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Aug 28, 2023

Controllo dell'attrito di materiali elastici su vetro mediante superfici strutturate

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15423 (2022) Citare questo articolo

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Dettagli sulle metriche

Per studiare il comportamento di attrito delle punte di scrittura in elastomero e poliacetale che scorrono su varie superfici di vetro testurizzate, sono state esaminate le influenze della dimensione del passo e dell'altezza della trama di dimensioni da sub-millimetriche a millimetriche sull'attrito tramite test di attrito alternativo. I coefficienti di attrito di ciascuna punta di scrittura potrebbero essere variati sistematicamente modificando il tono e l'altezza della trama. Questi cambiamenti nell'attrito erano basati sulla relazione tra le forme convesse-concave e le parti di contatto della punta di scrittura e, quindi, influenzano gli attriti adesivi, abrasivi e di deformazione. Inducendo una struttura superficiale con un passo inferiore all'area di contatto della punta di scrittura, il coefficiente di attrito potrebbe essere ridotto in modo efficace. Inducendo una struttura superficiale con un'altezza maggiore, il coefficiente di attrito dell'elastomero potrebbe essere aumentato a causa dell'attrito di deformazione. Questi comportamenti indicano la possibilità di controllare l'attrito modificando parametri quali il passo e l'altezza delle superfici di vetro strutturate.

Il controllo delle proprietà tribologiche mediante superfici strutturate si è rivelato interessante in diversi campi per migliorare le condizioni della superficie di scorrimento1,2,3,4. Ad esempio, nel settore automobilistico, sono state introdotte superfici strutturate per controllare l’attrito e migliorare l’efficienza energetica, il che a sua volta riduce le emissioni di CO25,6. È stato studiato anche il miglioramento delle proprietà tribologiche delle macchine utensili introducendo texture sulle superfici delle guide delle macchine utensili, dei cuscinetti portanti e di altri componenti7,8,9.

Numerosi studi hanno esaminato gli effetti delle superfici strutturate sulle caratteristiche tribologiche sia in condizioni lubrificate che non lubrificate10,11,12,13,14. In condizioni lubrificate, le superfici strutturate generalmente migliorano la lubrificazione idrodinamica15,16. Al contrario, in condizioni non lubrificate, le superfici strutturate contribuiscono alle aree di contatto apparente, che influenzano significativamente anche l'attrito adesivo e l'attrito abrasivo a livello di asperità della controfaccia17,18,19,20. Inoltre, anche l'attrito da deformazione di un materiale elastico dovuto a una superficie strutturata può influenzare i comportamenti di attrito21,22,23,24. La deformazione elastica e la migrazione del materiale elastico che si muove lungo la struttura convessa e concava nella controfaccia dura strutturata possono causare usura per fatica del materiale elastico25.

Dal punto di vista della riduzione dell’uso di carta e del miglioramento dell’efficienza lavorativa, l’input della scrittura a mano sui tablet è diventato più diffuso negli ultimi anni26. Nell'input della scrittura a mano, i comportamenti di attrito delle punte della penna, che influenzano l'esperienza di scrittura, sono fondamentali27. Gli utenti in genere hanno una scarsa esperienza nello scrivere con una penna su una superficie di vetro piana e scivolosa. I metodi comuni per migliorare l'esperienza dell'utente includono l'aumento dell'attrito regolando il modulo elastico o cambiando il materiale della punta della penna e attaccando un foglio di pellicola testurizzato sui tablet. L'introduzione delle texture direttamente sulle superfici in vetro dei tablet presenta il vantaggio di preservare la resistenza ai graffi, la trasparenza e la sensazione del vetro e pertanto ha attirato notevole attenzione. Tuttavia, ci sono solo pochi studi che mirano a migliorare l’esperienza di input della scrittura introducendo texture sul vetro. In uno studio precedente, abbiamo segnalato la possibilità di controllare le caratteristiche di attrito utilizzando due tipi di rugosità superficiale (struttura di dimensioni da sub-millimetriche a millimetriche e rugosità fine di dimensioni nanometriche)28. Abbiamo scoperto che ciascuna rugosità influisce sull'attrito adesivo, sull'attrito abrasivo e sull'attrito di deformazione e pertanto è possibile controllare il coefficiente di attrito tra le punte di scrittura e le superfici di vetro strutturate. Tuttavia, mancava una discussione sul contributo delle altezze e delle altezze delle forme convesse e concave di dimensioni maggiori ai comportamenti di attrito.