Повреждение жесткого покрытия на мягкой полиуретановой подложке под действием одноосной деформации

Аннотация

Одним из способов улучшения характеристик поверхности полимерного материала является плазменная обработка. Однако деформации, возникающие при эксплуатации изделий из мягких упругих полимеров, могут привести к нежелательному повреждению созданного покрытия. В работе исследовано влияние одноосной нагрузки (амплитуда деформации 40%) на поверхность мягкого полиуретана, обработанного плазменной иммерсионной имплантацией ионов азота c энергией 1 или 3 кэВ. В результате плазменной обработки на поверхности материала формируется жесткий нанослой со складчатой поверхностью. Толщина (22 или 40 нм) и модуль упругости (150 или 300 МПа) слоя зависят от энергии ионов. Образцы подвергали воздействию кратковременной либо длительной циклической деформации. В первом случае, после 10 циклов одноосного нагружения, на поверхности образуются повреждения: сетка трещин длиной до 3 мкм на материале с тонким покрытием, либо протяженные трещины в случае более толстого и жесткого слоя. Глубина трещин после кратковременной нагрузки сопоставима с толщиной покрытия. В результате сжатия материала в поперечном направлении на поверхностях появляются продольные складки. При длительном нагружении (~50 000 циклов) первоначальная складчатая структура рельефа разглаживается, трещины прорастают вглубь материала на величину на порядок превышающую толщину слоя. В материале с более толстым и жестким слоем края трещин режут мягкий полимер, который выпучивается из трещин на поверхность. Представляется, что несмотря на широко представленный в литературе положительный эффект от подобных покрытий, реальная эксплуатация таких материалов может привести к негативным последствиям как для самого изделия, так и для окружающей среды.