ASTM D7027-20 使用仪器化划痕机评估聚合物涂层和塑料耐刮擦性的标准测试方法

美国材料与试验协会（ASTM）发布的标准《ASTM D7027-20 使用仪器化划痕机评估聚合物涂层和塑料耐划痕性的标准测试方法》描述了一种实验室测试方法，该方法使用仪器化划痕机在受控条件下产生和测量表面损伤。该测试方法可以通过测量几个重要的材料参数来表征聚合物的抗划伤性。触发绘图和收集数据的过程是自动化的，以避免用户引起的影响结果的影响。

就本标准而言，除了 ASTM D883 和 ASTM E456 中给出的术语和定义外，还适用以下定义：

• ASV（自动划痕可视化）软件是一种计算机程序，它通过比较故障标准来自动识别负载测试中的故障点。当划痕槽和未损坏的材料表面之间的对比度不断变化时，ASV 软件判定失败。连续性标准定义为长度等于划痕笔直径的 2 倍的区域，其中 90% 或更多的区域超过对比度标准。划痕上对比度连续累积的最低负载点被视为故障点。该程序对于测试的视觉分析很有用，也可用于其他应用，例如划痕可见性的通过/失败标准。
• 临界法向载荷是指材料在划痕槽中首先发生失效时的法向载荷。
• 法向负荷是指以垂直向下的方向施加于划痕笔上、垂直于样品表面的负荷。
• 故障点是连接负载和划痕路径的点，在该点处表面损坏最初被认为是不可接受的。
• 摩擦系数表示切向力与法向载荷的比率。
• 划痕深度是指从划痕槽的凹槽到完整样品表面或划痕路径顶部测量的垂直距离。
• 抗划伤性是指材料抵抗因突出物的剪切压痕而产生的大变形所造成的损伤的能力，包括压缩、犁削和剪切。可以通过测量临界法向载荷、划痕深度、划痕宽度以及划痕的其他几何或视觉特征来量化抗划痕性。
• 划痕宽度是划痕槽两侧两个峰之间的水平距离。
• 划痕是由于一个或多个粗糙度或突起（或两者）沿表面滑动而引起的表面变形（位移或机械去除材料，或两者兼有）的过程。
• 切向力是作用于划痕尖端和样品之间的界面处与划痕尖端的运动方向相反的力。
• 白化是由于划痕过程导致表面变形，引起光散射而产生的现象，使划痕路径变得比完整的背景表面更亮或更白。

该测试方法使用自动划痕机对聚合物样品进行受控划痕测试。介绍了两种基本测试模式（测试模式 A 和 B）。

• 测试模式A：在 2 至 50 N 的法向载荷作用下，以 0,1 m/s ± 0,0001 m/s 的恒定划痕速度、0,1 m ± 0,0005 m 的距离对样品表面进行划痕。此测试模式旨在确定材料系统失效的临界法向载荷。如果故障点出现在测试长度的第二或第三象限，则测试 A 被视为有效。对于在此范围内不会失效的材料，可以改变负载范围以确保失效点发生在划痕路径的中间。
• 测试模式B：在0,1 N ± 0,0001 N的恒定法向载荷下，以0,1 m ± 0,0005 m的恒定划痕速度在30 m/s ± 0,1 m/s的距离对样品表面施加划痕。此测试模式旨在评估材料的载荷相关均匀响应并确定划痕摩擦系数。如果 30 N 不足以对样品造成损坏，则可以增加恒定载荷值。

可以目视检查划伤的表面，也可以使用评估工具检查表面损坏情况。对于测试模式 A，临界法向载荷由针对该特定测试确定的失效准则点决定。还可以测量划痕宽度或深度，或两者，以帮助量化抗划痕性。 ASV 软件可用于自动测量故障点的划痕可见度。

可以使用测试期间记录的切向力和法向载荷数据来计算划痕摩擦系数以表征材料特性。

对样品进行划痕测试的目的如下：

• 评估特定材料的抗划伤性
• 对不同材料的相对耐刮擦性进行排序
• 测定材料的划痕摩擦系数

由于聚合物表现出高度依赖于温度的机械性能，因此本文提供的测试标准旨在当用户在相似的测试条件下并经过相同的调节程序对相同材料和表面纹理的样品进行测试时提供可重复的结果。

由于具有粘弹性和松弛特性，一些聚合物在受到划痕和其他物理变形时能够自我修复（可恢复）。重要的是要注意瞬时（如果容易测量）和永久性划痕损坏之间的差异，并相应地比较结果以确保可重复性。考虑到永久性划痕的深度，建议留出 24 小时的时间进行粘弹性恢复。

划伤表面变白是一种严重的损伤机制，在汽车和其他注重表面美观的应用中引起了很大的关注。这种损坏是不可取的，因为它是人眼可见的。发生这种现象的临界法向载荷可作为对材料性能进行排序的标准，尤其是从美学角度来看。

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