ASTM D7027-20 使用儀器化刮痕機評估聚合物塗層和塑膠耐刮擦性的標準測試方法

美國材料與試驗協會（ASTM）發布的標準《ASTM D7027-20 使用儀器化划痕機評估聚合物塗層和塑料耐划痕性的標準測試方法》描述了一種實驗室測試方法，該方法使用儀器化划痕機在受控條件下產生和測量表面損傷。此測試方法可以透過測量幾個重要的材料參數來表徵聚合物的抗刮性。觸發繪圖和收集資料的過程是自動化的，以避免使用者引起的影響結果的影響。

就本標準而言，除了 ASTM D883 和 ASTM E456 中給出的術語和定義外，還適用以下定義：

• ASV（自動刮痕可視化）軟體是一種電腦程序，它透過比較故障標準來自動識別負載測試中的故障點。當刮痕槽和未損壞的材質表面之間的對比度不斷變化時，ASV 軟體判定失敗。連續性標準定義為長度等於刮痕筆直徑的 2 倍的區域，其中 90% 或更多的區域超過對比標準。刮痕上對比度連續累積的最低負載點被視為故障點。該程序對於測試的視覺分析很有用，也可用於其他應用，例如划痕可見性的通過/失敗標準。
• 臨界法向載重是指材料在刮痕槽中先發生失效時的法向載重。
• 法向負荷是指以垂直向下的方向施加於刮痕筆上、垂直於樣品表面的負荷。
• 故障點是連接負載和刮痕路徑的點，在該點表面損壞最初被認為是不可接受的。
• 摩擦係數表示切向力與法向載重的比率。
• 刮痕深度是指從刮痕槽的凹槽到完整樣品表面或刮痕路徑頂部測量的垂直距離。
• 抗刮性是指材料抵抗因突出物的剪切壓痕而產生的大變形所造成的損傷的能力，包括壓縮、犁削和剪切。可以透過測量臨界法向載荷、划痕深度、划痕寬度以及划痕的其他幾何或視覺特徵來量化抗划痕性。
• 划痕寬度是划痕槽兩側兩個峰值之間的水平距離。
• 刮痕是由於一個或多個粗糙度或突起（或兩者）沿著表面滑動而引起的表面變形（位移或機械去除材料，或兩者兼有）的過程。
• 切向力是作用於刮痕尖端和樣品之間的界面處與刮痕尖端的運動方向相反的力。
• 白化是由於刮痕過程導致表面變形，造成光散射而產生的現象，使刮痕路徑比完整的背景表面更亮或更白。

此測試方法使用自動刮痕機對聚合物樣品進行受控刮痕測試。介紹了兩種基本測試模式（測試模式 A 和 B）。

• 測試模式A：在 2 至 50 N 的法向載荷作用下，以 0,1 m/s ± 0,0001 m/s 的恆定划痕速度、0,1 m ± 0,0005 m 的距離對樣品表面進行划痕。此測試模式旨在確定材料系統失效的臨界法向載荷。如果故障點出現在測試長度的第二或第三象限，則測試 A 被視為有效。對於在此範圍內不會失效的材料，可以改變負載範圍以確保失效點發生在刮痕路徑的中間。
• 測試模式B：在0,1 N ± 0,0001 N的恆定法向載荷下，以0,1 m ± 0,0005 m的恆定划痕速度在30 m/s ± 0,1 m/s的距離對樣品表面施加划痕。此測試模式旨在評估材料的負載相關均勻響應並確定划痕摩擦係數。如果 30 N 不足以對樣品造成損壞，則可以增加恆定負荷值。

可以目視檢查刮傷的表面，也可以使用評估工具檢查表面損壞情況。對於測試模式 A，臨界法向載重由針對該特定測試所確定的失效準則點決定。還可以測量划痕寬度或深度，或兩者，以幫助量化抗划痕性。 ASV 軟體可用於自動測量故障點的刮痕可見度。

可以使用測試期間記錄的切向力和法向載荷數據來計算划痕摩擦係數以表徵材料特性。

對樣品進行刮痕測試的目的如下：

• 評估特定材料的抗刮性
• 對不同材料的相對耐刮擦性進行排序
• 測定材料的划痕摩擦係數

由於聚合物表現出高度依賴溫度的機械性能，因此本文提供的測試標準旨在當使用者在相似的測試條件下並經過相同的調節程序對相同材料和表面紋理的樣品進行測試時提供可重複的結果。

由於具有黏彈性和鬆弛特性，一些聚合物在受到刮痕和其他物理變形時能夠自我修復（可恢復）。重要的是要注意瞬時（如果容易測量）和永久性刮痕損壞之間的差異，並相應地比較結果以確保可重複性。考慮到永久性刮痕的深度，建議留出 24 小時的時間進行黏彈性恢復。

刮傷表面變白是一種嚴重的損傷機制，在汽車和其他注重表面美觀的應用中引起了極大的關注。這種損壞是不可取的，因為它是人眼可見的。發生這種現象的臨界法向載荷可作為對材料性能進行排序的標準，尤其是從美學角度來看。

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