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CN105228966A - 镀珠片材 - Google Patents

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CN105228966A
CN105228966A CN201480029080.1A CN201480029080A CN105228966A CN 105228966 A CN105228966 A CN 105228966A CN 201480029080 A CN201480029080 A CN 201480029080A CN 105228966 A CN105228966 A CN 105228966A
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CN
China
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microballoon
sheet substrate
plating
glass
sequin
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Application number
CN201480029080.1A
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English (en)
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埃米·S·巴恩斯
约翰·C·克拉克
维韦克·克里希南
阿纳托利·Z·罗森弗兰茨
史蒂文·D·泰斯
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3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种镀珠片材和其制备方法，其中选自金属、玻璃和/或玻璃陶瓷的片材基底包括微球的层，该微球部分地嵌入到片材基底的表面中，使得每个微球的一部分从片材基底的表面向外突出。

Description

镀珠片材
技术领域
本公开涉及包括金属、玻璃陶瓷和/或玻璃的片材基底，其中片材基底的表面包括部分地嵌入的微球的层。
附图说明
图1A是根据本公开的一个实施例的镀珠片材的剖视图；
图1B是根据本公开的一个实施例的镀珠片材的剖视图；
图2是根据本公开的一个实施例的镀珠片材的剖视图；
图3是根据本公开的一个实施例的与压板38接触的镀珠片材30的剖视图；
图4是根据本公开的一个实施例的镀珠片材40的剖视图；
图5A是比较例A的光学显微图；
图5B-5D是实例1的光学显微图；
图5E是实例2的光学显微图；
图6是实例3的光学显微图；并且
图7是用于实例1和比较例D的摩擦系数对法向力的图。
发明内容
本公开旨在提供具有耐用和/或低摩擦表面的金属、玻璃陶瓷和/或玻璃基底。
在一个实施例中，提供了一种镀珠片材，该镀珠片材包括：选自以下中的至少一者的片材基底：金属、玻璃和玻璃陶瓷；以及微球的层，其中微球部分地嵌入到片材基底的表面中使得每个微球的一部分从片材基底的表面向外突出，其中(a)微球的平均直径大于20微米，并且/或者(b)微球基本上为球形。
在另一个实施例中，提供了包括镀珠片材的制品，该镀珠片材包括：选自以下中的至少一者的片材基底：金属、玻璃和玻璃陶瓷；以及微球的层，其中微球部分地嵌入到片材基底的表面中使得每个微球的一部分从片材基底的表面向外突出，其中(a)微球的平均直径大于20微米，并且/或者(b)微球基本上为球形。
在另一个实施例中，提供了一种制备镀珠片材的方法，该方法包括：在片材基底上施加微球的层，其中片材基底选自金属、玻璃和玻璃陶瓷以及它们的组合中的至少一个；以及将微球嵌入到片材基底的表面中使得每个微球的一部分从片材基底的表面向外突出，其中(a)微球的平均直径大于20微米，并且/或者(b)微球基本上为球形。
上述发明内容并非旨在描述每个实施例。本发明的一个或多个实施例的细节还在下文的描述中示出。根据该描述和权利要求书，其它特征、目标和优点将显而易见。
定义
如本文所用，术语
“一个(一种)”和“所述”可替换使用并意指一个或多个；并且
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
如本文所用的“玻璃”是指表现出玻璃化转变温度的无定形氧化物材料；“玻璃陶瓷”是指在无定形基质中通过玻璃的热处理形成为成核陶瓷晶体的材料；并且“陶瓷”是指具有强共价键的结晶无机材料。
另外，本文中由端点表述的范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至10包括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等)。
另外，本文中“至少一个”的表述包括一个及以上的所有数目(例如，至少2个、至少4个、至少6个、至少8个、至少10个、至少25个、至少50个、至少100个等)。
具体实施方式
期望提供一种用于更加刚性的基底(例如金属、玻璃陶瓷和/或玻璃)的耐用、低摩擦表面。例如，众所周知铝和不锈钢易刮擦。改善铝的表面硬度的标准技术是经由电化学方法通过在表面上生长氧化铝的膜使其阳极化。然而，已知铝的阳极化层为易碎的并且表面的滑动磨损特性由于较高的摩擦而不那么令人满意。因此，期望一种替代物。
已将硬无机颗粒分散在金属和金属合金中来作为加固金属的手段，此类材料总体上可被称为金属基质复合物。例如，美国专利5,361,678(Roopchand等人)公开将陶瓷颗粒添加到铝合金中以形成复合物，并且日本专利公布S58-153706(Kiuchi)公开用于制备复合物的三种不同的方法，该复合物包含分散的加固颗粒和金属。
在本公开中，已发现通过将微球的层部分地嵌入到片材基底的表面中，使得部分微球从表面突出，可得到具有增加的耐用性(例如，抗刮伤性)和/或更低表面摩擦的镀珠片材。
图1A中示出本公开的一个实施例。镀珠片材10包括嵌入到片材基底14中的微球12。
本公开的基底片材选自金属、玻璃、玻璃陶瓷、以及它们的组合。
示例性金属包括：铝、铜、锡、镍、铬、镁、钛、铁、金属合金(例如，不锈钢)、以及它们的组合。
玻璃是指主要由SiO2、P2O5、B2O3、Al2O3、GeO2、碱金属或碱土金属改性剂(例如，Na2O、K2O、Li2O、CaO、MgO)、以及它们的组合构成的无定形材料。在一个实施例中，玻璃可包括其它组分，例如TiO2、TeO2、REO(稀土氧化物)、ZnO等。示例性玻璃包括碱石灰硅酸盐玻璃、硼硅酸盐、S-玻璃、E-玻璃、基于钛酸盐的玻璃以及基于铝酸盐的玻璃等。
玻璃陶瓷是指通过无定形材料的受控结晶形成的多晶材料。结晶方法通常是在加热和冷却控制的情况下玻璃的二次热处理。示例性玻璃陶瓷是锂硅酸盐、碱土金属硅铝酸盐、碱土金属铝酸盐和稀土铝酸盐。
在一个实施例中，片材基底可包括金属、玻璃和/或玻璃陶瓷的组合。例如，玻璃基底可包括在它的主表面上的薄金属层，其中将在片材基底的主表面上的微球嵌入到金属和玻璃材料两者中。另选地，金属基底可包括在它的主表面上的薄玻璃或玻璃陶瓷层，其中将在片材基底的主表面上的微球嵌入到玻璃或玻璃陶瓷和金属材料两者中。
因为将微球嵌入到片材基底中，所以片材基底必须充分地厚以允许微球的部分地嵌入。一般来讲，片材基底具有至少10、25、50、100或甚至250μm(微米)或甚至更大(例如，至少1厘米，或甚至1米)的厚度。除了能够适当地被处理和/或适配在组件中以用于压制(例如，如果使用的话，压制机的间隙)之外，不具体地限定片材基底的厚度上限。
微球被嵌入到片材基底的主表面中从而将有利的特性赋予片材基底的表面，该有利的特性包括例如：改善的耐久性和/或降低表面的摩擦。
本公开的微球可由玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、金属、或它们的组合制成。
见上文关于玻璃、玻璃陶瓷和金属的描述。例如，陶瓷包括氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化锌、氧化铋、氧化钛、氧化锆、镧系氧化物、它们的混合物等和其它金属盐，诸如碳酸钙、铝酸钙、硅铝酸镁、钛酸钾、正磷酸铈、水合硅酸铝、它们的混合物等。
在一个实施例中，本公开的微球不是氧化铝。
为了形成改善的表面特性，即此类低摩擦表面和/或触感平滑表面，除了其它情况，多个微球应当为基本上球形和/或表面平滑的。
在本公开的一个实施例中，微球基本上为球形颗粒。球形度是指颗粒呈球形的程度。颗粒的球形度的程度是设定体积的球体的表面积对具有相同体积的颗粒的表面积的比率。基本上球形表示在完美球体的理论球形度为1.0时，多个微球的平均球形度程度为至少0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或甚至0.99。
圆度是用来描述颗粒的另一个术语，这个术语是指颗粒的边缘和拐角的锐度。它表示为拐角的平均半径对最大内切圆的半径的比率。可查询Krumbein和Sloss图来了解球形度和圆度之间的关系。通常，本公开的微球具有高圆度程度，例如，至少0.6、0.7或甚至0.9。
在一个实施例中，在多个微球中的微球的表面基本上是平滑的。换句话讲，多个微球具有小于1、0.75、0.5、0.25或甚至0.1微米的平均粗糙度(Ra)。可用本领域已知的技术测定粗糙度。通常，可用探针式轮廓仪、光学轮廓仪或扫描探头显微镜来描述表面的轮廓并且用所得轮廓来计算Ra值。表面平滑的微球通常通过熔融过程、抛光(例如，火焰或机械过程)和/或烧结制备。例如，在熔融过程中，珠通常是通过熔融原材料并且将熔体分散到单个液滴中，随后冷却这些液滴而制备。在溶胶-凝胶过程中，溶胶从孔滴落，表面张力使溶胶球化，然后焙烧并烧结该溶胶。
在本公开中，本公开的微球可为实芯微球或空芯微球。理想的是，微球需要能够承受压制的力使得微球的完整性保持完好。
微球的硬度可根据所选择的片材基底和应用来选择。在一个实施例中，微球的硬度大于片材基底的硬度。可使用维克斯硬度或本领域已知的其它此类技术测量表面的硬度。例如，碱石灰硅酸盐玻璃通常具有460-500HV的维克斯硬度，而常常使用的铝片材金属合金(像5005系列)具有46HV的维克斯硬度。如果意图增加片材基底的表面的耐久性，那么具有比片材基底的硬度更大的微球硬度是尤其有用的。
在本公开的一个实施例中，微球是未经涂覆的。
在本公开的另一个实施例中，微球是经涂覆的。微球可为经涂覆的，例如，为改善微球的可润湿性，和/或使微球与片材基底更加兼容。在一个实施例中，微球的表面包括以下各项中至少一个：金属、金属氧化物、助熔剂、润湿层、以及它们的组合。
在本公开的一个实施例中，微球优选地无缺陷。如本文所用，短语“无缺陷”表示微球具有少量的不期望的气泡，和/或少量的不均匀性。
微球通常经由筛网筛来定径以提供可用的粒度分布。筛分法还用于表征微球的粒度。关于筛分法，使用一系列的具有可控定径开口的筛网并认为穿过这些开口的微球等于或小于开口尺寸。对于微球，这是真实的，因为微球的横截面直径几乎始终是相同的，无论将其如何取向筛网开口。希望使用尽可能宽泛的粒度的范围来控制经济效益并使微球在表面上的充填最大化。然而，一些应用可能要求限制微球粒度范围以提供更均匀的微球涂覆表面。
在一些实施例中，基于体积的平均微球直径的可用范围至少为：5、10、20、25、30、35、40、50、75、100、150、200或甚至250μm；至多为500、600、800、900或甚至1000μm。微球可根据应用具有单峰或多峰(例如，双峰)粒度分布。
在本公开中可用的微球可为透明的、半透明的(部分透明的)或不透明的。在一个实施例中，微球具有至少1.4、1.6、1.8、2.0、2.2或甚至2.6的平均折射率。
在本公开中，将微球部分地嵌入到片材基底的表面中使得微球的嵌入足够在片材基底和微球之间形成充足的粘附力(致使微球不易脱离表面)，同时嵌入的程度不影响摩擦减少益处的实现。通常这意味着每个微球的平均直径的至少15％、20％、30％、40％或甚至50％嵌入到片材基底中并且每个微球的平均直径的至多70％、80％、85％或甚至90％嵌入到片材基底中。
在片材基底表面上使用单层等同物(即，一层微球)或更少的微球。
在一个实施例中，为形成均匀单层，将液体施加至片材基底的表面，然后将微球施加至表面或者将微球与液体混合以形成分散体，将该分散体施加至片材基底的表面。液体允许微球在片材基底的表面上分散并形成单层。在样品转移到压机中期间薄液体层帮助将珠的均匀紧密堆积层保持在适当的位置，并且当经受温度时可被干净地去除。当将微球分散在片材基底的表面上时，液体应当是不蒸发的，此类液体包括溶剂或粘合剂。
通常将溶剂选择为在片材基底上形成微球单层期间不蒸发，但是在微球的嵌入期间和/或之后被去除。示例性溶剂包括三甘油酯(例如，油酸)、二醇和多元醇(例如，甘油和二醇类)。在一个实施例中，希望溶剂在所得镀珠片材上不留下任何残余物。
通常，在镀珠片材中，微球的单层是通过使用载有珠的粘合剂或粘性材料来实现的。当经受高温时，这些粘性材料燃烧并留下黑色残余物，这是所不希望的。如果使用低温珠沉陷(beadsink)过程，那么粘性的粘合剂材料将保留在系统中并且可能会影响机械性能并粘附到支撑片材。
虽然在本公开的一个实施例中可使用粘合剂，但是将镀珠片材的微球嵌入到片材基底中。换句话讲，下层片材基底具有由微球凹进的表面轮廓。
在一些实施例中，在嵌入微球期间或之后将用于形成微球单层的液体去除。去除通常是通过加热到一定温度以致使液体蒸发或分解。可能有也可能没有液体的残余物保留。
在另一个实施例中，微球的均匀单层通过使用筛网或图案化的托盘形成。在该实施例中，可将筛网或托盘布置在片材基底的顶部并且微球溢出表面并将多余的去除以形成单层珠，然后将珠压进基底。
图1B示出镀珠片材10的另一个实施例，该镀珠片材10包括嵌入到片材基底14中的微球12。镀珠片材的单层微球理想的是最密堆积的，例如在单个微球之间的间距小于5、4、2或甚至1倍的平均微球直径。然而，根据微球的粒度分布和在片材基底的表面上施加它们的方法，可得到小于最密的堆积的一些。为实现部分地嵌入的微球的有利特性，通常镀珠片材的表面的至少50％、60％、70％、80％、90％或甚至95％由微球的单层覆盖。
在本公开中，将微球至少部分地嵌入到片材基底的表面中，使得每个微球的一部分从片材的表面向外突出并且将微球凹进下面的片材基底。在本公开中，将微球充分地嵌入到片材基底的表面中，使得它们不易从片材基底的表面去除。
使用压力并且任选地加热将本公开的微球嵌入到片材基底中。在一个实施例中，将多个微球安置在片材基底的顶部并且将压板或其它平滑(例如，平坦)表面设置在微球的层上并施加压力，推动微球进入片材基底。在另一个实施例中，可利用设置在基底片材的顶部上的任选的重量，基底片材设置在多个微球的顶部上，并且可使用重力(或附加压力)将多个微球嵌入到基底片材中。热通常用于软化片材基底以有利于嵌入过程，然而，压制可单独使用。
根据选择的基底片材和微球，并且不管是否施加热，可使用至少1、5、10或甚至20kN；并且至多50、100、200或甚至500kN的范围内的力。对于冷压制，在不施加热的情况下，使用使得基底材料经过(或接近)它的屈服点的压力。在一个实施例中，可使用至少20、40、60、80、100或甚至125MPa；并且至多200、225、250、275、300或甚至350MPa的范围内的压力。
可施用热来软化片材基底以有利于嵌入过程。一般来讲，采用的温度通常在基底的软化或熔融温度的几度之内。如本文所用，熔融温度是指材料诸如金属的熔融温度Tm和玻璃的玻璃软化温度两者。通常对于金属，温度至少为60％、70％、80％或甚至90％的基底的熔融温度。通常，对于玻璃和玻璃陶瓷基底，温度至少为60％、70％、80％、90％、95％、99％的基底的Littleton软化温度。当热压制成金属基底时，可有利地在不存在氧化环境下执行嵌入过程以有利于微球到基底的粘附。
选择用于微球和片材基底的材料的组合使得微球具有高于片材基底的熔融温度。在一个实施例中，微球的熔融温度比片材基底的熔融温度高10、25、50、100或甚至150℃。通过选择此类组合，可提供用于片材基底的耐用涂层。
在一个实施例中，微球的熔融温度接近于片材基底的熔融温度。这导致如图2所示的微球的颈缩，其中在镀珠片材20中的微球22部分地熔融或软化，致使微球聚结并且在相邻微球之间形成连接部26。然而，在本公开中，嵌入到片材基底中的微球仍然保持一定的角曲率。虽然不想受到理论的限制，但是据信这种角的曲率提供镀珠基底的表面的低摩擦特性。
在一个实施例中，具有触感平滑表面可能是重要的。除了其它情况，这可通过确保每个嵌入微球的顶点的高度差在5、7、10、12、15或甚至20微米内来实现。见图4，其示出嵌入到片材基底44中的微球42和43，其中“d”表示微球42和43顶点的高度差。微球顶点的高度变化越低，表面的触感将越平滑。
通过使用压板将压力施加至微球以有利于将它们嵌入到片材基底中，可使峰值高度的变化最小化。压板应为刚性的并平滑的(例如，平坦的)，使得将均匀压力施加至片材基底以允许均匀沉陷。因为压板施加压力，所以在本公开中可使用微球粒度的多分散性(polydistribution)并且仍实现平滑、低摩擦表面。在图3中示出的是压板36在嵌入的微球32和33的顶上，微球32和33的粒度不同。
片材基底通常具有大体平的表面以有利于微球的嵌入，然而，不要求片材基底为平的。片材基底可具有弯曲或非线性的轮廓，该轮廓被压板(或压制板)的轮廓匹配。此外，所得镀珠片材可根据应用随后成形为非平面物体。
实施如本文所述的该过程的优点是，在一个实施例中，所得镀珠片材在微球的层和片材基底之间基本上不含粘合剂层。如果在低摩擦金属表面可为有利的高温应用(例如在汽车、气体涡轮操作中等)中使用，那么这可以是有利的。
本公开的镀珠片材具有耐用、低摩擦和/或触感平滑表面。
在一个实施例中，所得镀珠片材的表面具有由铅笔硬度测试测量的大于片材基底的铅笔硬度。铅笔硬度可测量表面的耐久性。此类技术在本领域中是已知的。通常，使不同硬度的铅笔(高硬度到低硬度)沿着材料的表面经过并且视觉地检查表面的刮痕、破裂等。铅笔的不刮擦、不断裂或不使微球从表面分离的最硬级别被记录为膜的铅笔硬度。
在一个实施例中，所得镀珠片材的表面具有由触觉摩擦测试方法(下文)测试的小于0.6、0.5、0.4、0.3或甚至0.2的摩擦系数。
在一个实施例中，所得镀珠片材的表面具有由摩擦计测试的小于0.5、0.4、0.3、0.2或甚至0.1的摩擦系数。在一个实施例中，所得镀珠片材的表面具有由用周期为100和负荷为1N的摩擦测试方法(下文)测试的小于0.5、0.4、0.3、0.2或甚至0.1的摩擦系数。
对于各种各样的消费者和工业应用，诸如工业、消费者或医用工具和零件，通常需要耐用、低摩擦表面。可将本公开的镀珠片材用作电子器件的耐用壳体、路面标记的涂层、低摩擦正畸材料、低噪音听诊器，甚至在升高的温度下操作且需要低摩擦和良好耐磨损性的机械零件。
本发明的示例性实施例和示例性实施例组合的非限制性列表在下文公开：
实施例1.一种镀珠片材，包括：选自以下中的至少一者的片材基底：金属、玻璃和玻璃陶瓷；以及微球的层，其中微球部分地嵌入到片材基底的表面中使得每个微球的一部分从片材基底的表面向外突出，其中(a)微球的平均直径大于20微米，(b)微球基本上为球形，或者(c)微球的平均直径大于20微米且微球基本上为球形。
实施例2.根据实施例1所述的镀珠片材，其中镀珠片材的表面具有小于0.4的摩擦系数。
实施例3.根据实施例1所述的镀珠片材，其中嵌入到片材基底的表面中的每个微球的顶点的高度差小于20微米。
实施例4.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中镀珠片材在微球的层和片材基底之间基本上不含粘合剂层。
实施例5.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中微球的层是单层等同物或更少的微球。
实施例6.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中片材基底具有至少10微米的厚度。
实施例7.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中微球的表面包括以下各项中至少一个：金属、金属氧化物、助熔剂、润湿层、以及它们的组合。
实施例8.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中微球具有25至1000微米的平均直径。
实施例9.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中微球选自由以下项构成的组：玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、金属、以及它们的组合。
实施例10.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中微球为透明的、半透明的或不透明的。
实施例11.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中金属选自由以下项构成的组：铝、铜、锡、镍、铬、镁、钛、铁以及它们的合金和它们的组合以及不锈钢。
实施例12.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中将每个微球的平均直径的20％至90％嵌入中片材基底。
实施例13.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中微球颈缩在一起。
实施例14.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中微球的熔融温度大于片材基底的熔融温度。
实施例15.根据前述实施例中任一项所述的镀珠片材，其中片材基底90％的表面被微球覆盖。
实施例16.一种制品，其包括前述实施例中任一项所述的镀珠片材。
实施例17.一种制备镀珠片材的方法，包括：提供微球，其中(a)微球的平均直径大于20微米，(b)微球基本上为球形，或者(c)微球的平均直径大于20微米并且微球基本上为球形；将微球的层施加在片材基底上，其中片材基底选自由以下项构成的组：金属、玻璃、玻璃陶瓷、以及它们的组合；并且将微球嵌入到片材基底的表面中使得每个微球的一部分从片材基底的表面向外突出。
实施例18.根据实施例17所述的方法，其中镀珠片材的表面具有小于0.4的摩擦系数。
实施例19.根据实施例17-18中任一项所述的方法，其中使用加热和/或压力将微球嵌入到片材基底的表面中。
实施例20.根据实施例19所述的方法，其中使用压板将微球嵌入到片材基底的表面中。
实施例21.根据实施例17-20中任一项所述的方法，其中微球选自由以下项构成的组：玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、金属、以及它们的组合。
实施例22.根据实施例17-21中任一项所述的方法，其中在液体施加微球的层之前施加至片材基底的表面。
实施例23.根据实施例17-22中任一项所述的方法，其中将微球作为混合物施加至片材基底的表面，该混合物包括微球和液体。
实施例24.根据实施例22-23中任一项所述的方法，还包括在将微球嵌入到片材基底的表面中期间或之后去除液体。
实施例25.根据实施例22-24中任一项所述的方法，其中液体为溶剂或粘合剂。
实施例26.根据实施例25所述的方法，其中溶剂为油酸。
实施例27.根据实施例1-15中任一项所述的镀珠片材，其中当使用周期为100和负荷为1N的摩擦测试方法测量时，镀珠片材的表面具有小于0.4的摩擦系数。
实施例28.根据实施例1-15和27中任一项所述的镀珠片材，其中所得材料的铅笔硬度具有由铅笔硬度测试测量的大于片材基底的铅笔硬度。
实施例29.根据实施例1-15和27-28中任一项所述的镀珠片材，其中当使用触觉摩擦测试方法测量时，镀珠片材的表面具有小于0.5的摩擦系数。
实例
以下实例进一步说明了本公开的优点和实施例，但是这些实例中所提到的具体材料及其量以及其它条件和细节均不应被解释为对本发明的不当限制。除非另外指明，否则在这些实例中，所有百分比、比例和比值均按重量计。
除非另外说明或是显而易见的，否则所有材料可例如从威斯康星州密尔沃基的西格玛奥德里奇化学公司(Sigma-AldrichChemicalCompany；Milwaukee,WI)商购获得或是本领域的技术人员已知的。
在以下实例中使用这些缩写：cm＝厘米、μm＝微米、kN＝千牛顿、sec＝秒、以及N＝牛顿。
测试方法
在测试前用异丙醇擦拭样品。
摩擦测试
使用配有不锈钢球作为静态伙伴材料的摩擦计(标准摩擦计，可购自CSM工业公司，美国马萨诸塞州尼德姆(Needham,MA,USA))。用预置施加的负荷和0.4cm的行程长度，在0.05cm/sec-0.4cm/sec的速率变化之间，使样品在钢球下面来回经过(1个周期由正向经过、之后反向经过构成)。通过摩擦计监控并记录在不锈钢球上的侧向力，以便换算成摩擦系数(COF)。改变施加的负荷和周期的次数并且在测试之后在光学显微镜下目视检查样品。通过将测试期间钢球上的侧向力除以所施加的法向力来确定COF。
触觉摩擦测试
使用力板(ForceBoard)(来自瑞典工业动力公司(IndustrialDynamicsSwedenAB))来测量触觉摩擦。本系统使用多个应变仪来记录施加至样品上的法向力和侧向力。
动摩擦系数(COF)为涉及法向力的无量纲因子，当手指沿着表面拖动时，该法向力(在这种情况下通过手指)施加至手指的侧向力或摩擦力。下文描述了在触觉摩擦测试中用于测试COF的方法。由于皮肤摩擦高度依赖于皮肤的水合程度，重要的是在皮肤水合一致的情况下比较样品之间的COF值。因此，下述过程包括用于确保皮肤的水合一致的步骤。
使用可重新定位的粘合剂将待测试的材料的测试试样块附接到力板的表面。
用温和清洁剂洗涤测试受检者的双手以去除任何表面油，然后用纸巾干燥。然后，将测试受检者的左食指浸入少量的去离子水中，使水体积足够完全覆盖将与测试试样块的表面接触的手指区域。在浸泡20秒之后，将手指从水中移除并且使用吸水纸巾干燥表面湿气。
然后，在大致0.5-10牛顿范围的法向力下沿测试试样块的表面拖动测试受检者的左食指(从法线成大致35度角)，其中当手指沿表面经过时增加力。每次手指经过之后，如上文所述将手指浸入水中并进行干燥。穿过表面拖动手指以及浸泡并擦拭手指的过程，对于每个样品重复大约4-6次，记录每次经过时的法向力和侧向力数据。
然后将力数据换算成COF数据，并且绘出对于各种法向力的COF值的范围。同时绘出对于每个样品的多个经过以作为关于数据一致性的检查。
铅笔硬度方法
按照ASTMD3363-05(2011)e2“铅笔测试用于膜硬度的标准测试方法(StandardTestMethodforFilmHardnessbyPencilTest)”中公开的类似方法评估样品表面的铅笔硬度。将研磨砂纸(粒度号400)附着到带有双面涂层胶带的平坦且光滑的台面。将铅笔芯(具有机械铅芯保持器的Totiens绘图铅芯)保持与砂纸成90°角并研磨直到得到平坦、光滑、圆形的横截面，在铅芯的边缘没有碎片或裂纹。将铅笔尖端的力固定为7.5N或在一些情况下更少。将自立式珠膜布置到玻璃表面上。每个测试使用刚制备的铅笔芯，使用Elcometer3086电动铅笔硬度仪(可购自密歇根州的洛挈斯特山伊克米特有限公司(ElcometerIncorporated,RochesterHills,MI))，(，在45°角且在期望的负荷下(7.5N)将铅芯紧紧地压在膜上，并且在“正向”方向穿过测试板拖拉至少1/4英寸的距离。每个等级的铅芯硬度制作三个铅笔轨道。在检测之前，使用浸有异丙醇的潮湿纸巾将碎裂的铅芯从测试区域去除。通过眼睛以及在光学显微镜下(50X-1000X放大率)针对每个铅笔轨道的前面1/8至1/4英寸来检测膜的缺陷。从较硬的铅芯移动到较软的铅芯，顺着硬度标度重复该过程，直到发现没有刮擦膜或使其破裂，或分离或部分地分离任何珠的铅笔。每个铅芯硬度下三个轨道中的至少两个需要满足这些标准以便合格。合格的铅的最硬等级被记录为膜的铅笔硬度。
比较例A
铝板(5cm×5cm×3mm(2英寸×2英寸×3mm，可购自Lawrence和Frederick公司(LawrenceandFrederickInc.)，5005合金，韧度H34)。
实例1
用油酸擦拭铝板(5cm×5cm×3mm(2英寸×2英寸×3mm))并且擦去多余的油酸，在铝板的表面上留下薄层油酸。然后在涂覆油酸的表面上覆膜玻璃珠(碱石灰硅酸盐、粒径为40-60μm、96-98％圆度，可购自田纳西州哥伦比亚的Swarco工业公司(SwarcoIndustries,ColumbiaTN))，并且去除多余的珠。
然后将包括玻璃微球的铝板布置在两个平坦的2.5英寸直径的碳化钨盘之间并且装载到来自东芝机械(ToshibaMachine)(2068-3，Ooka，Numazu-shi，Shizuoka-ken410-8510，日本)的改良热压机中。将氮气填充在腔室中以去除氧气并且使用红外灯来加热材料。在加热期间施加压力。当压机达到645℃时，施加10kN的力并且监控夹头的位移以控制珠沉陷的程度。一旦获得期望的夹头移动，就终止运行并且用流动氮气将样品快速冷却至50℃。然后将样品从压机上去除。
所得样品具有触感丝柔平滑的表面并且具有糙面型外观。显微图证实了被压进基底中的紧密堆积的微球的存在。图像指示在压制期间玻璃珠已发生一些熔融/聚结，因为工艺温度接近玻璃的熔融温度。
实例2
用油酸擦拭铝板(5cm×5cm×3mm)并且擦去多余的油酸，在铝板的表面上留下薄层油酸。然后在油酸涂覆的表面上覆膜玻璃陶瓷珠(直径为25-40μm、具有2.42折射率，按照美国专利7,947,616(Frey等人,实例8)中公开的熔融方法制备)，并且去除多余的珠。
然后将包括玻璃陶瓷微球的铝板布置在两个平坦的2.5英寸直径的碳化钨盘之间并且装载到改良的东芝机械的热压机中。将氮气填充在腔室中以去除氧气并且使用红外灯来加热材料。当压机达到645℃时，施加10kN的力并且监控夹头的位移以控制珠沉陷的程度。一旦获得期望的夹头移动，就终止运行并且将样品快速冷却至50℃。然后将样品从压机上去除。
所得样品具有触感丝柔平滑的表面并且具有糙面型外观。显微图证实了被压进基底中的紧密堆积的微球的存在。图像指示在加工期间玻璃陶瓷珠无明显的熔融或聚结。
如上文所述，使用摩擦测试和铅笔硬度方法测试比较例A和实例1-2。结果如表1所示。
表1
图5A是在已经受施加负荷为1N和周期为100的摩擦测试之后，比较例A的表面的光学显微图。图5B是在摩擦测试之前，实例1的表面的光学显微图。图5C是在已经受施加负荷为1N和周期为1000的摩擦测试之后，实例1的表面的光学显微图。图5D是在已经受6H的铅笔硬度测试之后，实例1的表面的光学显微图。图5E是在已经受施加负荷为1N和周期为800的摩擦测试之后，实例2的表面的光学显微图。
实例3
用油酸擦拭铝板(5cm×5cm×3mm)并且擦去多余的油酸，在铝板的表面上留下薄层油酸。在涂覆油酸的表面上覆膜玻璃珠(碱石灰硅酸盐、粒径为40-60μm、96-98％圆度，可购自Swarco工业公司(SwarcoIndustries))，并且去除多余的珠。
然后将包括微球的铝板布置于配有3.81cm不锈钢模具的液压式单轴压机中(可购自新泽西州萨米特的Carver公司(Carver,Inc.,Summitt,NJ)，)。将WC平板布置在铝基底下方以避免样品弯曲并且施加35.59kN的负荷。压制之后，在显微镜下观察有珠嵌入的片材的表面。图6为实例3的表面的光学显微图。将珠以大约50％的珠沉陷嵌入到金属表面中并且样品具有丝柔平滑感。
比较例B
锡板基底(5cm×5cm×3mm)可购自伊利诺伊州埃尔姆赫斯特的McMasterCarr工业公司(McMasterCarrIndustries,ElmhurstIL)。
实例4
用玻璃珠(碱石灰硅酸盐、粒径为40-60μm、96-98％圆度，可购自田纳西州哥伦比亚的Swarco工业公司(SwarcoIndustries,ColumbiaTN))压制在比较例B中使用的锡板基底，该压制使用单轴Carver压机和57.8kN的压力，使用在实例3中所述的制备和压制过程。
比较例C
铜板基底(5cm×5cm×3mm)可购自McMasterCarr。
实例5
用油酸擦拭如在比较例中C中使用的铜板基底并且擦去多余的油酸，在铜板的表面上留下薄层油酸。然后在涂覆油酸的表面上覆膜玻璃陶瓷珠(平均直径38-75微米，包含45重量％的La2O3、20重量％的Al2O3、30重量％的ZrO2和5重量％的TiO2，可根据美国专利7,563,293(Rosenflanz)中的公开制备)，并且去除多余的珠。
然后将包括玻璃陶瓷微球的铜板布置在两个平坦的2.5英寸直径的碳化钨盘之间并且装载到来自东芝机械的改良的热压机中。将氮气填充在腔室中以去除氧气并且使用红外灯来加热材料。在加热期间施加压力。当压机达到800℃时，施加50kN的力15分钟。一旦获得期望的夹头移动，就终止运行并且用流动氮气将样品快速冷却至50℃。然后将样品从压机上去除。
使用摩擦测试测量比较例B和C以及实例4和5。结果如表2所示。
表2
比较例D
用E-玻璃粉末颗粒(不规则形状颗粒(200-400目)，来自佐治亚州科尼尔斯的VitroMinerals公司，(VitroMinerals,Conyers,GA))压制在比较例A中使用的铝板基底，使用实例1中所述的制备和压制过程，不同的是在650℃下用98kN的压力压制颗粒15分钟。压制的样品显示出与有微球珠压进其中的样品非常不同的粗糙感。
使用上文的触觉摩擦测试来测试实例1和比较例D并且结果如图7中所示。测量结果显示被压进铝基底中的玻璃粉末颗粒产生与实例1相比更高的COF，实例1使用了基本上圆形的微球。
实例6和比较例E
将碱石灰硅酸盐玻璃板(6cm×4cm×5mm)布置在玻璃陶瓷珠(直径为20-80μm、具有2.42折射率，按照美国专利7,947,616(Frey等人，实例8)中公开的熔融方法制备)的集合的顶部，这些玻璃陶瓷珠包含在氧化铝坩埚中。然后将包括碱石灰玻璃板位于微球顶部的玻璃陶瓷微球的氧化铝坩埚安置于加热炉中并且以10℃/分钟的加热速率加热至800℃，接着在800℃下等温处理30分钟。
将加热炉冷却并且从加热炉中取出玻璃板。观察到玻璃陶瓷珠嵌入到玻璃板的与珠直接接触的一侧上。板的另一侧与珠保持不接触。
使用摩擦测试来测试碱石灰硅酸盐板的带珠侧(实例6)和板的不带珠背侧(比较例E)。结果如表3所示。
在不脱离本发明的范围和实质的前提下，本发明的可预知修改和更改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。本发明不应受限于本申请中为了示例性目的所示出的实施例。

Claims (11)

1.一种镀珠片材，包括：
片材基底，所述片材基底选自以下中的至少一者：金属、玻璃和玻璃陶瓷；以及
微球的层，其中所述微球部分地嵌入到所述片材基底的表面中，使得每个所述微球的一部分从所述片材基底的所述表面向外突出，其中(a)所述微球的平均直径大于20微米，并且/或者(b)所述微球基本上为球形。
2.根据权利要求1所述的镀珠片材，其中当使用周期为100和负荷为1N的摩擦测试方法测量时，所述镀珠片材的所述表面具有小于0.4的摩擦系数。
3.根据前述权利要求中任一项所述的镀珠片材，其中所得材料的铅笔硬度具有由铅笔硬度测试测量的大于所述片材基底的铅笔硬度。
4.根据权利要求1所述的镀珠片材，其中当使用触觉摩擦测试方法测量时，所述镀珠片材的所述表面具有小于0.5的摩擦系数。
5.根据权利要求1所述的镀珠片材，其中嵌入到所述片材基底的所述表面中的每个所述微球的顶点的高度差小于20微米。
6.根据前述权利要求中任一项所述的镀珠片材，其中所述镀珠片材在所述微球的层和所述片材基底之间基本上不含粘结剂层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的镀珠片材，其中所述微球颈缩在一起。
8.一种制品，包括根据前述权利要求中任一项所述的镀珠片材。
9.一种制备镀珠片材的方法，包括：
提供微球，其中(a)所述微球的平均直径大于20微米，并且/或者(b)所述微球基本上为球形；
将所述微球的层施加于片材基底上，其中所述片材基底选自由以下项构成的组：金属、玻璃、玻璃陶瓷、以及它们的组合；以及
将所述微球嵌入到所述片材基底的表面中，使得每个所述微球的一部分从所述片材基底的所述表面向外突出。
10.根据权利要求9所述的方法，其中使用压板将所述微球嵌入到所述片材基底的所述表面中。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其中在施加所述微球的层之前将液体施加至所述片材基底的所述表面，并且其中所述液体为油酸。
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