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四川大学郭少云教授系统评述:高分子材料刮擦行为研究进展
2018-09-12  来源:高分子学报

  随着高分子材料在光学、包装、汽车及建筑装饰等领域的广泛应用,市场对其表面质量的要求越来越高。刮擦是尖锐硬物在材料表面滑动时产生的一种力学变形和破坏行为。多维复杂应力的作用使材料表面因塑性变形而形成可见划痕,从而对材料的美观性、完整性和持久性带来负面影响。因此,高分子材料的耐刮擦性能逐渐受到工业界的特别关注。近年来,随着刮擦测试相关国际标准的建立以及计算机模拟技术的发展,人们开始围绕刮擦过程中的一些基本科学问题进行深入探索和研究,对高分子材料的刮擦破坏模式与机理、材料内在多层次结构与刮擦性能关系等方面的理解也日趋深入,为高分子材料的耐刮擦性能改性提供了重要的理论和实验依据。随着该领域的不断丰富和发展,高分子材料表面刮擦研究已逐渐发展成为集力学、材料学、材料加工、仪器设计与制造、计算机模拟等多学科交叉的研究方向,对高分子材料的基础研究与工程应用具有重要意义。

  四川大学高分子研究所郭少云教授在《高分子学报》2018年第10期即将发表的综述中系统评述了国内外对高分子材料刮擦行为的研究进展。从高分子材料刮擦性能测试和表征方法、刮擦过程中的变形与破坏机理、刮擦行为的影响因素以及耐刮擦改性方法等方面进行了系统总结,并进一步对当前高分子材料刮擦研究的不足和未来的主要研究方向进行了展望。

  高分子中材料表面在刮擦过程受到多维复杂应力的作用,且高分子独特的多层次结构使得影响其刮擦行为的因素众多,因此国内外在高分子材料表面刮擦领域的研究大多以刮擦测试方法和材料工程改性为主,涉及到高分子材料非线性力学性能特点和刮擦破坏机理的基础研究还较为缺乏,对刮擦机理的认识仍有待进一步深入。此外,虽然目前已经发展了多种耐刮擦改性方法和技术,但在实际使用过程中当受到较大的外界荷载时,即使具有优良耐刮擦性能的高分子材料仍然可能形成刮痕而对其外观和性能造成不利影响。

  因此,作者认为,高分子材料刮擦研究未来主要的方向是:

  (1) 复杂条件和环境下高分子材料的刮擦行为研究。高分子材料在实际服役过程中会受到热、氧、水、光、微生物和化学介质等多种环境因素的综合作用,在这些因素长时间的影响下,其表面结构可能会发生较大的变化从而改变其刮擦行为。因此高分子材料刮擦的进一步研究需要考虑各种环境变量的影响。

  (2) 高分子材料耐刮擦改性的新思路和新策略。常规耐刮擦改性方法着重于增强高分子材料抵抗刮擦形变的能力,而通过分子或结构设计使其表面已经产生的刮痕能够快速有效地进行自修复正成为一个新兴的研究方向。

  (3) 刮擦行为的计算机模拟与预测。随着计算机技术的高速发展,将实验测试与计算机建模及有限元分析相结合,建立可预测复杂环境(温度、应力、湿度、载荷等)下刮擦行为的本构模型,对深入认识和理解高分子材料的耐刮擦机理,建立材料内在多层次结构与刮擦性能的关系具有重要意义。

  论文链接:http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/gfzxb20180089guoshaoyun.pdf

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