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硬度与抗划伤性和耐磨性

  磨损是两个固体表面接触时在力的作用下将材料从固体表面剥落的结果。磨损时所受到的力除正压力以外还有剪切力。材料的剥落以微粒和小块的形式脱离母体材料。材料的表面不可能是非常平的,从微观上看,接触点是一些凸起的,一种材料硬度很高或者在两接触面之间存在刚性颗粒时,受力后造成表面下陷,表面随后的相对移动形成犁沟式划痕,这就产生了划伤。两种材料表面接触时,相对软的表面更容易被划伤。由于聚合物的莫氏硬度都很低,只有1～3,由聚合物构成的涂膜容易受到划伤。硬聚合物的抗划伤性与磨耗有关,并与聚合物的模量呈平行变化。交联的弹性聚合物既容易变形又有很好的回弹性,有较高的抗划伤性。与小分子相比,聚合物的另一个特点是受到外力作用,分子或链段发生移动时需要有一个较长的松弛时间,在瞬时快速外力作用下形成的划痕有可能因随后大分子链的松弛运动变得不明显,甚至消失,这就是所谓的抗划伤可自愈涂料

耐磨性表述的是在相同受力条件下(温度、湿度、接触介质、外力的大小及受力时间)材料从母体剥落的程度。与抗划伤性一样,耐磨性与材料的硬度和韧性有关,但耐磨性反映的是材料在小应力长时间作用下的表面性能。涂膜的外观表现大致可分为硬、软、韧、脆几大类型,聚合物材料性能的兼有又可构成硬而韧、软而韧、硬而脆、软而脆等不同的表现形式。后者在高分子材料中并不少见,在极高的加力速度下甚至柔性材料也会发生脆性。并非越硬的涂膜耐磨性越好,恰恰对同一类型的聚合物涂膜,已经发现越硬的涂膜耐磨性越差，见图1。图1中相同条件下测得的磨耗值随硬度的增大急剧上升。事实上柔韧的涂膜有更好的耐磨性。由于交联密度与涂膜硬度有正比关系(见图2)，也可以说,随着交联密度的增大涂膜的耐磨性变差。同样可知,交联后的涂膜往往比未交联的涂膜耐磨性下降。作为涂料,硬而韧的涂膜才是好的涂膜。

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