . La resina de fluorocarbono es un material oleofóbico . Los materiales oleofóbicos son materiales que repelen los aceites causados por las huellas dactilares . [6]
Los recubrimientos antirayaduras se utilizan a menudo en productos plásticos donde se requiere claridad óptica, resistencia a la intemperie y a los productos químicos. Algunos ejemplos son discos ópticos , pantallas, piezas moldeadas por inyección, medidores y otros instrumentos, espejos, letreros, gafas de seguridad o protección ocular y envases de cosméticos. Estos recubrimientos suelen ser a base de agua o de disolventes. [ cita requerida ] [ cita requerida ]
Los materiales resistentes a los arañazos están presentes en el revestimiento antialmidón, ya sea como aglutinantes, aditivos y/o filtros . El aglutinante, los aditivos y los filtros forman la película delgada del revestimiento antiarañazos , una capa delgada de tamaño nanométrico a micrométrico que se aplica a un sustrato (la superficie de un objeto). [7]
En los recubrimientos antirayaduras, los aglutinantes (la estructura cohesiva similar al pegamento de los recubrimientos) proporcionan resistencia a las rayaduras o/y proporcionan estructura para aditivos y filtros resistentes a las rayaduras. [8]
Los aglutinantes que ofrecen resistencia al rayado y estructura incluyen:
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Los recubrimientos resistentes a los arañazos utilizan rellenos especiales resistentes a los arañazos. Los rellenos son partículas que mejoran las propiedades funcionales específicas de los recubrimientos con o sin aglutinantes. Los rellenos resistentes a los arañazos más comunes incluyen:
- dióxido de circonio ( ZrO 2 )
- Hidróxido de óxido de aluminio (AlOOH)
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Los recubrimientos antirayaduras utilizan aditivos con propiedades específicas de resistencia a los arañazos. Los aditivos son partículas dispersas en una película fina en cantidades inferiores al uno por ciento.
Los aditivos que reducen la visibilidad de los rayones incluyen:
Los aditivos que reducen la fricción , una parte importante de la resistencia al rayado, incluyen:
Los aditivos que controlan el microagrietamiento, un paso de tamaño micro en la formación de rayones, incluyen: [13]
Los recubrimientos antirayaduras modifican las propiedades tribológicas (propiedades resultantes de la interacción entre la superficie y el entorno) y mecánicas ( propiedades físicas de un material ) del sustrato . Las propiedades tribológicas y mecánicas modificadas afectan los mecanismos de deformación de las rayaduras (efectos microscópicos de la deformación de un material), la visibilidad de las rayaduras, la fricción y otras consideraciones adicionales. [14]
Los recubrimientos resistentes a los arañazos reducen el impacto de los arañazos por tres mecanismos principales de deformación : planchado, microfisuras y arado.
La dislocación de átomos en planos atómicos más débiles debido a las deformaciones plásticas de Plowing. El arado es cuando una hendidura rompe la superficie de un material y deja marcas de rayaduras. Los recubrimientos anti-rayaduras contienen materiales basados en filtros con alta ductilidad (capacidad de soportar deformaciones plásticas) para limitar el arado. Las deformaciones plásticas ocurren cuando los enlaces atómicos que sostienen los planos atómicos se rompen, lo que hace que los planos se disloquen en posiciones más débiles. El control del arado es importante ya que cada evento de arado adicional deja una rayadura y un mayor riesgo de daño interno, lo que reducirá la vida útil de los productos. [15]
Las microfisuras son grietas de tamaño microscópico que se forman en superficies frágiles debido al movimiento espasmódico del indentador conocido como stick-slip . Los recubrimientos antirayaduras controlan las microfisuras al contener filtros, aglutinantes o aditivos con alta resistencia a la tracción. Recientemente, la investigación antirayaduras se está centrando en las nanofisuras, la versión nanotribical de las microfisuras mediante la creación de aditivos nanoespecíficos. [15] [16]
Los recubrimientos antirayaduras controlan el rayado al prolongar o prevenir las deformaciones elásticas. Las deformaciones elásticas son estiramientos no permanentes de los enlaces atómicos que ocurren antes de la deformación plástica.
Los recubrimientos antirayaduras controlan las deformaciones elásticas, que provocan un efecto de ranurado a corto plazo, al disminuir la elasticidad y aumentar la ductilidad. Sin embargo, la disminución de la elasticidad debe equilibrarse, ya que una elasticidad baja provoca microfisuras.
La resistencia al rayado también se puede aumentar prolongando el período de planchado con materiales con un punto de fluencia . El punto de fluencia es el punto en el que un material cambia de deformaciones elásticas a plásticas. Los materiales con un punto de fluencia más alto disminuyen el arado permeable, al aumentar el planchado no permeable. [17]
Los recubrimientos resistentes a los rayones contienen superficies de baja fricción , la fuerza de resistencia al deslizamiento. Las superficies de baja fricción son lisas. Las superficies lisas son importantes ya que las superficies más rugosas son propensas a los rayones, como lo demuestra la ecuación de desgaste de Archard. [18]
Ecuación de Archard:
W: volumen de desgaste creado durante un evento de rayado.
S: La distancia durante la cual ambos objetos estuvieron en contacto entre sí.
N: fuerza normal o cantidad de presión aplicada por el objeto que produce la indentación.
H: Dureza del material, medida por un coeficiente dado .
K: El valor constante adimensional de Archard Wear es 1x10 8 .
Los recubrimientos resistentes a los arañazos aplicados a sustratos controlan la baja dureza al rayado de los plásticos al estar recubiertos con materiales no plásticos. Los plásticos contienen baja dureza al rayado debido a la alta viscoelasticidad del plástico (deformaciones altamente viscosas y elásticas) y baja cristalinidad (estructura altamente ordenada). [17]
La visibilidad de los arañazos se ve afectada por el surco de la superficie. El surco que rodea el lugar del rasguño cambia el ángulo de reflexión (dirección de la luz que provoca ondas). Cuando el ángulo de reflexión es mayor del 3 por ciento, los arañazos se vuelven visibles. [17] Los recubrimientos antirayaduras controlan la visibilidad de los arañazos al tener una superficie con poco surco. Además de la fricción, las superficies con poco surco dependen de los factores de topología (superficie) de la textura de la superficie ( capa ) y el espaciado de las irregularidades ( ondulación ). La topología se controla mediante una precisión extrema durante el proceso de formación del recubrimiento. [19]
Formación del revestimiento de la sección principal
La formación de recubrimientos es el proceso de adhesión (fijación) del recubrimiento al sustrato . Los recubrimientos antirayaduras generalmente se aplican mediante pulverización (manual o automática), inmersión, centrifugado, rodillo o recubrimiento por flujo. La formación de recubrimientos utiliza el "factor de precisión" para afectar las propiedades de rayado dependientes de la topología. Los "factores de precisión" incluyen la concentración de aditivos, el espesor del recubrimiento y la viscosidad .
La mayoría de los tipos de revestimiento se pueden limpiar con un limpiador de vidrio sin amoníaco y un paño suave. [10]
ASTM International , Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales, establece estándares de prueba de materiales para materiales, incluidos los recubrimientos antirayaduras. La mayoría de los recubrimientos resistentes a rayaduras se rigen por la norma ASTM D7027-20 (consulte los enlaces externos). Las pruebas estándar de resistencia a rayaduras implican rayar los recubrimientos con un penetrador de diamante. [20] [21]