我們為什么要重視塑料的劃痕性能呢?大家都知道塑料是高分子材料,被廣泛用于建材、包裝、汽車等領域。對于應用在這些領域的產品,如果表面劃痕性能較差,一旦與尖銳物體相互作用就容易造成產品外觀缺陷,或影響產品的耐久性、安全性能。

一、劃痕行為對塑料產品性能產生的三方面影響
1.外觀質量影響:塑料劃痕所引起的“白化”現象是影響產品表面質量和美觀的重要因素,例如汽車內外飾件、電子產品外殼、包裝及標簽、眼鏡鏡片、手表表鏡等都是由塑料高分子材料加工成型的配件,*易因人為的劃痕行為而影響產品整體的美觀和價值。
2.產品耐久性影響:塑料材料在紫外光輻射、熱、氧、水(酸堿)、高低溫交替、填埋等惡劣的環境因素下使用時,其老化及失效的速度會大大加快,有效服役區間也會明顯縮短。雖然,我們通常的防護手段是在材料表面覆蓋高分子涂層,但是一旦高分子涂層遭受外力劃痕,其防護作用失效,就不能有效保證內層材料的正常使用壽命。
3.產品安全性影響:食品包裝材料,特別是高溫蒸煮型多層復合高阻隔包裝膜、袋,因其可以大大延長食品的貨架期而被廣泛采用。多層復合高阻隔包裝膜、袋的阻隔性能主要由外層高阻隔高分子材料保障,包裝材料在食品封裝、蒸煮加工、運輸過程中受外界作用產生劃痕,導致其外層材料阻隔性能下降,進而影響食品貨架期,危害消費者安全。除此之外,對于存儲設備,如光盤、硬盤等,由于高速旋轉引起的劃痕,可能導致重要數據的丟失,帶來不可挽回的損失。
二、當前塑料劃痕性能檢測相關的試驗方法分析
由于劃痕試驗是汽車內外飾件表面質量控制的常規檢測項目,所以當前廣泛使用的各種塑料制品劃痕性能的測試方法基本由汽車行業發展而來。這些劃痕試驗主要是檢查各種汽車內外飾件表面受到硬物(鑰匙、硬幣等)劃痕等環境應力時發生的變化情況,例如在塑料表面留下刮痕,引起變色、光澤改變。工業界常用的塑料劃痕測試方法主要有五指劃痕試驗、十字劃痕試驗、硬度試驗筆劃痕、摩擦色牢度劃痕、Taber 摩擦儀劃痕等。
1.五指劃痕試驗法:即以 5 個金屬手指狀的劃痕頭在不同載荷下劃過材料表面形成刮痕,測試完成后在光線充足的環境下目視比較刮痕的可見度;
2.十字劃痕試驗:以固定載荷及間距在材料表面劃網格,測定刮痕處的顏色變化,用 ΔL*值代表的發白程度來表征材料的耐劃痕性能,ΔL*值越大說明材料的耐劃痕性能越差;
3.硬度試驗筆劃痕法:通過采用硬度筆不同規格的彈簧達到所需的載荷,其評價方法同五指劃痕測試評價方法一致;
4.摩擦色牢度劃痕法:將干摩擦布和濕摩擦布(水、酒精、肥皂水和汽油等)在一定的載荷下與著色塑料制件進行摩擦,然后參照沾色灰度卡對摩擦布的沾色程度進行評級;
5.Taber 摩擦儀劃痕法:采用 Taber 摩擦試驗儀安裝專用劃痕頭,測試時將開孔圓形樣品固定在樣品臺上劃痕規定的圈數,然后采用目視評價法檢查樣品表面的損傷程度。
以上劃痕實驗方法雖被工業界廣泛采用,但其評價結果因多采用定性參數,只能加載恒定載荷,載荷不能連續變化,不能定量地得到導致破壞的載荷和速率,難以對塑料材料的表面劃痕行為進行深入探測和分析。
三、國內外可供參考的塑料劃痕試驗方法標準
除了以上各大汽車制造商制定的劃痕試驗外,國內外相關的參考標準如下:
ASTM D 7027 - 20 Standard Test Method for Evaluation of Scratch Resistance ofPolymeric Coatings and Plastics Using an Instrumented ScratchMachine
EN 438-2:2016 High-pressure decorative laminates (HPL) - Sheets basedon thermosetting resins (usually called laminates) - Part 2:Determination of properties
SN/T 4449-2016 汽車內飾材料耐刮擦試驗方法
類似的標準還有:
EN 16094:2021Laminate floor coverings - Test method for the determinationof micro-scratch resistance
ISO 20502:2005 Fine ceramics(advanced ceramics, advanced technical ceramics) —Determination of adhesion of ceramic coatings by scratchtesting
ISO 1518-1:2019 Paints and varnishes — Determination of scratch resistance — Part 1:Constant-loading method
ISO 1518-2:2019 Paints and varnishes — Determination of scratch resistance — Part 2:Variable-loading method
GB/T 9279.1-2015 色漆和清漆 耐劃痕性的測定 第 1 部分 負荷恒定法
GB/T 9279.2-2015 色漆和清漆 耐劃痕性的測定 第 2 部分 負荷改變法
GB/T 6739-2006 色漆和清漆 鉛筆法測定漆膜硬度。
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