本文作者：刘洲，郭文博，胡玉洁，付丹
近年来，随着内饰造型视觉效果趋势的发展，汽车内饰零件如主副仪表板、门护板已广泛采用高光黑效果装饰件。喷涂高光黑色涂料（也称钢琴漆）是汽车内饰零件实现高光黑效果的常用途径，但是，涂覆了高光黑色涂料的零件在汽车座舱内的使用时耐刮擦性有待提高，根据经验可以分为：（1）长期耐磨风险，用户在车内操作和清洁时，人手、织物等对零件表面的长期频繁的摩擦导致划痕和光泽的损失；（2）短期耐刮风险，不当操作时硬物（指甲、钥匙等）对零件表面的侵入，导致划痕。由于高光黑零件又黑又亮的外观属性，使其表面缺陷被放大，相对更易被用户察觉到表面外观质量的变化。
对于内饰高光黑色涂膜，目前国内大部分主机厂沿用塑料件的耐刮擦试验方法进行管控，专门评价高光黑色涂膜耐刮擦性能的测试方法还比较少。因此，文中开展了耐刮擦试验方法的研究，希望得到适用于评价内饰零件表面高光黑色涂料耐刮擦性的方法。
1实验部分
1.1样品信息
本文选取了10款高光黑色涂料试验样板（如表1所示），均为量产车型零件同工艺制备的油漆样板。
表1 高光黑色涂料试验样板信息
1.2主要设备仪器
便携式三角度光泽度计：BYK-4563，德国BYK公司；台式分光色差仪：Color-Eye7000A，美国x-rite公司；往复式磨耗仪：TABER5900，美国TABER公司；电动十字划格仪：430P型，德国Erichen公司；TABER磨
耗仪：AB-101，日本TESTERSANGYO公司。
1.3测试方法
所有测试方法按照表2中各企业标准执行。
表2 国内汽车厂内饰零件耐刮擦试验方法
2结果与讨论
2.1国内汽车厂内饰零件耐刮擦试验方法概况
结合其他研究成果，本文将国内部分汽车厂内饰零件耐刮擦性能的测试方法归总可分为3类，如表2所示。
结合表2可知，第1类，本文称“压入法”，用尖锐物体的侵入来测试表面硬度，以塑料件常用的洛氏硬度测试为代表；第2类，本文称“划痕法”，尖锐物体在一定载荷下与试样表面做相对运动，一般为单次，评价表面划痕情况，以铅笔硬度测试、硬度笔实验、五指刮擦测试、十字划格测试方法为代表；第3类，本文称“磨损法”，采用特定的摩擦介质（如摩擦布、砂纸、砂轮等）做一定轨迹（如直线、圆形、特定曲线）的长周期往复相对运动，评价表面磨损情况，评价指标包括色差、灰度等级变化、质量损失、光泽变化等。
2.2“压入法”研究
洛氏硬度测试是一种以压痕塑性变形深度来确定硬度值的方法，是金属材料以及硬塑料最常用的硬度评价指标，是一种定量的评价。10款高光黑色涂料样板按照GB/T3398.2—2008进行洛氏硬度测试，结果如图1所示。
图1 高光黑色涂料样板的涂层面和基材面的洛氏硬度
由图1可见，涂层面的洛氏硬度与基材面洛氏硬度变化趋势一致，且测试值非常接近，说明高光黑色涂料涂层面的洛氏硬度基本取决于基材，由于涂层较薄（一般25~30μm），涂层对洛氏硬度的贡献无法体现。即，不适合用洛氏硬度的评价方法来评价高光黑色涂层的耐刮擦性能。
2.3“划痕法”研究
铅笔硬度测试是评价涂膜耐刮擦性能比较常用的方法，GB/T6739—2006通过在样品上推压已知硬度的铅笔，以不产生划痕的铅笔硬度值给样品耐刮擦性能定级；以标致雪铁龙集团标准D455523—2010为代表的硬度笔试验采用测试头直径0.75mm的318型硬度棒以0~20N范围内选定压力进行一次刮擦，以出现明显划痕的临界压力作为耐刮擦性能指标；以福特汽车标准FLTMBO162-01—2009为代表的五指刮擦试验，采用直径1mm的测试头在2N、3N、7N、10N、15N垂直压力下与样品做单次相对运动，通过样品划痕、变色、光泽变化等级对应的力值作为耐刮擦性能指标；以大众汽车标准PV3952—2002和通用汽车标准GMW14688—2007标准为代表的十字划格测试方法选用直径1mm的刮擦头在特定的载荷下进行横纵向刮擦形成网格划痕，通过测试网格划痕区域前后的色差变化来评价耐刮擦性能。基于刮擦方式和评价方式，以上4种测试方法可归为2类，即：（1）包括铅笔硬度、硬度笔和五指刮擦试验方法，均为单次线性刮擦，虽然试验结果进行了定量，但是对划痕的判断主观性较强；（2）十字划格试验方法，横纵交叉刮擦，定量测试刮擦面的色差。基于试验资源，本文分别选取铅笔硬度测试和十字划格试验对这两类试验方法进行了探讨。
2.3.1铅笔硬度测试
高光黑色涂料样板的涂层面和基材面的铅笔硬度测试结果，如图2所示。
图2 高光黑色涂料样板的铅笔硬度
由图2可以看出，涂层和基材的测试结果集中在F~H，但大部分样板的涂层和基材的铅笔硬度存在差异，即铅笔硬度可以反映出不同涂层的耐划痕性存在差异。
2.3.2十字划格测试
根据大众PV3952—2002测试标准，在10N的接触力下，样品表面用带机械臂的圆凿（直径1mm）划出间隔为2mm的十字格，表3给出了试验区域ΔL的测试记录结果。
表3 高光黑色涂料十字划格测试结果
由表3可见，所测高光黑色涂料涂层表面经十字划格后，试验前后色差ΔL变动幅度很小（<1%），原因分析为高光黑面本身黑度值L较小，划格后涂层表面主要为凹陷，但不会出现类似塑料的发白现象，故L变化不明显。可见，对于高光黑色涂层，采用十字划格测试方法评估测试前后色差变化不能较好地反映高光黑色涂层的耐刮擦性能水平及差异情况。
2.4“磨损法”研究
相对划痕法，磨损法更适合用来模拟和评估零件在使用中的频繁摩擦导致的长期磨损失效，表2各种方法中，摩擦介质主要有摩擦布、VELCRO带、砂纸砂轮等，以摩擦布为摩擦介质的马丁代尔摩擦已有文献介绍，本文选择以标致雪铁龙集团标准D245011—2009的VELCRO带摩擦为代表的直线往返摩擦和以日产标准NES-M0141—2012的TABER砂轮圆周往返摩擦为代表进行测试研究。
2.4.1VELCRO带摩擦测试
VELCRO带摩擦测试采用龙搭扣带在9N的荷载下对涂层进行多次往返线性磨擦，通过残余光泽或光泽变化率来判断高光涂层的耐刮擦性能。图3给出了高光黑色涂料涂层的VELCRO带摩擦测试结果。
图3 VELCRO带摩擦测试过程高光黑色涂层表面光泽
由图3可以看出，高光黑色涂料涂层表面VELCRO带试验中光泽随着循环次数的增加整体呈现比较规律的下降趋势，比较适合用来评价长期耐磨性能。
2.4.2TABER砂轮摩擦
日产标准NES-M0141—2012通过Taber磨损试验前后光泽的残余来评价表面耐刮擦性能，其中磨轮型号CS-10F，负载500g，循环次数100次，试验后高光黑色涂料样板60°光泽结果如表4所示。
表4 高光黑色涂料样板Taber砂轮摩擦后60°光泽
由表4可见，循环次数100次后，涂料样板光泽就出现断崖式下降，涂料样板残余光泽较低。图4为试验后的样品照片，可见该方法磨轮对涂料样品表面损坏程度非常大，涂层已完全破坏。即，该方法相对比较严苛，不建议用该方法对高光黑色涂料表面进行长周期耐磨性能评估。
图4 高光黑色涂料样板Taber砂轮摩擦后照片
3结语
本文概括了国内主机厂内饰零件耐刮擦性能相关的测试方法，并将其分类为“压入法”、“划痕法”和“磨损法”3类。根据高光黑色涂料样板的测试结果，推荐以铅笔硬度测试方法为代表的“划痕法”评估高光黑色涂料短期耐刮擦性能；以VELCRO带摩擦为代表的“磨损法”评估高光黑色涂料长期耐磨性能。
本文来源：2020年《涂料工业》第11期
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