傷防止コーティング

傷防止コーティングは、傷を軽減するために物体の表面に塗布される保護コーティングまたはフィルムの一種です。傷とは、鋭利な物体との接触後に表面に残る表面レベルの小さな切り傷です。傷防止コーティングは、傷防止特性を持つ微細な材料を含めることで傷防止効果を発揮します。傷防止材料は、添加剤、フィルター、バインダーの形で提供されます。材料以外にも、傷防止効果はコーティング形成技術によって影響を受けます。傷防止効果は、傷硬度試験を使用して測定されます。商業的には、傷防止コーティングは、傷によって再販や機能が損なわれる自動車、光学、写真、電子産業で使用されています。金属やガラスなどの従来の傷防止材料が傷防止の低いプラスチックに置き換えられるにつれて、傷防止コーティングの重要性が高まっています。^[1]

自動車、光学、電子機器は傷防止コーティングの主要分野です。

自動車産業における傷防止コーティングは、自動車の外観を維持し、自動車の防錆層の損傷を防ぎます。防錆層は、自動車の金属を環境による損傷から保護します。自動車の傷防止コーティングは、スチールから軽量だが傷がつきにくいプラスチックやアルミニウムへの業界の移行により失われた傷防止に対抗するために、より強力になっています（保護力は10ニュートンから15ニュートンへ） 。現在、傷の形成はプライマーとクリアコートによって減少しています。プライマーはポリオレフィン樹脂で作られ、クリアコートにはシロキサンとエルカミドの添加剤が含まれています。^{[2] [3]}

傷は着用者の視界に極めて大きな影響を与えるため、メガネには傷防止コーティングが施されます。光学ガラスが傷に強いガラス、ポリカーボネート、またはCR-39で作られている場合でも、コーティングは使用されます。光学コーティングには、ダイヤモンドライクカーボン(DLC) と反射防止傷防止ハイブリッドコーティングがあります。ダイヤモンドライクカーボンは、ダイヤモンドの極めて高い傷防止性を共有するコーティングです。反射防止傷防止ハイブリッドコーティングには、反射防止コーティング材料に傷防止添加剤が含まれています。^{[4] [5]}

エレクトロニクス業界では、電子スクリーンに傷防止コーティングを施し、爪による傷を防止しています。スクリーンはポリカーボネート（最も傷に強いプラスチック）か高級ガラスで作られています。エレクトロニクス業界の傷防止コーティングには、傷防止添加剤のシロキサンと、傷防止フィルターのTiO ₂（二酸化チタン）とSiO2（二酸化ケイ素）が含まれることがよくあります。添加剤とフィルターは、フルオロカーボン樹脂と組み合わせられています。フルオロカーボン樹脂は疎油性素材です。疎油性素材は、指紋による油をはじく素材です。^[6]

傷防止コーティングは、光学的透明性、耐候性、耐薬品性が求められるプラスチック製品によく使用されます。例としては、光ディスク、ディスプレイ、射出成形部品、ゲージやその他の計器、鏡、標識、目の安全/保護ゴーグル、化粧品パッケージなどがあります。これらのコーティングは通常、水性または溶剤ベースです。^{[要出典] [要出典]}

傷防止コーティングには、バインダー、添加剤、フィルターなどの傷防止材料が使用されています。バインダー、添加剤、フィルターは、傷防止コーティングの薄膜（基材（物体の表面）に塗布されるナノメートルからマイクロメートルの薄い層）を構成します。^[7]

傷防止コーティングでは、バインダー（コーティングの接着剤のような凝集構造）が傷防止機能を提供したり、傷防止添加剤やフィルターの構造を提供したりします。^[8]

傷に対する耐性と構造を備えたバインダーには次のものがあります。

• セラミック（無機非金属系）バインダー
• ポリシラザン
• ダイヤモンドライクカーボン
• 樹脂（有機ポリマーベース）バインダー
• エポキシ
• ポリカーボネート
• ポリエチレン

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傷防止コーティングには、特殊な傷防止フィラーが使用されます。フィラーは、バインダーとともにコーティングの特定の機能特性を強化する粒子です。一般的な傷防止フィラーには次のものがあります。

-二酸化チタン(TiO ₂ )

-二酸化ジルコニウム( ZrO ₂ )

-酸化アルミニウム(AlOOH)

-一酸化ケイ素(SiO)

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傷防止コーティングには、傷防止の特性を持つ添加剤が使用されます。添加剤は、 1% 未満の量で薄膜に分散された粒子です。

傷の視認性を低減する添加剤には以下のものがあります。

• シロキサン
• エルアミド（脂肪酸アミドの耐傷性特性によりコーティングに使用される脂肪酸の一種^[12]）

耐傷性の重要な要素である 摩擦を低減する添加剤には、次のものがあります。

• MoS ₂、
• グラファイト。
• オレイン酸アミド

スクラッチ形成における微小な段階であるマイクロクラックを抑制する添加剤には以下のものがある: ^[13]

• ZnO（酸化亜鉛）
• BaO（酸化バリウム）
• PbO (二酸化鉛)

傷防止コーティングは、基材のトライボロジー（表面と環境の相互作用から生じる特性）と機械的（材料の物理的特性）特性を変化させます。変化したトライボロジー特性と機械的特性は、傷の変形メカニズム（材料を変形させる微視的効果）、傷の可視性、摩擦、およびその他の追加考慮事項に影響を与えます。^[14]

傷防止コーティングは、アイロンがけ、微小亀裂、およびプラウ加工という 3 つの主な変形メカニズムによる傷の影響を軽減します。

プラウイングの塑性変形により、原子がより弱い原子面へ転位すること。プラウイングとは、インデンチャーが材料の表面を破壊し、傷跡を残すことです。アンチスクラッチコーティングには、プラウイングを制限するために、高延性（塑性変形に耐える能力）を備えたフィルターベースの材料が含まれています。塑性変形は、原子面を保持する原子結合が破壊され、面がより弱い位置へ転位するときに発生します。プラウイングを制御することは重要です。プラウイングイベントが増えるたびに傷が残り、内部損傷のリスクが高まり、製品寿命が短くなります。^[15]

マイクロクラックとは、スティックスリップと呼ばれる急激な押し込み運動によって脆い表面に形成される微小な亀裂のことである。傷防止コーティングは、フィルター、バインダー、または高引張強度の添加剤のいずれかを配合することで、マイクロクラックを抑制している。最近の傷防止研究では、ナノ特有の添加剤を作成することでマイクロクラックのナノトライビカルバージョンであるナノクラックに焦点を当てている。^{[15] [16]}

傷防止コーティングは、弾性変形を延長または防止することで、傷アイロンがけを制御します。弾性変形とは、塑性変形の前に発生する原子結合の非永久的な伸張です。

傷防止コーティングは、弾性を低下させ、延性を高めることで、短期的な溝入れ効果を引き起こす弾性変形を制御します。ただし、弾性が低いと微小亀裂が発生するため、弾性の低下はバランスを取る必要があります。

耐傷性は、降伏点材料でアイロンがけ時間を長くすることでも向上します。降伏点とは、材料が弾性変形から塑性変形に変化する点です。降伏点の高い材料は、非浸透アイロンがけを増加させることで浸透プラウを減少させます。^[17]

耐傷性コーティングは、低摩擦（滑り抵抗力）の表面を含みます。低摩擦表面は滑らかです。アーチャード摩耗方程式で示されるように、粗い表面は傷がつきやすいため、滑らかな表面が重要です。 ^[18]

アーチャード方程式:

W: スクラッチ イベント中に作成された Wear の量。

S: 両方の物体が接触していた距離。

N: 押し込む物体によって加えられる法線力または圧力の量。

H: 与えられた係数で測定される材料の硬度。

K: アーチャードウェアの無次元定数値 1x10 ⁸。

基材に塗布される傷防止コーティングは、非プラスチック材料でコーティングすることにより、プラスチックの低い傷硬度を制御します。プラスチックは、高い粘弾性（高粘性および弾性変形）と低い結晶性（高秩序構造）のために、傷硬度が低くなります。 ^[17]

傷の視認性は表面の溝によって影響を受けます。傷の周囲の溝は反射角（波を起こす光の方向）を変えます。反射角が3%を超えると、傷が見えるようになります。^[17]傷防止コーティングは、溝の少ない表面とすることで傷の視認性をコントロールします。摩擦の他に、溝の少ない表面は、表面の質感（レイ）と凹凸の間隔（うねり）のトポロジー（表面）要因に依存します。トポロジーは、コーティング形成プロセス中に極めて高い精度で制御されます。^[19]

メインセクション コーティング形成

コーティング形成は、コーティングと基材の接着(付着)のプロセスです。傷防止コーティングは、通常、スプレー (手動または自動)、ディップ、スピン、ロール、またはフローコーティングによって塗布されます。コーティング形成では、「精度係数」を使用して、トポロジーに依存する傷特性に影響します。「精度係数」には、添加剤の濃度、コーティングの厚さ、および粘度が含まれます。

ほとんどのコーティングは、アンモニアを含まないガラスクリーナーと柔らかい布で洗浄できます。^[10]

ASTMインターナショナル（米国材料試験協会）は、傷防止コーティングを含む材料の材料試験基準を定めています。ほとんどの傷防止コーティングはASTM規格D7027-20に該当します（外部リンクを参照）。標準的な傷防止試験では、ダイヤモンド圧子でコーティングを傷つけます。^{[20] [21]}

• 反射防止コーティング
• コーティング

• 「傷防止コーティングの規格」。米国材料試験協会。