耐磨和耐划伤的理解和区别

1.耐磨耐划伤测试原理

对材料进行涂装时，装饰作用固然很重要，但是更多的涂装为了对材料进行表面的防护，在对材料的防护功能当中，非常重要的一个防护便是抵御外界的摩擦和划伤。因为一旦涂膜被磨损或者划伤，一方面涂膜对于材料的防护作用被削弱，另一方面涂膜对于材料的装饰作用被破坏。因而涂膜的耐磨和耐划伤性能是涂料设计和涂装追求当中的重要指标，也是涂膜机械性能当中的重要项目。其中涂膜的耐磨和耐溶剂擦拭性能测试原理图如图6—42所示。

图6—42　涂膜耐磨和耐溶剂擦拭测试原理图

如图6—42所示，其中测试样板随着设备的传动，在一定的长度范围内来回运动，而在样品涂膜固定面积上承载一定重量的压力，通常在涂膜的受压接触面如无尘布、纸带（有时浸润设定溶剂），或其他材料上进行耐磨测试。

2.耐磨/耐划伤相关性能问题

1）耐磨测试失败

涂膜通常处于材料的最表层，当材料需要经常与其他物体接触时，都会对涂膜提出耐磨的要求。例如手机外壳、电脑键盘等表面涂料，尤其需要耐磨性能。这些耐磨测试都将对应相应的测试仪器和测试条件，其中常见的耐磨测试仪器如图6—43所示。

图6—43　涂膜耐磨测试仪器实例图

（1）问题描述

对涂膜进行耐磨测试的时候，如RCA纸带耐磨测试［如图6—43（a）］，在指定的压力和摩擦次数下，未能达到涂膜不透底的检测要求，判定为耐磨测试失败，如图6—44所示。或选用旋转摩擦橡胶轮法对涂膜耐磨次数进行测试，［如图6—43（b）］测试结果未能达到指定测试次数涂膜就完全破坏。

图6—44　涂膜RCA纸带耐磨测试失败图

图6—44中，测试涂膜部位的右顶点处出现了明显的露底，我们评价该涂膜的RCA纸带耐磨测试不合格。

（2）原因分析

涂膜进行耐磨测试时，有两个过程，一是涂膜表面被摩擦牺牲，然后是涂膜内层逐步被磨掉的过程。因而涂膜耐磨测试不能通过的直接原因有两个方面。

① 涂膜表面爽滑，耐磨性不够，通常为了提高涂膜的耐磨性，会在涂料中加入一些表面爽滑和抗划伤助剂。而如果这些助剂没有达成涂膜表面的耐磨抗刮效果，则很容易造成测试要求的耐磨性不够的问题。

② 当测试过程已经通过了表层，涂膜自身结构呈现的耐磨性就将决定这一阶段涂膜的耐磨性能。如果涂膜自身结构并不具备所需的耐磨等级，最终必将造成涂膜的耐磨测试的失败。

（3）解决方案

要彻底解决涂膜的耐磨性能问题，使之能够达到要求，最根本最有效的方法是选用耐磨性较好的树脂，例如将丙烯酸类涂料换成聚氨酯类产品，其他性能相似的情况下，聚氨酯结构更为耐磨。或者通过添加一些功能材料，如纳米增强材料，以提升涂膜内部的结构致密性，进而提升涂膜的耐磨性。

而迅速有效的解决涂膜耐磨性的方式是通过添加表面助剂，提升涂膜表面的爽滑，降低涂膜与检测磨料之间的摩擦系数来降低磨损程度和效率，进而提升涂膜的耐磨性。其中可选择加入爽滑的PE蜡，PTFE抗划伤蜡以及其他爽滑、抗刮的有机硅材料。

2）耐划伤测试失败

耐划伤是涂膜保持装饰性的重要指标，因而对于高光或其他装饰的涂膜通常会提出明确的耐划伤要求。例如汽车内饰件通常都会要求涂料具有一定的耐划伤的性能。

（1）问题描述

涂膜对于高装饰要求的材料进行涂装时，涂膜的耐划伤性能会被提出来，例如要求划环的负荷在50 g ～ 500 kg内的某一负荷，以10 mm/s的速度，划过5 ～ 10 mm，根据划伤程度（无变化、塑性变形、表面瑕疵、表面划痕、内聚裂痕等）判定1 ～ 10的涂膜划伤等级，涂膜划伤测试示意图如图6—45所示。无论是负荷大小，还是划伤等级有没有达到标准要求，都呈现为耐划伤测试失败。

图6—45　耐划伤测试原理示意图(www.xing528.com)

（2）原因分析

用于耐划伤测试的划环是硬度较高的金属材料，测试划伤性能主要是依靠负荷大小以及划伤等级来确定。而出现划伤显然主要与涂膜表面摩擦系数以及表面材料结构与性能相关。如果材料表面未能形成致密且光滑的涂膜，通常划伤是极为容易的。但是如果涂膜自身的结构不能支撑一定负荷的压力，则即便涂膜表面能够足够爽滑，也容易引起涂膜被划伤甚至容易出现跨级别的表面划伤现象。

（3）解决方案

涂膜表面耐划伤的性能，最为根本的是涂膜表面硬度与韧性兼具，而且表面足够爽滑才能有较好的耐划伤性能。

而提高耐划伤性能的途径通常有两种。

① 提高涂料自身的交联密度，提高涂膜硬度，同时使得涂膜表面致密，表面更为爽滑，同时我们还可以在涂料配方当中加入改善表面耐划伤性能的助剂，例如有机硅和PTFE蜡等物质，提高涂膜表面耐划伤和修复能力。

② 选用自身具有较高耐磨性能的树脂作为成膜物质，例如同样硬度时，有机硅材料就远比聚氨酯材料有更好的耐划伤性，丙烯酸材料则比聚氨酯材料的耐划伤性更差。

3）抗石击测试失败

当涂料用于接触石击部件的材料的防护时，涂膜在指定基材上进行涂装，干燥养护之后，需要进行抗石击测试，以明确涂膜在模拟自然石击当中的抗性如何。如汽车底盘、轮毂等用漆就需要进行抗石击测试。

（1）问题描述

对特定基材进行涂装，并按照标准要求进行涂膜的干燥和养护后，根据涂膜实际当中使用环境，选定特定的石击测试，最终呈现出来的石击脱落的最大面积或者总体面积超出标准要求范围，这种状况称为抗石击测试失败。

如图6—46所示，抗石击测试仪当中，选用的石屑种类以及石击速率的调节是抗石击测试内容的关键指标。

图6—46　抗石击测试仪器

（2）原因分析

抗石击测试是一个模拟自然砂石撞击的测试，砂石有圆角、尖角，有大小冲击力，通常按照基材使用过程中的情况进行模拟相对速度冲击。涂膜在这方面不能通过的原因有以下几项。

① 涂膜韧性不够，使得涂膜在遭受石击时容易出现爆裂的现象，在石击当中破落面积与涂膜韧性的关系最大。

② 涂膜的耐磨或爽滑性不足，石击一方面是力量冲击，另一方面是对涂膜表面的摩擦，当涂膜的耐磨和爽滑不足时，容易造成涂膜诸多部位出现划伤和剥落的现象。

③ 涂膜的基材或者涂膜之间的附着力不足，理论上当涂膜附着力足够强时，遭受石击会出现涂膜开裂的现象，但不一定会出现剥落现象。

（3）解决方案

涂膜的抗石击性能测试的失败，意味着涂膜综合性能不能达到模拟测试的要求，要改善抗石击的性能，不但需要从涂料配方设计上做出调整，更是需要对每一层涂膜以及施工工艺做出调整，以确保最终涂膜抗石击性能能够满足测试及实际需求。其中可进行的调整方案有以下两种。

① 通过涂料的配方设计，在保证涂料的硬度的同时，提升涂料的韧性，另外增加涂料表面的爽滑和耐磨性能。

② 在多层涂料配合涂膜的设计上，要注意每一层涂料之间的附着力，更要针对多层涂料涂装施工以及干燥工艺做出有效的工艺设计，确保每一层涂料的设计性能都能完整地实现的同时，还能通过各涂膜之间的协同作用，提升涂膜的综合性能，以提高综合涂膜的抗石击性能。