El recubrimiento antirrayas es un tipo de capa o película protectora que se aplica a la superficie de un objeto para mitigar los rayones. Los rayones son pequeños cortes a nivel de la superficie que quedan en una superficie luego de la interacción con un objeto más afilado. Los recubrimientos antirayaduras brindan resistencia a los rayones al contener pequeños materiales microscópicos con propiedades resistentes a los rayones. Los materiales resistentes a los rayones vienen en forma de aditivos , filtros y aglutinantes . Además de los materiales, la resistencia al rayado se ve afectada por las técnicas de formación de recubrimientos . La resistencia al rayado se mide mediante la prueba de dureza al rayado . Comercialmente, los recubrimientos antirayaduras se utilizan en las industrias automotriz , óptica , fotográfica y electrónica , donde la reventa y/o la funcionalidad se ven afectadas por los rayones. Los revestimientos antirayaduras son de creciente importancia a medida que los materiales tradicionales resistentes a las rayaduras, como los metales y el vidrio , se reemplazan por plásticos poco resistentes a las rayaduras . [1]
La automoción, la óptica y la electrónica son sectores importantes de recubrimientos antirrayas.
Los recubrimientos antirrayas en la industria automotriz mantienen la apariencia del automóvil y previenen daños en la capa anticorrosión del automóvil . La capa anticorrosión protege los metales del coche de los daños medioambientales. Los recubrimientos antirayaduras para automóviles se están volviendo más fuertes (de 10 newtons a 15 newtons de protección) para contrarrestar la resistencia a las rayaduras perdida debido al cambio de la industria del acero a plásticos y aluminio livianos pero poco resistentes a las rayaduras . 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]
Se añaden revestimientos resistentes a los arañazos a las gafas debido a la extrema capacidad de los arañazos para afectar la visión del usuario. Incluso cuando los vidrios ópticos están hechos de vidrio , policarbonato o CR-39 de alta resistencia al rayado , se siguen utilizando recubrimientos. Los revestimientos ópticos incluyen carbono similar al diamante (DLC) y revestimientos híbridos antirreflectantes y antirrayas. El carbono similar al diamante es un recubrimiento que comparte la extrema resistencia al rayado de los diamantes. Los revestimientos híbridos antirreflectantes Scratch contienen aditivos resistentes a los arañazos con materiales de revestimiento antirreflectantes . [4] [5]
En la industria electrónica , se aplican recubrimientos resistentes a los rayones a las pantallas electrónicas para evitar los rayones 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 antirrayas de la industria electrónica contienen a menudo el aditivo antirrayas siloxano y los filtros antirrayas TiO 2 (dióxido de titanio) y SiO2 (dióxido de silicio). Los aditivos y filtros se combinan con una resina de fluorocarbonos . 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 antirrayas se utilizan a menudo en productos plásticos donde se requiere claridad óptica, intemperie y resistencia química. Los ejemplos incluyen discos ópticos , pantallas, piezas moldeadas por inyección, medidores y otros instrumentos, espejos, señales, gafas protectoras y de seguridad para los ojos y envases de cosméticos. Estos recubrimientos suelen ser a base de agua o disolvente. [ cita necesaria ] [ cita necesaria ]
Los materiales resistentes a los arañazos están presentes en el revestimiento antialmidón, ya sea como aglutinantes, aditivos y/o filtros . Aglutinantes, aditivos y filtros forman la película delgada del revestimiento Anti-Scratch , una fina capa de nanómetros a micrometros aplicada a un sustrato (la superficie de un objeto). [7]
En los revestimientos antirayaduras, los aglutinantes (estructura cohesiva similar a un pegamento de los revestimientos) proporcionan resistencia a las rayaduras y/y proporcionan estructura para aditivos y filtros resistentes a las rayaduras. [8]
Los aglutinantes que ofrecen estructura y resistencia al rayado incluyen:
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Los revestimientos resistentes a los arañazos utilizan masillas especiales resistentes a los arañazos. Las cargas son partículas que mejoran propiedades funcionales específicas de recubrimientos con/o aglutinantes. Los rellenos resistentes a los arañazos comunes incluyen:
- dióxido de circonio ( ZrO 2 )
- Hidróxido de óxido de aluminio (AlOOH)
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Los revestimientos antirayaduras utilizan aditivos con propiedades específicas resistentes a los arañazos. Los aditivos son partículas dispersas en una fina película en cantidades inferiores al uno por ciento.
Los aditivos que disminuyen 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 las microfisuras, un paso de tamaño micro en la formación de rayones, incluyen: [13]
Los recubrimientos antirrayas cambian las propiedades tribológicas (propiedades resultantes de la interacción superficie-ambiente) y mecánicas ( propiedades físicas de un material ) del sustrato . Las propiedades tribológicas y mecánicas modificadas afectan los mecanismos de deformación de Scratch (efectos microscópicos de deformar un material), la visibilidad de Scratch, la fricción y otras consideraciones adicionales. [14]
Los revestimientos resistentes a los arañazos reducen los impactos de los arañazos mediante 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. Arar es cuando una escritura rompe la superficie de un material y deja marcas de rayones. Los revestimientos Anti-Scratch contienen materiales a base de filtros con alta ductilidad (capacidad de resistir 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 hacia posiciones más débiles. El control del arado es importante ya que cada arado adicional deja un rasguño y un mayor riesgo de daños internos, lo que disminuirá la vida útil de los productos. [15]
Las microfisuras son grietas de tamaño micro que se forman en superficies frágiles debido al movimiento brusco del indentador conocido como stick-slip . Los recubrimientos antirrayas controlan las microfisuras al contener filtros, aglutinantes o aditivos con alta resistencia a la tracción. Recientemente, la investigación antirrayas se está centrando en el nanocraqueo, la versión nanotribical del microcraqueo mediante la creación de aditivos nanoespecíficos. [15] [16]
Los revestimientos antirayaduras controlan el planchado rayado prolongando o previniendo las deformaciones elásticas. Las deformaciones elásticas son estiramientos no permanentes de enlaces atómicos que ocurren antes de la deformación plástica.
Los recubrimientos antirrayas controlan las deformaciones elásticas, lo que provoca 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 baja elasticidad provoca microfisuras.
La resistencia a los rayones también se puede aumentar prolongando el período de planchado con materiales de límite elástico . El límite elástico es el punto en el que los materiales cambian de deformaciones elásticas a plásticas. Los materiales con un límite elástico más alto disminuyen el arado permeable, al aumentar el planchado no permeable. [17]
Los revestimientos resistentes a los arañazos contienen superficies de baja fricción y resistencia al deslizamiento. Las superficies de baja fricción son lisas. Las superficies lisas son importantes ya que las superficies más rugosas son propensas a rayarse: como lo muestra la ecuación de desgaste de Archard. [18]
Ecuación de Archard:
W: volumen de Wear creado durante un evento scratch.
S: La distancia durante la cual ambos objetos estuvieron en contacto entre sí.
N: fuerza normal o cantidad de presión aplicada por el objeto indentado.
H: Dureza del material, medida mediante un coeficiente determinado .
K: El valor constante adimensional de Archard Wear de 1x10 8 .
Los recubrimientos resistentes a los rayones aplicados a los sustratos controlan la baja dureza del plástico 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 su baja cristalinidad (estructura altamente ordenada). [17]
La visibilidad de los rayones se ve afectada por el ranurado de la superficie. Los surcos que rodean el sitio del rasguño cambian el ángulo de reflexión (la dirección de la luz que causa ondas). Cuando el ángulo de reflexión es superior al 3 por ciento, los rayones se vuelven visibles. [17] Los recubrimientos antirayaduras controlan la visibilidad de las rayaduras al tener una superficie de ranura baja. Además de la fricción, las superficies de ranurado bajas dependen de la topología (superficie), los factores de textura de la superficie ( posición ) y el espaciado de las irregularidades ( ondulación ). La topología se controla con extrema precisión durante el proceso de formación del recubrimiento. [19]
Formación de revestimiento de la sección principal.
La formación de un recubrimiento es el proceso de adhesión (fijación) del sustrato al recubrimiento . Los recubrimientos antirrayas generalmente se aplican mediante recubrimiento por pulverización (manual o automatizado), inmersión, centrifugado, rodillo o flujo. Coating Formation utiliza un "factor de precisión" para afectar las propiedades de Scratch dependientes de la topología. Los "factores de precisión" incluyen la concentración del aditivo , el espesor del recubrimiento y la viscosidad .
La mayoría de los tipos de revestimiento se pueden limpiar con un limpiacristales sin amoníaco y un paño suave. [10]
ASTM International , Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales, establece estándares de prueba de materiales, incluidos los recubrimientos antirrayas. La mayoría de los revestimientos resistentes a los arañazos se rigen por la norma ASTM D7027 - 20 (consulte los enlaces externos). Las pruebas estándar de resistencia al rayado implican rayar los revestimientos con un penetrador de diamante. [20] [21]