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月別アーカイブ5月 2021

トライボメータによるガラス被膜の耐湿性試験

トライボメータによるガラス被膜の耐湿性試験

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ガラスコート湿度

トライボメータによる摩耗試験

作成者

DUANJIE LI博士号取得

はじめに

セルフクリーニング機能付きガラスコーティングは、汚れ、垢、シミの蓄積を防ぎ、清掃しやすいガラス表面を作り出します。そのセルフクリーニング機能は、清掃頻度、時間、エネルギー、清掃コストを大幅に削減し、ガラスファサード、鏡、シャワーガラス、窓、フロントガラスなど、住宅や商業のさまざまな用途に魅力的な選択肢を提供します。

耐摩耗性の重要性 セルフクリーニングガラスコーティングの

セルフクリーニングコーティングの主な用途は、超高層ビルのガラスファサードの外面である。ガラス表面は、強風によって運ばれてくる高速の粒子によってしばしば攻撃される。また、天候もガラスコーティングの耐用年数に大きな影響を与えます。ガラスが劣化した場合、表面処理を施し、新しいコーティングを施すことは非常に困難であり、コストもかかる。そのため、ガラスコーティングの耐摩耗性には、天候に左右されないことが重要です。
天候の変化が重要です。


異なる天候下でのセルフクリーニングコーティングの現実的な環境条件をシミュレートするためには、湿度を制御・監視した状態での再現性のある摩耗評価が必要です。これにより、ユーザーは異なる湿度にさらされたセルフクリーニングコーティングの耐摩耗性を適切に比較し、目標とするアプリケーションに最適な候補を選択することができます。

測定目的

この研究で、私たちは以下のことを示しました。 ナノビア 湿度コントローラを搭載したT100トライボメータは、異なる湿度環境におけるセルフクリーニングガラスコーティングの耐摩耗性を調査するための理想的なツールです。

ナノビア

T100

小型空気圧式トライボメータ T100

試験方法

ソーダライムガラスの顕微鏡スライドに、2種類の処理レシピでセルフクリーンガラスコーティングを施した。この2つのコーティングは、コーティング1およびコーティング2として識別されます。比較のため、コーティングされていない裸のスライドガラスもテストされています。


ナノビア トライボメータ 湿度制御モジュールを備えたシステムは、セルフクリーンガラスコーティングの摩擦係数、COF、耐摩耗性などのトライボロジー挙動を評価するために使用されました。 WC ボールチップ (直径 6 mm) を試験サンプルに当てました。 COF はその場で記録されました。トライボチャンバーに取り付けられた湿度コントローラーは、相対湿度 (RH) 値を ±1 % の範囲で正確に制御しました。摩耗試験後、摩耗痕の形態を光学顕微鏡で検査しました。

最大荷重 40 mN
結果・考察

コーティングされたガラスとコーティングされていないガラスで、異なる湿度条件でのピンオンディスク摩耗試験を行いました
の試料を用いた。に示すように，摩耗試験中にCOFをその場で記録した。 図1 で、平均COFは以下のようにまとめられている。 図2. 図4 は、摩耗試験後の摩耗痕を比較します。


に示すように 図130% RHでは，非コーティングガラスのCOFが0.45と高く，300回転の摩耗試験終了時には0.6まで上昇する．これに対し
コーティングされたガラス試料 Coating 1 と Coating 2 は，試験開始時に 0.2 を下回る低い COF を示している。また、COF
のCOFは0.25で安定するが、Coating 1は0.25で急激に増加する。
~250回転でCOFは~0.5となる。60% RHで摩耗試験を実施すると
非コーティングのガラスは、摩耗試験中、依然として0.45程度の高いCOFを示した。コーティング 1 と 2 は、それぞれ 0.27 と 0.22 の COF 値を示しました。90% RHでは、非コーティングガラスは摩耗試験終了時に〜0.5という高いCOFを有しています。コーティング1と2は，摩耗試験開始時に同程度のCOF（〜0.1）を示している。コーティング1は比較的安定したCOF〜0.15を維持している。しかし、コーティング2は、約100回転で破損し、その後、摩耗試験終了時にCOFが約0.5まで大幅に増加しました。


セルフクリーンガラスコーティングの低摩擦は、表面エネルギーの低さに起因しています。非常に高い静電気を発生させる
の水接触角と低いロールオフ角を持つ。の顕微鏡で示すように、90% RHのコーティング表面に小さな水滴を形成することになる。 図3.また、RH値が30%から90%に上昇すると、Coating 2の平均COFは〜0.23から〜0.15に減少した。

図1: 相対湿度を変化させた場合のピンオンディスク試験時の摩擦係数。

図2: 相対湿度を変化させた場合のピンオンディスクテストにおける平均COF。

図3: コーティングされたガラス表面に小さな水滴が形成される。

図4 は，異なる湿度での摩耗試験後のガラス表面の摩耗痕を比較したものである。コーティング1は，30%と60%のRHで摩耗試験を行った後，軽度の摩耗の兆候を示している。90%のRHでは大きな摩耗痕が見られ，摩耗試験中のCOFの大幅な上昇と一致している。コーティング2は，乾湿両環境での摩耗試験でほとんど摩耗が見られず，また，異なる湿度での摩耗試験で一定の低いCOFを示した。優れたトライボロジー特性と低い表面エネルギーの組み合わせにより、Coating 2は過酷な環境下でのセルフクリーニングガラスコーティング用途に適していることが分かります。一方、コーティングされていないガラスは、異なる湿度環境下でより大きな摩耗痕とより高いCOFを示し、セルフクリーニングコーティング技術の必要性を示している。

図4: 相対湿度を変化させたピンオンディスク試験後の摩耗痕（200倍拡大）。

まとめ

ナノビア T100トライボメータは、異なる湿度環境下でのセルフクリーニングガラスコーティングの評価と品質管理に最適なツールです。また、COF をその場で測定できるため、摩耗の様々な段階と COF の変化を関連付けることができ、ガラス被膜の摩耗メカニズムやトライボロジー特性の基本的な理解を深める上で非常に重要である。異なる湿度環境で試験したセルフクリーニングガラスコーティングの包括的なトライボロジー分析に基づき、コーティング2は乾燥および湿潤環境の両方で一定の低いCOFと優れた耐摩耗性を有することを示し、異なる天候にさらされるセルフクリーニングガラスコーティング用途に適した候補であることが分かった。


ナノビア トライボメータは、ISOやASTMに準拠した回転・直動モードによる精密で再現性の高い摩耗・摩擦試験と、オプションで高温摩耗・潤滑・トライボコロージョンを1つのシステムに統合して提供します。オプションの3D非接触プロファイラを使用すれば、高精度な摩擦試験も可能です。
粗さなどの他の表面測定に加えて、摩耗痕の分解能の高い3Dイメージングを行います。 

さて、次はアプリケーションについてです。

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ナノインデンテーションによる高分子のクリープ変形解析

ナノインデンテーションによる高分子のクリープ変形解析

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クリープ変形

ナノインデンテーションによる高分子材料の評価

作成者

DUANJIE LI博士号取得

はじめに

粘弾性材料である高分子は、ある一定の荷重が加わると時間依存的に変形することが多く、これはクリープとも呼ばれる。クリープは、構造部品、接合部、継手、静水圧容器など、高分子部品が連続的に応力にさらされるように設計されている場合に、重要な要素となる。

クリープ測定の重要性 ポリマーズ

粘弾性の固有の性質は、ポリマーの性能に重要な役割を果たし、サービスの信頼性に直接影響します。荷重や温度などの環境条件は、ポリマーのクリープ挙動に影響を与えます。クリープ故障は、特定の使用条件下で使用されるポリマー材料の時間依存性のクリープ挙動に対する注意力の欠如が原因で発生することがよくあります。結果として、ポリマーの粘弾性機械的挙動の信頼性が高く定量的な試験を開発することが重要です。 NANOVEAのNanoモジュール メカニカルテスター 高精度のピエゾで負荷を加え、その場で力と変位の変化を直接測定します。精度と再現性の組み合わせにより、クリープ測定に理想的なツールとなります。

測定目的

このアプリケーションでは、次のことを紹介しました。
メカニカルテスター「NANOVEA PB1000
において ナノインデンテーション モードは理想的なツールです
粘弾性力学的特性の研究用
硬度、ヤング率など
と高分子材料のクリープ

ナノビア

PB1000

ナノインデンター・スクラッチテスター Nanovea PB1000
試験条件

8種類のポリマーサンプルについて、NANOVEA PB1000メカニカルテスターを用いて、ナノインデンテーション法による試験を行いました。荷重が0から40 mNまで直線的に増加するにつれて、荷重段階での深さが徐々に増加した。その後、最大荷重40mNで30秒間の圧痕深さの変化によりクリープを測定した。

最大荷重 40 mN
荷重レート
80 mN/min
アンローディングレート 80 mN/min
クリープタイム
30 s

圧子種類

バーコビッチ

ダイヤモンド

*ナノインデンテーション試験の設定

結果・考察

異なるポリマー試料のナノインデンテーション試験の荷重-変位プロットを図1に、クリープ曲線を図2に比較した。また、硬度およびヤング率を図3に、クリープ深さを図4にまとめて示す。図1の例として、ナノインデンテーション測定の荷重-変位曲線のAB、BC、CD部分は、それぞれ荷重、クリープ、除荷の過程を表しています。

デルリンとPVCはそれぞれ0.23 GPaと0.22 GPaという最高の硬度を示し、LDPEは試験したポリマーの中で最も低い0.026 GPaという硬度を有しています。一般に、硬いポリマーほどクリープ速度は小さくなります。最も柔らかいLDPEのクリープ深度は798 nmで、これに対してデルリンは約120 nmでした。

構造部品に使用される場合、ポリマーのクリープ特性は非常に重要です。高分子の硬度とクリープを精密に測定することで、高分子の時間依存の信頼性をより深く理解することができます。また、NANOVEA PB1000 メカニカルテスターを用いれば、異なる温度や湿度でのクリープ（与えられた荷重における変位の変化）を測定することができ、高分子の粘弾性力学的挙動を定量的かつ確実に測定する理想的なツールとなっています。
を現実的なアプリケーション環境でシミュレートしています。

図1: 荷重と変位のプロット
異なるポリマーの

図2: 最大荷重40mNで30秒間のクリープ。

図3: ポリマーの硬度、ヤング率。

図4: ポリマーのクリープ深度。

まとめ

この研究では、NANOVEA PB1000が
硬度、ヤング率、クリープなど、さまざまなポリマーの機械的特性を測定します。このような機械的特性は、意図する用途に適したポリマー材料を選択するために不可欠です。Derlin と PVC はそれぞれ 0.23 GPa と 0.22 GPa という最高の硬度を示し、LDPE はテストしたポリマーの中で 0.026 GPa という最低の硬度を有しています。一般に、硬いポリマーほどクリープ速度は小さくなります。最も柔らかいLDPEのクリープ深度は798 nmで、Derlinの約120 nmと比較して高い値を示しています。

ナノベアメカニカルテスターは、ナノモジュールとマイクロモジュールを1つのプラットフォームで提供する、他に類を見ない多機能なテスターです。ナノとマイクロの両モジュールには、スクラッチテスター、硬度計、摩耗試験機のモードがあり、1つのシステムで最もワイルドでユーザーフレンドリーな試験環境を提供します。

さて、次はアプリケーションについてです。

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