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Monatliches Archiv: Mai 2021

Glasbeschichtung Feuchte Verschleißprüfung mit Tribometer

Glasbeschichtung Feuchte Verschleißprüfung mit Tribometer

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FEUCHTIGKEIT DER GLASBESCHICHTUNG

VERSCHLEISSPRÜFUNG MIT TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE LIPhD

EINFÜHRUNG

Die selbstreinigende Glasbeschichtung schafft eine leicht zu reinigende Glasoberfläche, die Ablagerungen, Schmutz und Fleckenbildung verhindert. Die Selbstreinigungsfunktion reduziert die Häufigkeit, den Zeitaufwand, die Energie- und die Reinigungskosten erheblich, was sie zu einer attraktiven Wahl für eine Vielzahl von privaten und gewerblichen Anwendungen macht, z. B. für Glasfassaden, Spiegel, Duschscheiben, Fenster und Windschutzscheiben.

BEDEUTUNG DER VERSCHLEISSFESTIGKEIT DER SELBSTREINIGENDEN GLASBESCHICHTUNG

Eine wichtige Anwendung der selbstreinigenden Beschichtung ist die Außenfläche der Glasfassade von Wolkenkratzern. Die Glasoberfläche wird häufig von schnell fliegenden Partikeln angegriffen, die von starkem Wind getragen werden. Auch die Witterungsbedingungen spielen eine wichtige Rolle für die Lebensdauer der Glasbeschichtung. Es kann sehr schwierig und kostspielig sein, die Oberfläche des Glases zu behandeln und eine neue Beschichtung aufzubringen, wenn die alte Beschichtung versagt. Daher ist die Verschleißfestigkeit der Glasbeschichtung unter
unterschiedliche Wetterbedingungen sind kritisch.


Um die realistischen Umgebungsbedingungen der selbstreinigenden Beschichtung bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen zu simulieren, ist eine wiederholbare Verschleißbewertung bei kontrollierter und überwachter Feuchtigkeit erforderlich. Sie ermöglicht es den Anwendern, die Verschleißfestigkeit der selbstreinigenden Beschichtungen, die unterschiedlichen Feuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt sind, genau zu vergleichen und den besten Kandidaten für die gewünschte Anwendung auszuwählen.

MESSZIEL

In dieser Studie haben wir gezeigt, dass die NANOVEA Das mit einem Feuchteregler ausgestattete Tribometer T100 ist ein ideales Instrument zur Untersuchung der Verschleißfestigkeit von selbstreinigenden Glasbeschichtungen bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten.

NANOVEA

T100

Kompaktes pneumatisches Tribometer T100

PRÜFVERFAHREN

Die Objektträger aus Natronkalkglas wurden mit selbstreinigenden Glasbeschichtungen mit zwei verschiedenen Behandlungsrezepten beschichtet. Diese beiden Beschichtungen werden als Beschichtung 1 und Beschichtung 2 bezeichnet. Zum Vergleich wurde auch ein unbeschichteter Objektträger aus blankem Glas getestet.


NANOVEA Tribometer Ausgestattet mit einem Feuchtigkeitskontrollmodul wurde das tribologische Verhalten, z. B. Reibungskoeffizient, COF und Verschleißfestigkeit der selbstreinigenden Glasbeschichtungen, bewertet. Eine WC-Kugelspitze (Durchmesser 6 mm) wurde gegen die getesteten Proben angelegt. Der COF wurde vor Ort aufgezeichnet. Der an der Tribokammer angebrachte Feuchtigkeitsregler regelte den Wert der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) präzise im Bereich von ±1 %. Nach den Verschleißtests wurde die Morphologie der Verschleißspuren unter dem Lichtmikroskop untersucht.

MAXIMALE BELASTUNG 40 mN
ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die Stift-auf-Scheibe-Verschleißtests unter verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen wurden an beschichtetem und unbeschichtetem Glas durchgeführt.
Proben. Die COF wurde während der Verschleißtests in situ aufgezeichnet, wie in ABBILDUNG 1 und die durchschnittliche COF ist zusammengefasst in ABBILDUNG 2. ABBILDUNG 4 vergleicht die Verschleißspuren nach den Verschleißtests.


Wie in ABBILDUNG 1Das unbeschichtete Glas weist einen hohen COF von ~0,45 auf, sobald die Gleitbewegung im 30% RH beginnt, und er steigt nach und nach auf ~0,6 am Ende des Verschleißtests mit 300 Umdrehungen. Im Vergleich dazu weist das
Die beschichteten Glasproben Beschichtung 1 und Beschichtung 2 weisen zu Beginn des Tests einen niedrigen COF von unter 0,2 auf. Der COF
von Beschichtung 2 stabilisiert sich während des restlichen Tests bei ~0,25, während Beschichtung 1 einen starken Anstieg des COF bei
~250 Umdrehungen und der COF erreicht einen Wert von ~0,5. Wenn die Verschleißtests im 60% RH durchgeführt werden, ist der
unbeschichtetes Glas zeigt während des gesamten Verschleißtests immer noch einen höheren COF von ~0,45. Die Beschichtungen 1 und 2 weisen COF-Werte von 0,27 bzw. 0,22 auf. Beim 90% RH weist das unbeschichtete Glas am Ende des Verschleißtests einen hohen COF von ~0,5 auf. Die Beschichtungen 1 und 2 weisen einen vergleichbaren COF von ~0,1 zu Beginn des Verschleißtests auf. Beschichtung 1 behält einen relativ stabilen COF von ~0,15. Beschichtung 2 versagt jedoch bei ~ 100 Umdrehungen, gefolgt von einem deutlichen Anstieg des COF auf ~0,5 gegen Ende des Verschleißtests.


Die geringe Reibung der selbstreinigenden Glasbeschichtung ist auf ihre niedrige Oberflächenenergie zurückzuführen. Sie erzeugt eine sehr hohe statische
Wasserkontaktwinkel und niedriger Abrollwinkel. Dies führt zur Bildung von kleinen Wassertröpfchen auf der Beschichtungsoberfläche des 90% RH, wie unter dem Mikroskop in ABBILDUNG 3. Außerdem sinkt der durchschnittliche COF von ~0,23 auf ~0,15 für Beschichtung 2, wenn der RH-Wert von 30% auf 90% steigt.

ABBILDUNG 1: Reibungskoeffizient während der Stift-auf-Scheibe-Tests bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit.

ABBILDUNG 2: Durchschnittlicher COF während der Pin-on-Disk-Tests bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit.

ABBILDUNG 3: Bildung von kleinen Wassertröpfchen auf der beschichteten Glasoberfläche.

ABBILDUNG 4 vergleicht die Abnutzungsspuren auf der Glasoberfläche nach den Abnutzungstests bei unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit. Beschichtung 1 weist nach den Verschleißtests bei 30% und 60% leichte Verschleißerscheinungen auf. Sie weist nach dem Test in 90% RH eine große Verschleißspur auf, was mit dem signifikanten Anstieg des COF während des Verschleißtests übereinstimmt. Die Beschichtung 2 zeigt nach den Verschleißtests sowohl in trockener als auch in nasser Umgebung fast keine Anzeichen von Verschleiß, und sie weist auch während der Verschleißtests in verschiedenen Feuchtigkeitsbereichen einen konstant niedrigen COF auf. Die Kombination aus guten tribologischen Eigenschaften und niedriger Oberflächenenergie macht Beschichtung 2 zu einem guten Kandidaten für selbstreinigende Glasbeschichtungen in rauen Umgebungen. Im Vergleich dazu zeigt das unbeschichtete Glas größere Verschleißspuren und einen höheren COF bei unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit, was die Notwendigkeit einer selbstreinigenden Beschichtungstechnik verdeutlicht.

ABBILDUNG 4: Abnutzungsspuren nach den Pin-on-Disk-Tests bei unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit (200-fache Vergrößerung).

SCHLUSSFOLGERUNG

NANOVEA Das Tribometer T100 ist ein hervorragendes Werkzeug für die Bewertung und Qualitätskontrolle von selbstreinigenden Glasbeschichtungen bei unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit. Die Fähigkeit der In-situ-COF-Messung ermöglicht es dem Benutzer, verschiedene Stadien des Verschleißprozesses mit der Entwicklung der COF zu korrelieren, was für die Verbesserung des grundlegenden Verständnisses des Verschleißmechanismus und der tribologischen Eigenschaften der Glasbeschichtungen entscheidend ist. Auf der Grundlage der umfassenden tribologischen Analyse der selbstreinigenden Glasbeschichtungen, die bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeiten getestet wurden, zeigen wir, dass Beschichtung 2 eine konstant niedrige COF und eine überlegene Verschleißfestigkeit sowohl in trockenen als auch in feuchten Umgebungen aufweist.


NANOVEA Tribometer bieten präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, wobei optionale Module für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Ein optionaler berührungsloser 3D-Profiler ist für hohe
3D-Bildgebung der Verschleißspur zusätzlich zu anderen Oberflächenmessungen wie der Rauheit. 

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Kriechverformung von Polymeren mittels Nanoindentation

Kriechverformung von Polymeren mittels Nanoindentation

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KRIECHVERFORMUNG

VON POLYMEREN MITTELS NANOINDENTATION

Vorbereitet von

DUANJIE LIPhD

EINFÜHRUNG

Als viskoelastische Werkstoffe verformen sich Polymere unter einer bestimmten Belastung häufig zeitabhängig, was auch als Kriechen bezeichnet wird. Das Kriechen wird zu einem kritischen Faktor, wenn die Polymerteile für eine Dauerbelastung ausgelegt sind, wie z. B. bei Strukturbauteilen, Verbindungen und Armaturen sowie hydrostatischen Druckbehältern.

BEDEUTUNG DER KRIECHMESSUNG FÜR POLYMERS

Die inhärente Natur der Viskoelastizität spielt eine entscheidende Rolle für die Leistung von Polymeren und beeinflusst direkt deren Betriebszuverlässigkeit. Die Umgebungsbedingungen wie Belastung und Temperatur beeinflussen das Kriechverhalten der Polymere. Kriechausfälle treten häufig auf, weil das zeitabhängige Kriechverhalten der verwendeten Polymermaterialien unter bestimmten Betriebsbedingungen nicht berücksichtigt wird. Daher ist es wichtig, einen zuverlässigen und quantitativen Test des viskoelastischen mechanischen Verhaltens der Polymere zu entwickeln. Das Nano-Modul der NANOVEA Mechanische Prüfgeräte bringt die Last mit einem hochpräzisen Piezo auf und misst die Kraft- und Wegentwicklung direkt vor Ort. Die Kombination aus Genauigkeit und Wiederholbarkeit macht es zu einem idealen Werkzeug für die Kriechmessung.

MESSZIEL

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, dass
der mechanische Tester NANOVEA PB1000
In Nanoindentation Der Modus ist ein ideales Werkzeug
zur Untersuchung viskoelastischer mechanischer Eigenschaften
einschließlich Härte, Elastizitätsmodul
und Kriechen von polymeren Werkstoffen.

NANOVEA

PB1000

Nanoindenter und Kratzprüfgerät Nanovea PB1000
TESTBEDINGUNGEN

Acht verschiedene Polymerproben wurden mittels Nanoindentationstechnik mit dem NANOVEA PB1000 Mechanikprüfgerät getestet. Da die Belastung linear von 0 bis 40 mN anstieg, nahm die Tiefe während der Belastungsphase progressiv zu. Das Kriechen wurde dann anhand der Veränderung der Eindringtiefe bei der maximalen Belastung von 40 mN für 30 s gemessen.

MAXIMALE BELASTUNG 40 mN
LADUNGSVERFAHREN
80 mN/min
ENTLADUNGSRATE 80 mN/min
KREUZZEIT
30 s

INDENTER-TYP

Berkovich

Diamant

*Aufbau des Nanoindentationstests

ERGEBNISSE & DISKUSSION

ABBILDUNG 1 zeigt das Kraft-Weg-Diagramm der Nanoindentationstests an verschiedenen Polymerproben und ABBILDUNG 2 vergleicht die Kriechkurven. Die Härte und der Elastizitätsmodul sind in ABBILDUNG 3 zusammengefasst, und die Kriechtiefe ist in ABBILDUNG 4 dargestellt. In ABBILDUNG 1 stellen die Abschnitte AB, BC und CD der Last-Verschiebungskurve für die Nanoindentationsmessung die Belastungs-, Kriech- bzw. Entlastungsprozesse dar.

Delrin und PVC weisen mit 0,23 bzw. 0,22 GPa die höchste Härte auf, während LDPE mit 0,026 GPa die geringste Härte unter den getesteten Polymeren besitzt. Im Allgemeinen weisen die härteren Polymere geringere Kriechraten auf. Das weichste LDPE hat die höchste Kriechtiefe von 798 nm, verglichen mit ~120 nm bei Delrin.

Die Kriecheigenschaften der Polymere sind entscheidend, wenn sie in Bauteilen verwendet werden. Durch die genaue Messung der Härte und des Kriechens der Polymere kann ein besseres Verständnis für die zeitabhängige Zuverlässigkeit der Polymere gewonnen werden. Das Kriechen, d.h. die Änderung der Auslenkung bei einer bestimmten Belastung, kann mit dem NANOVEA PB1000-Mechanik-Tester auch bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten gemessen werden, was ein ideales Werkzeug zur quantitativen und zuverlässigen Messung des viskoelastischen mechanischen Verhaltens von Polymeren darstellt.
in der simulierten realistischen Anwendungsumgebung.

ABBILDUNG 1: Die Diagramme von Last und Verschiebung
verschiedener Polymere.

ABBILDUNG 2: Kriechen bei einer maximalen Belastung von 40 mN für 30 s.

ABBILDUNG 3: Härte und Elastizitätsmodul der Polymere.

ABBILDUNG 4: Kriechtiefe der Polymere.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir gezeigt, dass der NANOVEA PB1000
Mechanische Prüfgeräte messen die mechanischen Eigenschaften verschiedener Polymere, einschließlich Härte, Elastizitätsmodul und Kriechverhalten. Diese mechanischen Eigenschaften sind entscheidend für die Auswahl des richtigen Polymermaterials für die beabsichtigten Anwendungen. Derlin und PVC weisen mit 0,23 bzw. 0,22 GPa die höchste Härte auf, während LDPE mit 0,026 GPa die niedrigste Härte unter den getesteten Polymeren besitzt. Im Allgemeinen weisen die härteren Polymere geringere Kriechraten auf. Das weichste LDPE weist die höchste Kriechtiefe von 798 nm auf, verglichen mit ~120 nm bei Derlin.

Die mechanischen Prüfgeräte von NANOVEA bieten unübertroffene Multifunktions-Nano- und -Mikro-Module auf einer einzigen Plattform. Sowohl das Nano- als auch das Mikromodul verfügen über die Modi Kratz-, Härte- und Verschleißprüfung und bieten damit die umfangreichste und benutzerfreundlichste Palette an Prüfmöglichkeiten, die auf einem einzigen System verfügbar ist.

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