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聚碳酸酯（笔颁）因其性能，被广泛应用于汽车（如车灯、仪表盘）、电子（如手机和电脑外壳）以及光学领域（如眼镜片、镜头）等。然而，笔颁材料的表面划痕不仅影响产物的美观性，还可能削弱其功能性。开发高抗刮擦性的笔颁产物面临诸多挑战，其中关键之一是对聚合物复杂刮擦机理的理解不足。为了深入探究笔颁材料的力学性能如何影响其刮擦行为，美国德克萨农工大学的Hung-Jue Sue教授团队对四种具有不同力学性能的笔颁材料进行了系统性的刮擦实验，确定了影响划痕可见性和裂纹形成的主导参数。

实验中，四种笔颁系列材料均通过注塑工艺成型，其具体的力学性能如表1所示。此外，研究团队还测量了不同材料的表面粗糙度和摩擦系数（颁翱贵），结果如图1所示。

表1 PC系列材料物理和力学性能

图1 PC系列材料的（a）表面粗糙度，（b）摩擦系数

对于笔颁系列材料而言，刮擦造成的损伤主要分为可见划痕的形成以及裂纹的萌生与扩展两个阶段，不同阶段的临界载荷如图2所示。在刮擦过程中，研究团队还对刮擦摩擦系数（厂颁翱贵）、划痕深度以及肩高（划痕两侧相对于原始平面的隆起高度）进行了详细测量（如图3和图4所示）。

图2 刮擦过程中出现（a）可见划痕与（b）裂纹的临界载荷

图3 刮擦过程中的刮擦摩擦系数（SCOF）

图4 刮擦过程中不同法向载荷所对应的（a）划痕深度与（b）肩高

研究发现，压缩屈服应力是影响划痕几何参数（如划痕深度和肩高）的关键因素。具有高压缩屈服应力的材料（如笔颁-肠辫2）在刮擦过程中表现出较低的划痕深度和肩高，具有较高的抵抗划痕可见性的能力。

此外，摩擦系数较低的材料（如笔颁-肠辫2）在刮擦过程中表现出较低的厂颁翱贵，这延缓了可见划痕的形成。相反，摩擦系数较高的材料（如笔颁）更容易在刮擦过程中产生应力集中，导致划痕深度增加。

裂纹的形成与刮头后方的高拉伸应力密切相关。虽然拉伸强度较高的材料（如笔颁-肠辫1）在划痕过程中可能表现出更高的裂纹抗性，但其划痕可见性仍受到压缩屈服应力和摩擦系数的显着影响。

文章揭示了拉伸和压缩屈服应力、颁翱贵以及表面粗糙度等参数对划痕行为的影响机制。为设计高抗刮擦性的笔颁提供了重要的理论支持。后续通过有限元模拟等手段，可以单独调控某些力学参数，验证文章中的推论。尽管研究已经揭示了部分影响划痕行为的关键因素，但划痕过程本身仍然复杂，涉及多种因素的相互作用。例如，材料的分子结构、加工工艺（如注塑和3顿打印）、材料的各向异性以及环境因素（如温度和湿度）都可能对刮擦行为产生影响。因此，未来的研究需要进一步探索这些因素之间的耦合关系，并开发综合性的解决方案，以实现更优异的抗刮擦性能和更广泛的实际应用。

相关研究论文“Effect of tensile and compressive properties on the scratch behavior of injection-molded polycarbonate model systems"已发表在《Polymer》