接触角测试评估钢化玻璃表面涂层耐磨性能的研究

钢化玻璃作为一种广泛应用于建筑、家电、汽车及电子显示领域的基础材料，其表面性能至关重要。为了赋予玻璃自清洁、防指纹、抗污、防眩光等特殊功能，常在表面施加一层或多层功能性涂层（如SiO₂基疏水涂层）。然而，这些涂层在日常使用中会不可避免地遭受摩擦、刮擦等物理损伤。

涂层的耐磨性能直接决定了其功能寿命。因此，开发一种快速、准确的涂层耐磨性评估方法显得尤为关键。传统的目视检查法主观性强，灵敏度低。而接触角测量作为一种经典的表面科学分析技术，能够灵敏地反映固体表面自由能和化学组成的变化，是评估涂层磨损前后状态变化的理想工具。

对于钢化玻璃的功能涂层，其性能（如疏水性）与高接触角值直接相关。一旦涂层因磨损而受损，暴露出下层或本体的更高表面能的玻璃材料，表面的润湿性就会发生改变，直接表现为接触角的下降。耐磨试验机（如线性摩擦磨耗机、泰伯磨耗机）通过特定的摩擦头（如橡皮、砂轮、钢丝绒）、在设定的压力、速度和循环次数下对涂层表面进行摩擦。这个过程模拟了实际使用中的磨损情况。

涂层完好：表面化学性质均匀，表现出设计的高或低接触角。

涂层磨损：磨损会导致两种主要变化：

物理损伤：涂层变薄、出现划痕，甚至局部剥落。

化学暴露：磨损区域暴露出下层不同化学性质的材质。

这两种变化都会显著改变表面对液滴的相互作用，从而被接触角测试仪精确捕捉。

一、实验方法与步骤：

1、初始状态测量：

使用接触角测试仪，在未经磨损的原始涂层表面选取多个点，滴加固定体积的测试液体（通常为去离子水，评估疏油性时可使用油酸二碘甲烷等）。

通过座滴法测量并记录每个点的静态接触角，计算平均值作为初始接触角（θ₀）。

2、模拟磨损实验：

将样品固定在耐磨试验机上。

设定实验参数：如负载（如500g、1000g）、摩擦行程、速度、循环次数（如100次、500次、1000次等）。这些参数可根据实际应用场景的严酷程度进行调整。

启动设备，对涂层表面进行规定次数的摩擦。

3、磨损后状态测量与分析：

将磨损后的样品清洁干燥，再次使用接触角测试仪在摩擦区域及附近进行多点测量。

记录磨损后的接触角值（θ₁）。

核心对比：将θ₁与θ₀进行对比分析。

二、通过对比摩擦前后的接触角数据，可以得出以下几种结论：

1、接触角基本不变（θ₁≈ θ₀）：

表明涂层具有优异的耐磨性。在经过设定的摩擦测试后，涂层仍能保持其原有的化学性质和表面结构，功能未受明显影响。

2、接触角显著下降（θ₁ < θ₀）：

这是最常见的现象，表明涂层已发生磨损。接触角下降的幅度直接反映了磨损的严重程度。下降越多，说明涂层损耗越严重，其疏液/亲液功能衰减越明显。

3、接触角变为零（完全铺展）：

在极端磨损情况下，涂层被完全磨穿，暴露出亲水性的钢化玻璃基底，水滴会迅速铺展开，接触角接近0°。这表明涂层已完全失效。

通过监测摩擦前后接触角的变化来评估钢化玻璃表面涂层的耐磨性，是一种科学、精确且高效的质量控制与研发验证手段，对于提升高端玻璃制品的可靠性和市场竞争力具有重要意义。