材料產(chǎn)品耐刮擦測(cè)試試驗(yàn)方法

可靠性測(cè)試：
刮擦試驗(yàn)基本原理
刮擦試驗(yàn)是汽車塑料內(nèi)外飾表面質(zhì)量控制的常規(guī)項(xiàng)目，因汽車內(nèi)外飾塑料零件所處的環(huán)境不同，部位不同，種類不同，形成了各種刮擦測(cè)試方法。而其基本原理是刮擦頭以一定壓力作用于試樣表面，刮擦頭和試驗(yàn)樣品以一定的速度做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡一般是直線或圓形，當(dāng)材料不足以抵抗外界刮擦?xí)r發(fā)生塑性形變，材料表面被破壞。
由刮擦測(cè)試基本原理可知，刮擦頭、負(fù)載(壓力)和樣品與刮擦頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素從根本上決定了耐刮擦測(cè)試的方法。
首先刮擦頭的材質(zhì)、形狀和尺寸是決定刮擦測(cè)試方法最為關(guān)鍵的因素，不同的測(cè)試一般對(duì)應(yīng)不同的刮擦頭。常見的刮擦頭為半球形或球形的鋼質(zhì)材料，經(jīng)過熱處后理滿足一定的硬度要求，直徑為1mm、0.75mm或0.5mm;
其次，負(fù)載即刮擦頭加諸到材料表面的壓力也是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，它表征試驗(yàn)的嚴(yán)酷等級(jí)，不同的耐刮擦測(cè)試方法有不同的加載方式，如砝碼加載、杠桿加載和壓縮彈簧加載等;相較于刮擦頭和負(fù)載兩個(gè)條件，刮擦頭和和材料相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，如速度和行程等是較為次要的參數(shù)。
在早期的耐刮擦測(cè)試中多采用手動(dòng)操作，不能保證測(cè)試速度的一致，但隨著儀器化的耐刮擦測(cè)試設(shè)備的不斷發(fā)展，測(cè)試速度基本可以保持恒定，測(cè)試的重復(fù)性和再現(xiàn)性得到提高。
本文主要闡述了五指刮擦實(shí)驗(yàn)法、硬度試驗(yàn)筆刮擦法、網(wǎng)格刮擦實(shí)驗(yàn)法、摩擦色牢度刮擦法等塑料生產(chǎn)廠商及汽車廠商常用的耐刮擦性測(cè)試方法，并闡述了影響測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵技術(shù)因素及評(píng)價(jià)方法。
1、五指刮擦測(cè)試方法
五指刮擦試驗(yàn)即以五個(gè)金屬手指狀的刮擦頭在不同載荷下劃過材料表面形成刮痕，目視比較劃痕的可見度。試驗(yàn)裝備主要包括試驗(yàn)臺(tái)、刮擦桿、刮擦頭、砝碼、驅(qū)動(dòng)五部分。實(shí)驗(yàn)前先將樣品固定在試驗(yàn)臺(tái)上，刮擦桿的一頂端固定碳化鎢制材質(zhì)的高度拋光刮擦頭，直徑為1mm或7mm，刮擦桿另一端固定砝碼，根據(jù)樣品尺寸及測(cè)試需求確定刮擦桿的安裝位置、數(shù)量和負(fù)載，刮擦距離一般設(shè)定為100mm~200mm，刮擦速度為100mm/s。
測(cè)試完成后，要求在光線充足的環(huán)境下，通常為明亮的北方天空日光或d65標(biāo)準(zhǔn)光源，目測(cè)劃痕，可通過改變樣品與觀察者的角度使劃傷線以最清晰可見的角度呈現(xiàn)。評(píng)價(jià)時(shí)排除劃痕起點(diǎn)和終點(diǎn)兩端各10%的范圍，即僅取中部80%的范圍為有效評(píng)價(jià)區(qū)域。盡管五指刮擦測(cè)試方法簡(jiǎn)單，仍有一些需要引起注意的事項(xiàng)如：1)樣品表面平整，有效保證各處受力均勻;2)試驗(yàn)開始前將懸空的刮擦頭輕輕放下，否則刮擦頭可能會(huì)在砝碼的作用下在起點(diǎn)處形成凹痕;3)若樣品尺寸小于測(cè)試行程，需要在刮擦頭超出樣品邊緣后及時(shí)將其抬起至懸空狀態(tài)，避免刮擦頭與金屬臺(tái)面接觸而受到損傷。
2、硬度試驗(yàn)筆刮擦測(cè)試方法
硬度試驗(yàn)筆主要包括筆桿、彈簧、刮擦頭、壓力調(diào)節(jié)滑塊等，測(cè)試過程中可更換不同規(guī)格的彈簧達(dá)到所需的壓力范圍，刮擦頭一般為半球形尖端，直徑有1mm，0.75mm，0.5mm等。測(cè)試前安裝符合要求的刮擦頭、彈簧，將壓力調(diào)節(jié)塊定位到要求的壓力刻度，例如10n或其它規(guī)定值，然后手握試驗(yàn)筆垂直于試驗(yàn)樣品表面，將刮擦頭壓入到與筆桿前端口平齊或規(guī)定的深度，在樣品表面劃行一定距離，如100mm。一般采用目視法評(píng)價(jià)樣品表面劃痕，可根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)劃痕進(jìn)行評(píng)級(jí)。硬度試驗(yàn)筆刮擦測(cè)試基本原理同五指刮擦類似，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備更為簡(jiǎn)單，便于攜帶，可以在任何時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行快速直接的測(cè)試，同時(shí)可根據(jù)需要設(shè)定任意力值，因此硬度試驗(yàn)筆刮擦法更適合應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制，但是該方法也存在不可規(guī)避的缺陷，即手動(dòng)操作過程中存在人為因素的影響，刮擦速度不可控。
硬度試驗(yàn)筆刮擦試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法同五指刮擦測(cè)試評(píng)價(jià)方法一致。
3、網(wǎng)格刮擦測(cè)試方法
網(wǎng)格刮擦試驗(yàn)是以固定載荷及間距在材料表面劃網(wǎng)格，測(cè)定刮痕處的顏色變化，用發(fā)白程度來表征材料的耐刮擦性能。目前各材料廠商及汽車廠商廣泛采用儀力信十字形切口試驗(yàn)機(jī)完成材料耐刮擦性能測(cè)試。刮擦頭為球形尖端，直徑1mm，通過杠桿在刮擦頭上面施加規(guī)定的載荷，如5n、10n、15n、20n等。以北美某汽車公司內(nèi)飾塑料零件耐劃傷測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)gmw14688為例說明網(wǎng)格刮擦測(cè)試方法：儀器的自動(dòng)引導(dǎo)刮擦頭運(yùn)動(dòng)，速度1000mm/min，劃痕間距2mm，長(zhǎng)度為40mm，一個(gè)方向至少刮擦20道劃痕，之后將樣品旋轉(zhuǎn)90度，在垂直的方向重復(fù)上述過程，最終形成縱橫交錯(cuò)狀網(wǎng)格痕刮擦。通過測(cè)色儀測(cè)試劃傷前和劃傷后的l值(l反應(yīng)顏色的深淺)，計(jì)算al*，al*值越大說明刮擦后顏色發(fā)白越明顯，材料的耐刮擦效果越差。測(cè)試結(jié)果采用儀器測(cè)量法進(jìn)行評(píng)價(jià)更客觀，目前網(wǎng)格刮擦實(shí)驗(yàn)法己得到廣泛的應(yīng)用。
刮擦頭狀態(tài)及負(fù)載是影響刮擦測(cè)試的關(guān)鍵因素。筆者分別使用新刮擦頭和己使用20000次的刮擦頭對(duì)同一車用聚丙烯塑料進(jìn)行網(wǎng)格刮擦實(shí)驗(yàn)，說明刮擦頭狀態(tài)對(duì)網(wǎng)格刮擦測(cè)試結(jié)果的影響。表1所示是按照標(biāo)準(zhǔn)gmw14688在10n負(fù)載進(jìn)行網(wǎng)格刮擦測(cè)試的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)使用新的刮擦頭時(shí)al*無明顯變化，即材料沒有發(fā)白的現(xiàn)象，但使用20000次的刮擦頭得到的結(jié)果是al*值明顯偏大，分析原因?yàn)楣尾令^在使用一定次數(shù)后球形尖端摩損嚴(yán)重，尺寸和形狀可能已經(jīng)發(fā)生了變化，不能滿足測(cè)試要求。所以，在測(cè)試過程中需記錄刮擦頭的使用次數(shù)并及時(shí)檢查刮擦頭的尺寸和形狀，在不能滿足要求時(shí)進(jìn)行更換。
4、其他刮擦測(cè)試方法
回形針刮擦法，刮擦頭為回形針，樣品尺寸一般為152mmx152mm，負(fù)載為o.75kg，測(cè)試時(shí)將試樣放置在測(cè)試裝置的底板上，4個(gè)邊緣分別與底板平行，釋放裝有載荷的回形針，以穩(wěn)定的速度慢慢拉動(dòng)樣品進(jìn)行刮擦，刮擦痕跡平行于樣品邊緣，滑動(dòng)距離至少為100mm，可用直尺引導(dǎo)樣品以保證刮擦痕與樣品邊緣相平行，同時(shí)可以記錄劃痕距離。完成一個(gè)方向的刮擦后將樣品旋轉(zhuǎn)90度，沿著另一邊緣拉動(dòng)樣品直至4個(gè)方向全部劃完。采用目視法評(píng)價(jià)樣品劃傷程度。
taber摩擦試驗(yàn)儀刮擦法，分為直線型往復(fù)刮擦測(cè)試法和圓周型摩擦試驗(yàn)法，可根據(jù)需要配置不同的刮擦頭，并且載荷和速度可調(diào)，整個(gè)測(cè)試過程設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，測(cè)試的重復(fù)性和再現(xiàn)性較理想。
耐刮擦性能評(píng)價(jià)方法
塑料制品破壞形式主要分為三種情況：劃痕，表面變形或開裂;發(fā)白(變色)，從不同角度都可以看到刮擦出變白或變色;擦痕，表面有光澤度改變或磨光現(xiàn)象，但基本無變形和變白現(xiàn)。而根據(jù)材料的破壞形式可以將耐刮擦性能評(píng)價(jià)方法分為目視評(píng)價(jià)和儀器測(cè)量?jī)纱箢悺?br> 目視評(píng)價(jià)是指將刮擦后的樣品放置在北部天空日光或d65標(biāo)準(zhǔn)人造光源下，使試樣保持水平，必要時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)樣品以獲得的觀察角度，觀察材料表面受損情況并給予描述，或依照測(cè)參考標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試前后樣品顏色變化給予評(píng)級(jí)，如灰卡評(píng)級(jí)。
目視評(píng)價(jià)主觀性較高，在條件允許情況下盡量進(jìn)行多人次評(píng)價(jià)，至少保證兩個(gè)人在互不影響的情況下給出評(píng)價(jià)結(jié)果。儀器評(píng)價(jià)主要包含顏色變化和光澤變化兩個(gè)方面，用色差計(jì)和光澤度計(jì)測(cè)量受試區(qū)域在刮擦測(cè)試前后的顏色變和光澤度變化值，得到可量化的結(jié)果，相較于目視評(píng)價(jià)儀器評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀，重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性較好。
塑料制造工業(yè)和汽車工業(yè)都在積極尋找更好的測(cè)試和表征高分子材料的耐刮擦性能的方法，如：五指刮擦實(shí)驗(yàn)法、硬度試驗(yàn)筆刮擦法、網(wǎng)格刮擦實(shí)驗(yàn)法、摩擦色牢度刮擦法等塑料生產(chǎn)廠商及汽車廠商常用的耐刮擦性測(cè)試方法等。