汽車材料耐刮擦試驗(yàn)探究

　　目前汽車行業(yè)很多零件涉及熱塑性彈性體，如儀表板、保險(xiǎn)杠（封皮）、雨刮器、安全氣囊蓋、防擦條等，在方便的應(yīng)用這些彈性體材料的同時(shí)，遇到它們的耐刮擦性能不是能很好的滿足要求。

　　多功能刮擦儀：

　　符合標(biāo)準(zhǔn)：

　　GB/T 2918，GB/T 6151，GB/T 8424.3，PV3952，BMW GS97034-2，BMW GS97034-9，GMN 3943-2003，F(xiàn)LTM BN 108-13，STD1024-3113，GMW 14698-A，GMW 14688

　　適用范圍：

　　本儀器適用于各種汽車用內(nèi)飾材料，如塑料、橡膠、皮革、織物、涂層材料、非涂層材料及其他復(fù)合材料等的耐刮擦性能檢測。

　　多功能耐刮擦儀是適用各類汽車內(nèi)飾材料刮擦性能測試儀器，儀器集成國內(nèi)三個(gè)測試標(biāo)準(zhǔn)(五指刮擦法、百格法、塑料刮指刮擦法)。

　　刮擦原理：

　　本測試方法是用來測試表面材料抵抗由刮指引起傷害的能力。按照材料使用中可能接觸到的指甲或其他硬質(zhì)物，采用不同材料的刮指，按照規(guī)定的方向、行程、速度，以一定的壓力作用于樣品表面，刮擦頭和樣品做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生單向的、非往復(fù)的直線刮擦軌跡，刮痕之間保持平行。ZUI終評(píng)定材料的刮痕感官等級(jí)，刮擦區(qū)域和未刮擦區(qū)域的色差，或樣品表面遭到損壞時(shí)的ZUI小刮擦力。

　　儀器特征：

　　1. 儀器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、刮擦組件、樣品夾持固定裝置等組成。

　　2. 刮擦組件包括刮擦支架、刮指、刮指定位套、加壓裝置(砝碼及砝碼支撐桿)等。

　　3. 儀器可自由安裝、更換、拆卸不同規(guī)格的刮指，能夠在不同負(fù)荷下實(shí)施勻速單向直線刮擦運(yùn)動(dòng)。

　　4. 采用嵌入式系統(tǒng)、人機(jī)界面操作對(duì)測試流程進(jìn)行自動(dòng)化控制，采用精密的伺服電機(jī)、滾珠絲杠傳動(dòng)，對(duì)于在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)下的刮擦速度控制精確度具有決定性的作用。

　　5. 采用碳化鎢材質(zhì)做刮指，增加儀器適用壽命。

　　6. 采用鋁合金及不銹鋼材質(zhì)，外觀簡潔輕便且耐腐蝕。

　　技術(shù)參數(shù)：

　　1. 行程范圍：10-200mm;

　　2. 速度范圍：10-200mm/s;

　　3. 速度緩沖：10±1mm;

　　4. 金屬刮擦頭直徑：0.5mm、0.75mm、1mm(Erichsen318)、3mm、5mm、7mm;

　　5. 金屬刮擦頭材質(zhì)：碳化鎢;

　　6. 加壓砝碼及刮擦組件總重量：2N，3N，5N，7N，8N，10N，12N，15N，20N (可任意配選)質(zhì)量誤差不超出1%;

　　7. 塑料刮指：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA);

　　i. 直徑 16mm 厚度 1mm;

　　ii. 刮指邊緣的半徑為0.5mm;

　　iii. 硬度為shore D85。

　　8. 電源：AC220V±10%，50Hz。

　　耐刮擦測試

　　塑料制品表面有好幾種明顯損壞的方法，其中有尖銳物體的劃痕；磨料摩擦產(chǎn)生的磨損；改變表面性能或光澤的表面損傷；或者鈍化物體輕微刮擦造成的“寫入效果”。

　　根據(jù)汽巴精化的上等研究員Ashu Sharma博士的解釋，材料在壓入力和滑動(dòng)力或橫（側(cè)）向力的作用下發(fā)生屈服，產(chǎn)生延性/脆性破壞從而造成刮痕。在刮痕中，不平的表面產(chǎn)生不均勻的光散射和“刮痕發(fā)化”。

　　改善刮痕性能的解決方法包括盡可能減小聚合物底面粗糙程度和降低刮痕的胎肩，以產(chǎn)生盡可能少的光散射以及盡可能小的刮痕可見度。準(zhǔn)確地測量耐刮擦性能，弄清楚表面破壞背后的材料科學(xué)知識(shí)對(duì)于形成改善方案是重要的。

　　檢測表面損害的試驗(yàn)方法有好幾種。一種是五指刮痕試驗(yàn)（five-finger scratch test），它是在不同載荷刮擦后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比較刮痕可見度，美國的汽車OEM商們常常要求使用這種方法。

　　而歐洲的汽車行業(yè)廣泛采用的是伊利其遜十字形切口試驗(yàn)（Erichsen cross cut test），它檢測的是刮痕應(yīng)力發(fā)白發(fā)生的顏色變化。美國德克薩斯A&M 大學(xué)（TAMU）聚合物技術(shù)中心的刮痕聯(lián)盟（Scratch Consortium）已經(jīng)開發(fā)出刮痕試驗(yàn)設(shè)備和新的試驗(yàn)方法，ZUI近已得到美國材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）的批準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為D7027-5。該刮痕試驗(yàn)的測試方法所具有的較少主觀性已經(jīng)得到了汽車行業(yè)的肯定。作為聯(lián)盟會(huì)員的汽巴（Ciba）公司正為了能使這三個(gè)方法相互關(guān)聯(lián)起來而積極努力，希望這三個(gè)方法都能在短期內(nèi)得以使用。

　　提高耐刮擦的方法

　　1. 采用合適的增韌樹脂

　　在混合型TPO中，通常采用POE、EPDM、TPV（EPDM/PP）來增韌PP，彈性體的加入導(dǎo)致耐刮擦性能的下降。因此選擇合適的彈性體非常重要，通常它們之間耐刮擦性能比較是這樣的：TPV>EPDM>POE。

　　2. 采用合適的填料

　　1）滑石粉是比較常規(guī)的一種填料，要選擇合適的偶聯(lián)劑、合適的目數(shù)。

　　2）目前硅灰石的應(yīng)用已從工程塑料方面延伸至熱塑性彈性體，添加硅灰石，能改善熱塑性彈性體的耐溫性、提高壓縮變形、改善耐刮擦性能。

　　3）納米材料，如白炭黑，可以提高彈性體材料的壓縮變性、耐磨性、耐刮擦性能，但選擇一個(gè)合適的混合工藝非常關(guān)鍵。

　　3. 選擇合適的助劑

　　1）硅基添加劑

　　可采用道康寧和瓦克公司生產(chǎn)的超高分子量硅氧烷聚合物或者其母粒，目前國內(nèi)四川晨光生產(chǎn)的硅基添加劑也已經(jīng)普遍應(yīng)用。硅氧烷由于分子量高不會(huì)遷移到表面，因而產(chǎn)生非常好的、長期的耐刮擦性能。

　　2）氟添加劑（PPA）

　　目前杜邦（DuPont）和3M公司都有成熟的氟添加劑推向市場、該類添加劑無色、無味、惰性，能改善聚合物熔融流動(dòng)性及脫模性能，加快擠出速率，ZUI重要的它能改善耐刮擦性能以及耐磨性。

　　3）爽滑劑

　　如禾大公司的油酸酰胺ER、芥酸酰胺VRX，當(dāng)它們被加入進(jìn)熱塑性塑料中的時(shí)候，會(huì)遷移到聚合物產(chǎn)品的表面或起霜白化，產(chǎn)生一個(gè)臘層，減少了摩擦系數(shù)同時(shí)也降低了刮痕的可見度。缺點(diǎn)就是不是一種真正的“干爽”，不能徹底改善表面發(fā)粘現(xiàn)象。

　　4）新型非遷移性表面劑

　　汽巴在2005年開發(fā)出獨(dú)特的抗刮擦添加劑Ciba IRGASURF SR 100，只需要加入少量就能大大提高材料的抗刮擦性能。這種性能優(yōu)異的添加劑可用于保險(xiǎn)杠、儀表盤、門板等。