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接觸角測試評估鋼化玻璃表面涂層耐磨性能的研究
發(fā)布時間：2025-10-31 點擊次數(shù)：7
鋼化玻璃作為一種廣泛應(yīng)用于建筑、家電、汽車及電子顯示領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料，其表面性能至關(guān)重要。為了賦予玻璃自清潔、防指紋、抗污、防眩光等特殊功能，常在表面施加一層或多層功能性涂層（如SiO?基疏水涂層）。然而，這些涂層在日常使用中會不可避免地遭受摩擦、刮擦等物理損傷。
涂層的耐磨性能直接決定了其功能壽命。因此，開發(fā)一種快速、準(zhǔn)確的涂層耐磨性評估方法顯得尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的目視檢查法主觀性強(qiáng)，靈敏度低。而接觸角測量作為一種經(jīng)典的表面科學(xué)分析技術(shù)，能夠靈敏地反映固體表面自由能和化學(xué)組成的變化，是評估涂層磨損前后狀態(tài)變化的理想工具。
對于鋼化玻璃的功能涂層，其性能（如疏水性）與高接觸角值直接相關(guān)。一旦涂層因磨損而受損，暴露出下層或本體的更高表面能的玻璃材料，表面的潤濕性就會發(fā)生改變，直接表現(xiàn)為接觸角的下降。耐磨試驗機(jī)（如線性摩擦磨耗機(jī)、泰伯磨耗機(jī)）通過特定的摩擦頭（如橡皮、砂輪、鋼絲絨）、在設(shè)定的壓力、速度和循環(huán)次數(shù)下對涂層表面進(jìn)行摩擦。這個過程模擬了實際使用中的磨損情況。
涂層完好：表面化學(xué)性質(zhì)均勻，表現(xiàn)出設(shè)計的高或低接觸角。
涂層磨損：磨損會導(dǎo)致兩種主要變化：
物理損傷：涂層變薄、出現(xiàn)劃痕，甚至局部剝落。
化學(xué)暴露：磨損區(qū)域暴露出下層不同化學(xué)性質(zhì)的材質(zhì)。
這兩種變化都會顯著改變表面對液滴的相互作用，從而被接觸角測試儀精確捕捉。
一、實驗方法與步驟：
1、初始狀態(tài)測量：
使用接觸角測試儀，在未經(jīng)磨損的原始涂層表面選取多個點，滴加固定體積的測試液體（通常為去離子水，評估疏油性時可使用油酸二碘甲烷等）。
通過座滴法測量并記錄每個點的靜態(tài)接觸角，計算平均值作為初始接觸角（θ0）。
2、模擬磨損實驗：
將樣品固定在耐磨試驗機(jī)上。
設(shè)定實驗參數(shù)：如負(fù)載（如500g、1000g）、摩擦行程、速度、循環(huán)次數(shù)（如100次、500次、1000次等）。這些參數(shù)可根據(jù)實際應(yīng)用場景的嚴(yán)酷程度進(jìn)行調(diào)整。
啟動設(shè)備，對涂層表面進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的摩擦。
3、磨損后狀態(tài)測量與分析：
將磨損后的樣品清潔干燥，再次使用接觸角測試儀在摩擦區(qū)域及附近進(jìn)行多點測量。
記錄磨損后的接觸角值（θ1）。
核心對比：將θ1與θ0進(jìn)行對比分析。
二、通過對比摩擦前后的接觸角數(shù)據(jù)，可以得出以下幾種結(jié)論：
1、接觸角基本不變（θ1≈ θ0）：
表明涂層具有優(yōu)異的耐磨性。在經(jīng)過設(shè)定的摩擦測試后，涂層仍能保持其原有的化學(xué)性質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)，功能未受明顯影響。
2、接觸角顯著下降（θ1 < θ0）：
這是最常見的現(xiàn)象，表明涂層已發(fā)生磨損。接觸角下降的幅度直接反映了磨損的嚴(yán)重程度。下降越多，說明涂層損耗越嚴(yán)重，其疏液/親液功能衰減越明顯。
3、接觸角變?yōu)榱悖ㄍ耆佌梗?/span>
在極端磨損情況下，涂層被完全磨穿，暴露出親水性的鋼化玻璃基底，水滴會迅速鋪展開，接觸角接近0°。這表明涂層已完全失效。
通過監(jiān)測摩擦前后接觸角的變化來評估鋼化玻璃表面涂層的耐磨性，是一種科學(xué)、精確且高效的質(zhì)量控制與研發(fā)驗證手段，對于提升高端玻璃制品的可靠性和市場競爭力具有重要意義。
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