凹痕尖端半径对刮擦阻力的影响

最近几年见证了用于表征汽车聚合物透明套的机械性能的方法的广泛发展，^1-3最终导致建立专用的ASTM标准⁴基于纳米刮擦测试仪。

该标准是从对MAR和SCRATCH评估中采用的早期方法进行的，该方法的目的是物理划痕并在视觉上检查其分配排名。尽管有用，但某些技术没有纳米刮擦测试方法的可重复性和准确性，该方法允许研究损伤形状和大小之间的关系以及外部输入（例如施加载荷，缩进器几何形状，速度等）。

MAR电阻表征了涂层抵抗光磨损造成的损害的能力。划痕和耐抗电阻之间的区别在于，MAR仅与相对细的表面划痕相关，从而恶化了涂层的外观。因此，MAR阻力可以与将其暴露于严酷的环境条件后的涂层中的光泽度保持水平直接相关。典型的条件包括盐和酸雨暴露，湿度和温度的日常和季节性波动，道路砂砾和洗车。标准的纳米划痕测试技术集中于模拟MARTYPE损伤，其中包括浅深度（通常<10 µm）和宽度小（通常<10 µm），这两者都需要小的压痕半径（通常<5 µm）到达到。

刮擦测试方法对于表征MARTYPE损坏非常有用，但也可以用于模拟车辆寿命中汽车面漆经历的其他类型的损坏。当钥匙或珠宝在整个表面上刮擦或由于颗粒的巨大冲击（从路上的砾石）刮擦时，可能会发生这种类型的损害，这两者都会造成大规模损坏，无论油漆颜色和光线如何等级。需要较大尺寸的球形凹痕尖端和较高的施加载荷才能模拟更大的规模损伤。

本文通过更改尖端半径并检查了测量信号的结果差异以及对聚合物涂层的物理损伤的影响，尤其是在涂层裂缝的关键点上，讨论了凹痕尖端半径对刮擦抗性的影响。众所周知的事实是，临界点可以依赖温度，划痕速度，变形（应变）和变形历史记录。凹痕尖端会产生其接触周围菌株和应力的复杂分布，该分布直接受到尖端的形状和大小以及聚合物的流变特性的影响。

ASTM D7187

ASTM D7187将断裂的发作描述为切向力，正常力和穿透深度开始不受控制地波动的点，这通常也称为关键故障负载（LC1）。但是，由于特定的配方和断裂启动的方式，确定某些聚合物面漆的确切骨折点是一项艰巨的任务。观察在测试后扫描阶段测量的正常载荷是“放大”这种从塑性变形到断裂的过渡的一种方法。

扫描后包括沿着划痕的轨道以非常低的负载来运行凹痕，以确定刮擦测试后剩余的残留深度。即使没有观察到深度信号的明显过渡，这种称为FNP的正常负载信号也可以用作断裂的良好指示。图1说明了在汽车聚合物顶涂层上进行的渐进式负载刮擦，其中FNP信号是涂层断裂的良好指标。

图1。纳米刮擦测试仪在Gen III汽车聚合物顶涂层上进行渐进载荷划痕（0.1 - 15 mn）的结果，显示了渗透深度（PD），残留深度（RD）和扫描后（FNP）信号期间的正常载荷。骨折（LC1）的发作清晰可见（此处显示为虚线），并与骨折点周围划痕显示的光学显微照片完全对应。

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