新的塑料和涂料正在为汽车工程师提供丰富的室内设计选择。这些材料提供了额外功能的承诺，仅仅是装饰或乘客保护。例如，它们可以减少整体车辆重量，抵抗指纹，便于清洁，并消除对涂漆或其他昂贵的整理过程的需求。一些材料甚至可以自我治疗轻微划痕。

由于这些新材料可能是令人兴奋的，它们仍然必须满足OEM质量要求。理想情况下，新材料的机械性能与现有材料一样好或更好。然而，工程师来发现新材料的一个或多个方面的一个或多个方面并不罕见，而其他特征则更糟。例如，高度交联丙烯酸酯的UV固化的薄膜涂层对磨损具有高抗性，但具有脆性并具有高收缩率。为了进一步复杂化的物质，在不同厚度的情况下，相同的涂层通常在不同的基材上进行不同的方式。

除了外观和感觉外，工程师还必须考虑在为汽车内部应用选择新材料或涂层时考虑众多因素。先前的经验是有用的，但材料进步往往会比收集数据更快。因此，工程师必须基于可能或可能无法准确预测场性能的实验室测试的决策。当一个或多个物质性能测试与以前的材料相比，工程师必须决定他们是否愿意为新材料提供的好处牺牲性能。此外，他们的决定必须预测长期耐用性，以确保所有材料或涂料饰面都具有高度的质量和持续的车辆寿命。

不幸的是，oem可能会发现，他们目前的测试方法无法区分新材料和涂层的耐久性。或者更糟的是，工程师可能在选择了新材料或涂层后才意识到有问题。

这只是2013年福特融合发生的事情。在释放前三个月，工程师发现为窗口和门开关凸纹板选择的高光泽“钢琴”塑料不按预期执行。已经配制的塑料以提供不需要绘画的闪亮，有光泽的黑色表面。通过去除绘画步骤，福特估计它节省了50％的成本，并显着降低了环境影响。

在满足了福特现有的划痕和损伤测试标准后，这种材料获得了批准。但直到原型车由真正的驾驶员驾驶后，人们才发现这种新材料显然不具备足够的抗刮擦和磨损能力。边框位于高接触区域，指甲、戒指和钥匙都会接触到它，它没有提供预期的抗刮伤能力。

福特不得不解决这个问题——而且要快。通过福特和树脂供应商巴斯夫之间的巨大努力，开发出了一种解决方案，使福特能够在汽车上市时保持理想的“钢琴黑”外观。巴斯夫重新配制了基材，加入树脂和其他添加剂，以达到预期的性能。实现需要一种新的模塑技术——NADA创新公司的e - mold技术——快速加热和冷却树脂。福特还必须实施一个新的划痕和损坏测试程序。

实验室设置的局限性

虽然实验室测试不能完全复制真实生活中的磨损机制，但受控测试至少允许工程师接近现场条件，并以一致的标准评估材料。这种方法可以提供对材料性能的影响因素的相当深入的了解。从制造到运输到实际使用，在有很多可能发生损坏的情况下，实验室测试尤其重要。

划痕定义为沿固体表面移动的边缘或突起对固体的相对较深的穿透。损坏是指表面较细、较浅的划痕，大面积分布，损坏材料或涂层的整体外观。

在实验室的划痕测试中，一个具有确定几何形状的手写笔以已知的速度和力在样品上绘制。损伤测试可能使用一种材料，如钢棉，在更大的区域内产生损伤。无论哪种方式，目标都是确定材料在特定测试条件下的行为;建立类似材料的相对排名;或建立材料或涂层的失效极限。最终目标是模拟正常使用、处理、运输或制造过程中可能发生的损坏。

在实验室中尝试重新创建划痕损坏涉及相互关联的性质的复杂组合。测试的目的是以标准化方式预测材料的性能。然而，当工程师试图将测试过程与产品暴露在其生命期间的条件时，它们很快就实现了开发测试方法的任务既多方面又困难。实际上，可能需要一系列测试来隔离关键材料特性。

由仪器创建的划痕损坏量取决于许多变量。例如，可以基于划痕工具的几何和组成来生成不同的划痕迹线。以下每个工具产生不同的变形：1毫米球形球（硬化不锈钢或钨钢）;锥形钻石;立方角;金字塔;一个圆柱体以45度到轴;或纸夹的径向边缘。也可以通过施加到工具的负载或速度在样品表面上绘制的速度来引入变化。材料性质 - 如表面粗糙度，硬度，弹性模量，质地，晶粒，光泽度和涂层厚度 - 也可以影响划痕损伤的严重程度。

一旦确定了测试过程，生成划痕的过程就相对简单了。然而，试图评估和描述结果并不总是容易的。今天的许多塑料具有粘弹性特性，在加载过程中，塑料中的应力可能会松弛。此外，塑料在去除施加的应力后可能会出现弹性恢复，因此划痕宽度、沟槽深度、移位的材料以及损伤的严重程度可能会随着时间的推移而变化。影响划痕视觉感知的其他问题包括样品的颜色;应变美白量;划痕方向;照明和观看条件;以及观察者花多少时间观察样本。

为了最大限度地提高实验室测试的价值，调查结果和结论应与产品的实际使用相互作用。理想的解决方案是在预期用途条件下的实际使用中分析产品。不幸的是，在实际数据可用之前通常需要多年。此外，导电场测试的成本可能是令人畏惧的，并且识别影响的复杂性可能是笨重的。

没有其他数据可用时，如何工程师如何关联测试结果或确定产品可能暴露的条件？最常见的起点是考虑先前的知识。如果您正在考虑新材料，请查看有关类似现场应用程序的所有可用信息。如果没有数据，请进行受过教育的猜测。虽然新材料或涂层可能与以前的选择不同，但建立基线以比较新材料的结果将使数据更有意义。

了解各种物理性质测试的相互关系也提高了对特定材料性能的理解。该信息对于建立组件寿命的预测模型至关重要，并确定预期失效模式。请小心，因为没有型号普遍令人满意。此外，加速测试可能并不总是识别潜在问题或提供预测性能结果。为了支持所开发的任何模型，希望收集现场数据，该数据在预期的最终使用中显示实验室测试和实际性能之间的特定关系。

了解测试仪器

可获得许多仪器来评估材料对刮擦或造成的抗性。这些测试仪的结果通常不等同，因此在比较来自不同仪器的数据时必须谨慎。

纳米划痕测试仪由许多公司提供。该仪器通过恒定负载下的表面上线性移动的触控笔进行一系列刮擦测试。目标是找到涂层失败的负载。或者，可以应用渐进式负载。在这种情况下，负载逐渐增加，直到发生故障。

无论哪种方式，在故障时刻，记录正常力，切向力和声发射。这使得沿着在显微镜下观察到的故障相关的划痕的力波动。这种类型的仪器提供了在涂层和衬底的界面处的涂层内的粘性破坏和粘合性能之间进行了精确度。深度信息也可以在划痕之前和之后测量。这提供了有关测试期间塑料与弹性变形的信息。3D成像和其他选项可用于协助分析测试结果。

来自Erichsen GmbH的430P划痕硬度计允许测试单切割，平行切割和横切。在测试过程中，试件在测试尖下以恒定的速度线性传递，测试尖设置了一个特定的压力(最大40牛顿)。一个传动导轨确保测试尖端始终降低到测试面板上。测试是自动进行的，所有参数(切割速度，切割行程和横切图案)都可以使用键盘设置。每个动作序列(测试板的输送、切割定位、压力调节)由单独的步进电机驱动。

该仪器广泛应用于粘合性能的横切测试。当用作划痕测试仪时，该仪器可以测量塑料变形、亮度差异和材料去除(剥落)。

典型的设置是使用一个工具(直径1毫米)在涂过或未涂过的塑料表面上划痕一个间隔约2毫米的网格。对于未喷漆的部件，载荷是5或10牛顿，取决于部件和它的用途。对于涂漆构件，载荷通常为10牛顿。每一道划痕都是由一个方向以每分钟1000毫米的速度移动产生的。然后用色度计来测定相对于未划伤表面的色差。

该仪器还可提供使用渐变的测试力产生交联切口的选项。或者，可以使用具有圆形边缘的圆盘和7次牛顿的力来执行测试。在这种情况下，测试表面的微观结构的扁平化可以改变其光泽度。

涂层制造商使用泰伯剪切和划痕测试仪来测量材料的抗刨削，划痕，雕刻或剪切。一个精密的金刚石工具被固定在一个平衡的比例梁上。测试件被安装在一个以恒定速度旋转的转盘上。通过改变滑动砝码的位置，载荷可以从0加到1000克。该测试确定在涂层表面产生连续标记的最小负载。通过改变划痕工具在测试样品上的位置，操作者可以创建一系列圆形划痕。划痕的深度可以通过减少负载从一行减少到下一行，直到划痕不再可见或在公认的定义下是明显的。这使得识别抗划痕性的微小差异成为可能。

旋转式钢棉测试仪需要在24 psi或更高(有时大于50 psi)的负载下旋转一个1.25平方英寸的钢棉垫。垫通常以每分钟60转的速度旋转25次，造成圆形磨损或划痕。为减少差异，所有测试都应使用同一供应商的钢棉。

材料的耐刮擦性是通过在距离不小于300毫米的距离的基准样品中进行测试样品来确定。在1,000-Lux光源下观察样品。在测试透明塑料时，工程师可以测量测试前后材料的透明度差异，或者它们可以测量雾度的百分比变化（ASTM标准D-1003）。

用于汽车塑料的常用仪器是五指划痕和损伤测试仪。这个装置最初是由福特汽车公司开发的，包括一个气动驱动的雪橇和五个“手指”，这些“手指”的尖端可以是1毫米的刮痕钉或7毫米的刮痕钉。每根手指都承载着不同的重量，所以每根手指对测试表面施加一个恒定的垂直力，从0.6牛顿到25牛顿不等。在将触头放置到样品表面后，平台以每秒100毫米的速度在手指下移动，产生划痕损伤。

泰伯工业公司的线性磨擦器包含一个水平臂，以往复线性运动。附着在手臂末端的是一个“自由浮动”测试系统，在测试开始时放置在样本上。当手臂来回循环，花键轴上升或下降，因为测试附件遵循被测试的样品的轮廓。该功能允许对实际生产部件进行测试。

为了模拟真实世界的条件，可以根据材料和测试可以改变速度，行程长度和负载等参数。对于软材料，提出了1毫米直径的半球形划痕尖端。对于更硬的材料，可以使用锥形工具，例如金刚石尖端或碳化钨尖端。多-MAR附件允许工程师使用MAR和划痕工具作为平衡光束测试仪进行类似的测试，例如纸夹，循环手写笔，针尖手写笔，霍夫曼手写笔或硬币。可选配件可用于生成不同类型的划痕或MAR损坏。其中包括钢羊毛架，ScotChitchbrite Pad Kit，Crocker Kit，硬币夹，铅笔硬度套件和3毫米硼硅酸盐球架。

由于其易于使用和低成本，Crockmeter经常被用于湿法和干法磨损和磨损测试。一块50毫米见方的防滑布贴在一个直径16毫米的丙烯酸摩擦手指上。用9牛顿的向下力，手指在标本上来回移动100毫米，以引起外观的变化。用加重的毡垫或砂纸代替防滑布，手指就能模拟随机划痕的效果。

一种简单但应用广泛的涂料评价仪器是平衡木刮擦附着力和损伤测试仪。该仪器由一个可旋转的平衡光束组成，该光束配有一个支架，可使触笔与测试样品的移动方向成45度角。测试样本被固定在一个可移动的平台上，该平台以大约6.5毫米/秒的速度手动推到触控笔上，距离至少76毫米。

每次中风后，目视检查样本是否有表面损伤。如果没有观察到，则以0.5千克的增量将额外的重量添加到光束中，直到刮擦或MAR是明显的。如果在初始测试期间产生损坏，请使用较轻的重量继续测试。只需生产可见沼泽所需的重量是材料的MAR抵抗值。测试仪配有U形环形触控笔，但也可以配备针尖直径1毫米。

油漆工业中另一种常用的测量光滑表面和涂层抗划痕性的仪器是铅笔硬度计。使用恒压和不同硬度的铅笔(通常是6B到6H)，铅笔以与样品表面45度的固定角度握住，并在7.5牛顿的固定压力下将铅笔推离操作者大约10到12毫米。使用较软的铅反复进行这个测试，直到发现不会划破涂层或压痕表面。据报道，硬度等级是最硬的铅笔，它不会划伤或划伤试样的表面。

虽然该测试很快，但它没有非常好的再现性，并且铅笔制造商之间的变化可能导致测试结果不准确。另一个缺点是铅笔铅可以留下一丝石墨，这可以影响样品评估。

虽然旋转平台磨耗测试仪通常用于测定耐磨性，但它也被用于评价抗划伤性。将一个平面标本安装在一个以固定速度旋转的转盘平台上。两个磨轮在一定的载荷下落在试件上。当转台旋转时，车轮由试样沿与试样轴线相切的水平轴驱动。一个磨轮向外摩擦试件，另一个磨轮向中心摩擦试件。真空系统可以在测试过程中清除碎片。

在试件表面产生典型的摩擦磨损作用，由此产生的痕迹在覆盖30平方厘米面积的圆形带中形成交叉弧线图案。该砂轮由碳化硅或氧化铝研磨颗粒组成，嵌入在弹性或玻璃化粘合剂中，并具有不同程度的研磨性。对于塑料轮胎来说，CS-10F和CS-10是最受欢迎的，它们旨在模拟像正常处理、清洗和抛光那样的磨损行为。

尽管他们的可重复性和可重复性差，但指甲和硬币测试仍会继续雇用。在指甲试验中，指甲的背面被拖到涂层的表面上，并且目视观察到损伤程度。或者，指甲也可用于粘合试验，以确定涂层是否可以划伤。类似地，硬币MAR测试包括将硬币的边缘延伸穿过涂层板的表面，并在视觉上确定产生的损伤程度。

了解结果

材料和涂层表面以各种方式响应划伤。在聚合物中刮擦通常从弹性变形中进行，以粘弹性塑料耕作，以在凹槽边缘中裂缝形成，最后更严重的变形。今天的下一代聚合物和涂料可能具有挑战性，因为它们具有一系列机械性能，从非常柔软到易碎。对于高弹性材料，工程师应指定设置时间段以评估测试标本，因为粘弹性恢复可能导致划痕随着时间的推移而变化。

用于评估划痕测试的最常用技术包括物理观测，尺寸测量和传感器信号。最常见的方法是对可见划痕的存在（或不存在）的试样表面的视觉观察。在这种情况下，评级将是生成可见划痕或简单的通过故障决策的最小负载。

一个标准化的评分系统也被用来衡量外观的变化。在这种情况下，参考照片和相关的口头描述为均匀间隔的排名创造了基础。在报告结果时，详细描述划痕(如划痕地形、变形或颜色变化)以及放大的损伤照片可能是有用的。这种方法对评估脆性、延性、分层、剥落、表面失效模式和其他划伤特征很有用。

测量划痕的宽度或深度有助于计算划痕硬度或其他相对排名。但随着当今改进的树脂配方，必须用具有具有弹性和塑料性质的材料进行小心。对于可重复的结果，所有样本应该是在相似距离和角度观察的，在受控光源下，并且在规定的时间过后通过。

在一些情况下，可能需要更复杂的工具来测量划痕参数，例如光泽的减少，雾度增加或移除的材料量。许多纳米划痕测试仪具有允许的传感器
操作员确定何时何时到达临界条件。其他仪器测量手写笔和测试材料之间的摩擦，表示在刮擦过程中发生的能量耗散量。虽然它们可能是有限的柔软，韧性材料的用途，但声学传感器可以检测毛重骨折或涂层分层的爆发。

选择乐器

使用这么多选择模拟刮擦和损伤损坏，如何将工程师进行比较测试方法并解释测试结果以进行有意义的决策？

首先，测试数据应该是可复制的和可重复的。测试协议的主要目标应该是以相同的方式执行测试，从而允许结果进行比较。

不是所有的测试都是一样的。工程师应该选择一种与材料和他们试图评估的性能最匹配的测试方法或仪器。如果你不确定从哪里开始，可以先联系行业协会。其他信息来源包括开发测试标准的组织，如ASTM国际和ISO。还有，别忘了仪器制造商。泰伯工业公司(Taber Industries)等公司可以就如何复制划痕和损坏提供咨询和专家建议。

通常可以是测试方法的触笔角，负荷和速度
系统地改变，因此可以获得耐刮擦性的全面图像。通过测量划痕的宽度（使用诸如白光干涉仪）的宽度，可以确定材料的硬度，并且可以构造划痕硬度图以显示材料或涂层的弹性和塑料响应的指示在特定的负载和条件下。以这种方式，可以在不同的涂层和基板之间进行比较，该基板在受控环境下提供定量结果。

抗划伤和损坏不是一种独特的或孤立的材料特性;它与许多其他物理特性有关。因此，公司必须结合其他材料测试来评估结果。这包括测量耐磨性、化学物质、腐蚀性、紫外线辐射或冲击。对于聚合物，额外的考虑包括重量优势(密度)、流动性能、耐热性和尺寸稳定性。重要的是不要忽视成本影响，包括总体成本计算(价格、周期率、废品率)以及任何需要的处理更改。

公司进行实验室测试的主要原因是，确保他们生产的产品质量，将持续整个汽车的生命周期。目标是确保产品在估计寿命内保持最小的视觉外观。无论该材料或涂层是为了美观或功能性能，过早发生的表面损伤都会降低消费者对产品质量的感知。对于高光泽的表面处理，如钢琴黑部件，任何划痕或损坏问题将是高度可见的，这是由于光线在光滑的镜面表面的反射。因此，选择一个能够复制正常使用过程中可能发生的损坏类型的测试器是很重要的。

使用有意义的测试程序是必要的，以验证产品的质量，并确保您指定的表面光洁度满足客户的期望。虽然加速实验室测试不一定能确定潜在问题或提供预测性能结果，但它们可能是在相对较短的时间内生成有用数据的廉价手段。测试还为您的产品提供了创造价值的机会，它在避免材料或涂层问题方面具有不可估量的价值。

欲了解更多材料检测设备信息，请拨打800-333-5300或访问www.taberIndustries.com.．