第50卷第11期 2020年11月
涂料工业
PAINT&COATINGS INDUSTRY
Vol.50 No. 11
Nov.2020
汽车内饰高光黑涂料耐刮擦试验方法研究
刘洲，郭文博，胡玉洁，付丹
(东风汽车集团有限公司技术中心，武汉430058)
摘要：喷涂高光黑涂料是汽车内饰零件实现高光黑效果的常用途径，但其一直存在长期不 耐磨和短期不耐刮的市场抱怨。为了获取合适的评价内饰零件表面高光黑涂料耐刮擦性试验方 法，本文首先概括了国内汽车厂的内饰零件耐刮擦试验方法，然后重点探讨了部分代表性试验方法 用来评价内饰高光黑涂料表面耐刮擦性能的合适性。通过研究分析，本文将耐刮擦试验方法归类 为“压人法”、“划痕法”和“磨
损法”三类。推荐以铅笔硬度测试方法为代表的“划痕法”评估高光黑 涂料短期耐刮擦性能，和以V E L C R O带摩擦为代表的“磨损法”评估高光黑涂料长期耐磨性能。
关键词：汽车内饰；高光黑；涂料；耐刮擦；试验方法
中图分类号:TQ630. 7+2 文献标识码：A文章编号：0253-4312(2020) 11-0067-05
doi：10. 12020/j.issn.0253-4312. 2020. 11.67
Study on Scratch Resistance Test Methods for High-gloss Black
Coatings for Automotive Interiors
Liu Z h o u,G u o W e n b o,H u Y u j i e,F u D a n
(D ongfeng M otor Corporation Technical C en ter,W uhan430058, C h in a)
A b s t r a c t：T h e high gloss black paint for automotive interiors is a c o m m o n w a y to achieve the high-gloss black visual effect,but has b e e n always c o m p l a i n e d b y the c u s t o m s for its po o r scratch resistant p e r f o r m a n c e.In order to obtain suitable test m e t h o d s to evaluate th
e scratch resistance of high gloss black paint o n automotive interior parts,this article revie w e d the evaluation m e t h o d s for interior scratch resistant p e r f o r m a n c e in automobile factories at h o m e firstly,then focused o n the suitability of s o m e representative test m e t h o d s to evaluate the scratch resistance of high-gloss black coatings for automotive interiors.In this p a p e r,the scratch resistance test m e t h o d w a s classified into three categories：press-in m e t h o d,scratch m e t h o d,a n d abrasion m e t h o d.Fo r high-gloss black coatings,pencil hard n e s s test m e t h o d,as    a representative scratch m e t h o d,w a s r e c o m m e n d e d to evaluate the short-term scratch resistance, while as a representative of abrasion m e t h o d,a n d the V E L C R O abrasion m e t h o d w a s suitable to evaluate the long-t e r m scratch resistance.
K e y w o r d s：automotive interiors;high-gloss black visual effect;coatings;scratch resistant p e r f o r m a n c e;test m e t h o d s
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
作者简介：刘洲（ 1988—)，男，工程师，主要从事内饰零件材料开发研究。
覆了高光黑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）对零件表面的侵人，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，专门评价高光黑涂膜耐刮擦性能的测试方法还比较少m。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涂料耐刮擦性的 方法。
1实验部分
1.1样品信息
汽车空气干燥器本文选取了 10款高光黑涂料试验样板（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高光黑涂料试验样板信息
Table 1High-glossy black coating samples
固化类型U V固化U V固化U V固化热固化热固化热固化热固化热固化热固化热固化工序2涂1涂1涂1涂1烤1涂1烤1涂1烤2涂1烤2涂1烤2涂2烤2涂2烤基材种类P C/A B S A B S P C/A B S P C/A B S P C/A B S A B S P C/A B S A B S P C/A B S A B S
成膜物类型丙烯酸
树脂类
丙烯酸
树脂类
丙烯酸
树脂类
聚氨酯
树脂类
聚氨酯
树脂类
聚氨酯
树脂类
聚氨酯
树脂类
聚氨酯
树脂类
聚氨酯
威瑞树脂类
聚氨酯
树脂类
1.2主要设备仪器
便携式三角度光泽度计：B Y K-4563，德国B Y K公 司；台式分光差仪：Color-Eye7000A，美国x-rite公 司；往复式磨耗仪:T A B E R5900，美国T A B E R公司；电动十字划格仪:430P型，德国Eridien公司；T A B E R磨 耗仪:A B_ 101，日本T E S T E R S A N G Y0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。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“压人法”，用尖锐
表2国内汽车厂内饰零件耐刮擦试验方法
Table 2 Summary on scratch resistant test methods of domestic automobile factories 注：表中“V”表示行业或者各汽车厂采用的耐刮擦相关实验标
准
福特内饰
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F L T M  B 0 162-01—2009为代 表的五指刮擦试验，采用直径1 m m 的测试头在2 N 、 3 N 、7 N 、10 N 、15 N 垂直压力下与样品做单次相对运 动，通过样品划痕、变、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P V  3952— 2002和通用汽车标准G M W  14688—2007标准为代表 的十字划格测试方法选用直径1 m m 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，S 卩：（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。
H
IT
1# 2*
3# 4*
5* 6*
7#
8#
9# 10#
样板编T
口 一涂层；口 一基材
图2
高光黑涂料样板的铅笔硬度
Fig. 2 Pencil hardness of the painting surface and substrate sur­
鄂h
face for the high glossy black coating samples
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PV  3952—2002测试标准，在10 N 的接 触力下，样品表面用带机械臂的圆凿（直径1 m m )划 出间隔为2 mm 的十字格，表3给出了试验区域AL 的
物体的侵人来测试表面硬度，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 价指标包括差、灰度等级变化、质量损失、光泽变 化等12丨。
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 涂料样板按照G B /T  3398. 2—2008进行洛氏硬度测 试，结果如图1所示。
■-----涂层；.-----基材
图1高光黑涂料样板的涂层面和基材面的洛氏硬度
Fig. 1 Rockwell hardness of painting surface and substrate sur­face for the high-glossy black coating samples
由图l 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 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25〜30 (x m )，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，G B /T  6739—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D 45 5523— 2010为代表的硬度笔试验采用测试头直径0. 75 m m  的318型硬度棒以0~20 N 范围内选定压力进行一次
F
J
表3高光黑涂料十字划格测试结果
Table 3 Cross hatch test results of the high-glossy black coating samples
项目
1#2#3*r 5*6*r 8#9#10#初始L
23.2023. 3324.5423.5422. 9522. 8922. 8722. 9622.4622.48试验后A L -0. 030. 06-0. 050. 180.030.090.040. 170. 080. 05变化率/%0. 13
0. 25
0.20
0. 77
0. 13
0.39
0. 17
0. 74
0. 36
0. 22
测试记录结果。
由表3可见，所测高光黑涂料涂层表面经十 字划格后，试验前后差A i 变动幅度很小 原因分析为高光黑面本身黑度值/>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A 变化不明显m 。可见，对于高光黑涂层， 采用十字划格测试方法评估测试前后差变化不 能较好地反映高光黑涂层的耐刮擦性能水平及 差异情况。
2.4 “磨损法”研究
交通违章查询实用查询相对划痕法，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、V E L C R O 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131，本文选择以标致雪铁龙集团标准D 24 5011—2009的V E L C R O 带摩擦为代表的直线往返摩 擦和以日产标准N E S -M 0141—2012的T A B E R 砂轮 圆周往返摩擦为代表进行测试研究。2. 4. 1 V E L C R O 带摩擦测试
V E L C R O 带摩擦测试采用龙搭扣带在9 N 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 给出了高光黑涂料涂层的V  E  L C  R  0带摩擦测试 结果。
循环次数/次
_□-----1#； -〇-----2#； -A -----3#； -v -----4#； -〇- —5#；
-<\—
6#； -t >—T ； -0——8#; 9#; -〇—10#
图3 VELCRO 带摩擦测试过程高光黑涂层表面光泽 Fig. 3
VELCRO test results of the high-glossy black coating samples
由图3可以看出，高光黑涂料涂层表面
V E L C R O 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. 2 T A B E R 砂轮摩擦
日产标准N E S -M 0141—2012通过T a b e r 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C S -10F ，负载500g ，循环次数100次，试验后高光黑涂料样板60°光泽结果如表4 所示。
郑州日产锐骐多功能车
表4
高光黑涂料样板Taber 砂轮摩擦后60°光泽
Table 4 Gloss residual (60°) of the high-glossy black coating samples after the Taber tests
初始光泽92. 39392. 392.790.491.388.488.489.289.2试验后光泽42.649.441.911.325. 122.92723.322.626.2光泽残余率/%
46. 20
52. 90
45.40
12. 20
27. 80
25. 10
30. 50
26. 40
25. 30
29.40
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涂料表面 进行长周期耐磨性能评估。
非磨损区
砂轮磨损区
图4
高光黑涂料样板Taber 砂轮摩擦后照片
Fig. 4 Photo of the high-glossy black coating samples after the Taber tests
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“压人法”、“划痕法”和 “磨损法”3类。根据高光黑涂料样板的测试结 果，推荐以铅笔硬度测试方法为代表的“划痕法”评 估高光黑涂料短期耐刮擦性能；以V E L C R O 带摩 擦为代表的“磨损法”评估高光黑涂料长期耐磨 性能。
参考文献
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广州化学，2014,39( 3): 68-72.
[2] 胡志巍，梁冰.浅析塑枓的耐刮擦性测试与性能影响及
刮擦分类[J 】.大众汽车，2015,21(3): 15-19.
[3 ]胡迪航，张菊香.U V 固化涂料在汽车内饰上的应用及常
见失效原因分析[J ].涂料工业，2017,47(2):53-57.
收稿日期2020-09-30(修改稿）
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