2023塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估

塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估目次目次 I前言 II引言 III1范圍 12規(guī)范性用文件 13術(shù)語和義 14原理 45設(shè)備 45.1總體求 45.2刮頭 4力傳器和位傳感器 5試驗(yàn)載 5試驗(yàn)度 5試樣架 56試樣 56.1通則 5試樣狀和尺寸 5試樣備 5狀態(tài)節(jié) 6試樣量 67試驗(yàn)步驟 6試驗(yàn)境 6試驗(yàn)備 67.3測試 78結(jié)果分析 7劃痕度和耐值的計(jì)算 7單次傷試驗(yàn)（SD）結(jié)分析 8多次傷試驗(yàn)（MD）結(jié)分析 99結(jié)果表示 9單次傷試驗(yàn) 10多次傷試驗(yàn) 1010試驗(yàn)報(bào)告 10附錄A（資料性結(jié)構(gòu)號對一覽表 12附錄B（料性）三維顏模型 14附錄C（料性）劃痕損和劃痕見性量估示例 15參考文獻(xiàn) 18I引言GB/T41878—2022通常所說的劃痕（scratch）包括了擦痕（mar）III塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估范圍本文件規(guī)定了采用三維顏色模型的三個(gè)顏色坐標(biāo)值定量評估塑料劃痕損傷和劃痕可見性的方法以及試樣的最佳尺寸和刮頭的最佳幾何形狀。本文件適用于表面涂覆和未涂覆的熱塑性模塑材料和熱固性模塑材料。T230.1第1（T230.1—2018SO650-1201，MOD）GB/T2918塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（GB/T2918—2018，ISO291：2008，MOD）GB/T17037.1塑料熱塑性塑料材料注塑試樣的制備第1部分：一般原理及多用途試樣和長條形試樣的制備（GB/T17037.1—2019，ISO294-1：2017，MOD)GB/T17037.2塑料熱塑性塑料材料注塑試樣的制備第2部分：小拉伸試樣（GB/T17037.2—2020，ISO294-2：2018，MOD）GB/T17037.3塑料熱塑性塑料材料注塑試樣的制備第3部分：小方試片（GB/T17037.3—2003，ISO294-3：2002，IDT）GB/T17037.5塑料熱塑性塑料材料注塑試樣的制備第5部分：各向異性評估用標(biāo)準(zhǔn)試樣的制備（GB/T17037.5—2020，ISO294-5：2017，MOD）GB/T37426塑料試樣（GB/T37426—2019，ISO20753：2018，MOD）GB/T41878塑料劃痕性能的測定（GB/T41878—2022，ISO19252：2008，MOD）ISO10724-1（PMCs）注塑試樣的制備第1途試樣的制備（Plastics—Injectionmouldingoftestspecimensofthermosettingpowdermouldingcompounds(PMCs)—Part1:Generalprinciplesandmouldingofmultipurposetestspecimens）術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1劃痕scratch注：定義中的“表面”指宏觀尺度而非微觀尺度的表面。13.2法向力normalforce試驗(yàn)載荷testloadFn試驗(yàn)過程中，刮頭垂直施加于試樣表面的力。注：以牛頓（N）為單位。3.3切向力tangentialforceFt試驗(yàn)過程中，刮頭和試樣之間水平方向的相互作用力。注：以牛頓（N）為單位。3.4劃痕軌跡scratchpath刮頭在試樣表面形成的劃痕路徑。3.5白化whitening試樣表面沿著劃痕軌跡出現(xiàn)的可目測的損傷，例如：微裂紋、銀紋、空洞和剝離。3.6單次損傷single-damageSD刮頭沿著單一方向在試樣表面形成的劃痕。3.7多次損傷multiple-damageMD刮頭沿著兩個(gè)相互垂直方向在試樣表面形成的網(wǎng)格狀劃痕。3.8劃痕力scratchforceFs施加在試樣表面的合力，是法向力和切向力的矢量之和。注1：以牛頓（N）為單位。注2：此處劃痕力（scratchforce）不同于GB/T41878-2022。23.9劃痕強(qiáng)度scratchstrengthSs3.10耐劃值scratchresistanceRs線接觸刮頭單位接觸長度的劃痕力。注：以牛頓每毫米（N/mm）為單位。3.11劃痕損傷度degreeofscratchdamageΔD試樣表面劃痕區(qū)域和空白區(qū)域顏色坐標(biāo)值的歐幾里德距離。3.12亮度百分比差percentdifferenceinluminanceLnorm試樣表面劃痕區(qū)域和空白區(qū)域亮度值的相差百分比。3.13劃痕損傷指數(shù)scratchdamageindexSDI [ΔD，Ss（Rs）]或[Lnorm，Ss（Rs）]（（3.14臨界強(qiáng)度值criticalintensityvalueIc劃痕可見起始位置對應(yīng)的強(qiáng)度值。注：HSI顏色坐標(biāo)中的強(qiáng)度值，見附錄B。3.15臨界飽和度值criticalsaturationvalueSc3劃痕可見起始位置對應(yīng)的飽和度值。注：HSI顏色坐標(biāo)中的飽和度值，見附錄B。3.16劃痕可見性指數(shù)scratchvisibilityindexSVI [Ic，Sc，Rs]線性增長載荷條件下獲得的定量值，是臨界強(qiáng)度值、臨界飽和度值和耐劃值的集合。原理（SVI），設(shè)備總體要求5.2～5.6刮頭刮頭材料應(yīng)為不銹鋼或碳化鎢。刮頭洛氏硬度不應(yīng)低于64HRC，滿足GB/T230.1的要求。表面粗糙度應(yīng)小于0.20μm，滿足GB/T41878的要求。本文件優(yōu)先使用兩種特定幾何形狀的刮頭：面接觸刮頭（類型1）（見圖1）和線接觸刮頭（類型2）（見圖2）。也可以使用其他幾何形狀的刮頭，但應(yīng)在報(bào)告中注明。單位為毫米圖1面接觸刮頭（類型1）示意圖4單位為毫米圖2線接觸刮頭（類型2）示意圖±1μm試驗(yàn)荷載劃痕儀試驗(yàn)載荷的誤差應(yīng)在±1%范圍內(nèi)，垂直施加于試樣表面時(shí)，其角度的誤差應(yīng)在±1°范圍內(nèi)。試驗(yàn)速度劃痕儀試驗(yàn)速度的誤差應(yīng)在±1%范圍內(nèi)，但不包括劃痕兩端各10mm的距離。試驗(yàn)速度應(yīng)在劃痕起始端10mm內(nèi)達(dá)到設(shè)定值，并在劃痕終止端10mm內(nèi)開始下降，劃痕終點(diǎn)時(shí)歸零。試樣支架試樣支架應(yīng)平整、光滑，試樣固定區(qū)域應(yīng)無孔洞。試樣通則試樣表面應(yīng)平整，紋理和顏色應(yīng)均勻。長條狀樣品、板材、圓盤狀或其他形狀的樣品均能作為試樣。僅單次損傷試驗(yàn)時(shí)，采用GB/T37426規(guī)定的多用途試樣。當(dāng)劃痕長度為100mm時(shí)，試樣長度宜不小于150mm，以便有足夠的夾持區(qū)域。同時(shí)進(jìn)行單次損傷試驗(yàn)和多次損傷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用注塑試樣。宜采用寬度和長度均不小于150mm的板材。試樣制備GB/T17037.1GB/T17037.2GB/T17037.3、GB/T17037.5ISO10724-15狀態(tài)調(diào)節(jié)除非另有規(guī)定，試樣應(yīng)按GB/T2918規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，溫度為（23±2）℃，相對濕度為（50±10）%。試樣數(shù)量為了評估試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性，每組試驗(yàn)條件應(yīng)不少于5塊試樣。試驗(yàn)步驟試驗(yàn)環(huán)境30。試驗(yàn)準(zhǔn)備每個(gè)試樣測試前，用顯微鏡、放大鏡或其他適宜的設(shè)備檢查刮頭表面有無破損、變形或污染。A（）應(yīng)使用5.2給出的面接觸刮頭（類型1）或線接觸刮頭（類型2）。為了測定劃痕損傷，劃痕長度宜選擇100mm，試驗(yàn)條件宜選擇表1中列出的試驗(yàn)載荷和試驗(yàn)速度的一種組合?？蛇x擇非100mm的劃痕長度，但應(yīng)在報(bào)告中注明，且劃痕長度應(yīng)不小于50mm。雖然本文件列出的恒定荷載為10N，20N，30N，40N和50N，但可采用其他的恒定載荷，應(yīng)在報(bào)告中注明。表1恒定載荷類型及試驗(yàn)條件載荷類型試驗(yàn)載荷試驗(yàn)速度恒定載荷10N，20N，30N，40N，50N1mm/s，10mm/s，100mm/sB（）應(yīng)使用5.2給出的線接觸刮頭（類型2）。為了測定劃痕可見度，劃痕長度宜選擇100mm，試驗(yàn)條件宜選擇表2中列出的試驗(yàn)載荷和試驗(yàn)速度的一種組合?？蛇x擇非100mm的劃痕長度，但應(yīng)在報(bào)告中注明，且劃痕長度應(yīng)不小于50mm。雖然本文件列出的線性增長載荷為1N-10N，1N-20N，1N-30N，1N-40N和1N-50N，但可采用其他的線性增長載荷，應(yīng)在報(bào)告中注明。表2線性增長載荷類型及試驗(yàn)條件載荷類型試驗(yàn)載荷試驗(yàn)速度線性增長載荷1N-10N，1N-20N，1N-30N，1N-40N，1N-50N1mm/s，10mm/s，100mm/s6測試總則（3）。a）單次損傷 次損傷圖3兩種不同劃痕損傷示意圖（A或方法（1按7.3.22mm。152mm90°。結(jié)果分析7Ss/A （2）/l （3）式中：A——面接觸刮頭的面積，單位為平方毫米（mm2）；l——線接觸刮頭的長度，單位為毫米（mm）。（SD）結(jié)果分析使用平板掃描儀可獲得劃痕損傷的數(shù)字圖像。為了定量分析劃痕損傷，數(shù)字圖像分辨率應(yīng)不低于600×600dpi，并采用24位彩色模式。平板掃描儀顏色校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)同時(shí)使用校色儀、掃描儀校色卡和校色軟件，將獲得的新掃描儀配置文件（特征曲線ICC）嵌入掃描軟件。使用顏色分析軟件分析數(shù)字圖像。顏色分析軟件能夠利用三維色空間（如HSI顏色模型）獲得顏色坐標(biāo)值。用劃痕寬度%（3）。五次痕試驗(yàn)后，依據(jù)所有劃痕每列像素顏色坐標(biāo)值的平均值計(jì)算單個(gè)顏色坐標(biāo)值的總體平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（見圖4）。圖4圖形分析軟件計(jì)算顏色坐標(biāo)值示意圖使用圖像分析軟件可將數(shù)字圖像的每個(gè)像素表示為三個(gè)顏色坐標(biāo)值。例如，在HSI顏色模型中，可表示為色度值（H）、飽和度值（S）和強(qiáng)度值（I）。RGB（4）計(jì)算：8D(x,y)

xy

(xy)2,(n（4）ni ini1式中：ΔD——?jiǎng)澓蹞p傷度；x——試驗(yàn)表面劃痕區(qū)域的顏色坐標(biāo)；y——試驗(yàn)表面空白區(qū)域的顏色坐標(biāo)。恒定載荷條件下，可用“劃痕損傷指數(shù)（SDI）”定量評估劃痕損傷：SISs （或SIs （6線性增長載荷條件下，可用“劃痕可見性指數(shù)（SVI）”定量評估劃痕可見性。劃痕可見性的起始位置是第2個(gè)顏色轉(zhuǎn)變點(diǎn)（見C.3）：SIIc,Sc,s

……（7）（MD）結(jié)果分析在L*a*b*顏色模型中，劃痕損傷的嚴(yán)重程度可直接用亮度百分比差（Lnorm）表示。使用分光測色儀測定亮度值（L）時(shí)，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行，如：D65標(biāo)準(zhǔn)光源、消除鏡面反射光模式（SCE）。注：與色差（ΔE）相比，采用Lnorm評估劃痕更簡潔。亮度百分比差由公式（8）計(jì)算：Lnorm

LsLu100(%)Lu

……（8）式中：Ls——試樣表面劃痕區(qū)域的亮度值；Lu——試樣表面空白區(qū)域的亮度值。多次損傷試驗(yàn)時(shí)，SDI表示如下：SDILnorm,Ss （9）或SDILnorm, 結(jié)果表示9單次損傷試驗(yàn)時(shí)，單個(gè)樣品的結(jié)果可按如下方式表示： 方法A GB/TXXXX-XXXX//100/SD// 試驗(yàn)載荷（N）試驗(yàn)速度損傷模式顏色模型SDI方法B

GB/TXXXX-XXXX/1-30/100/

SD

HSI

[51.3，50.4，16.2] 試驗(yàn)載荷（N 試驗(yàn)速度損傷模式顏色模型SVI多次損傷試驗(yàn)時(shí)，單個(gè)樣品的結(jié)果可按如下方式表示： 方法A GB/TXXXX-XXXX/30/16.7/MD/L*a*b*/[3.4， 試驗(yàn)載荷（N）試驗(yàn)速度損傷模式顏色模型SDI試驗(yàn)報(bào)告）；（100）；）；[ΔD，Ss（或Rs）]或[Lnorm，Ss（或Rs）][Ic，Sc，Rs]；101附錄A（資料性）結(jié)構(gòu)編號對照一覽表表A.1給出了本文件與ISO17541：2014結(jié)構(gòu)編號對照情況。表A.1本文件與ISO17541：2014結(jié)構(gòu)編號對照情況本文件結(jié)構(gòu)編號ISO17541：2014結(jié)構(gòu)編號1122334455667—7.17.17.2—7.2.17.27.2.2—7.2.2.17.37.2.2.27.47.3—7.3.18.17.3.27.5.17.3.37.5.28—8.18.28.2—8.2.18.3.18.2.28.3.28.2.38.3.38.2.48.3.48.3—8.3.18.4.1，8.4.28.3.28.4.312表A.1本文件與ISO17541：2014結(jié)構(gòu)編號對照情況（續(xù)）本文件結(jié)構(gòu)編號ISO17541：2014結(jié)構(gòu)編號9—9.19i）部分內(nèi)容9.29i）部分內(nèi)容109a）～9h），9i）部分內(nèi)容10e）部分內(nèi)容—10j）—附錄A—附錄B附錄A附錄C附錄B1附錄B（資料性HSI最常見的色空間通常使用24位深度，每個(gè)通道具有256個(gè)（8位）離散的色值。因此，任何基于24位的色空間限于256×256×256的色域。HSIB.1。HSIHSI（H）（S）（I）HSI的值在的范圍內(nèi)。I=0255HSS=0H圖B.1HSI顏色模型及顏色坐標(biāo)示意圖14附錄C（資料性）劃痕損傷和劃痕可見性定量評估示例制備含有15wt％滑石、25wt％乙烯-辛烯橡膠（EOR）和1wt％炭黑的聚丙烯（PP）試樣。注塑成型，尺寸為345mm×150mm×3mm。501mm/s、恒定載荷30N。使用兩個(gè)不銹鋼刮頭，分別對應(yīng)類型1和類型2。使用EpsonPerfectionV700Photo平板掃描儀（分辨率為600×600dpi、24位顏色模式）獲得劃痕損傷表面的掃描圖像，用于定量評估劃痕損傷。GretagMacbethEye-One校色儀用于平板掃描儀的顏色校準(zhǔn)，將校準(zhǔn)后的新掃描儀配置文件嵌入掃描軟件。使用HSI顏色模型的商業(yè)化表面分析軟件QWin定量分析劃痕損傷和劃痕可見性。圖C.1為恒定載荷條件下聚丙烯復(fù)合材料試樣表面劃痕的掃描圖像。圖C.1聚丙烯復(fù)合材料試樣表面劃痕掃描圖像；(b)30N(c)30N表C.1面接觸刮頭（r=0.5mm）條件下，聚丙烯復(fù)合材料試樣表面劃痕圖像分析結(jié)果及劃痕損傷指數(shù)載荷（Sn，In）a/%ΔD/%Ss/（N/mm2）劃痕損傷指數(shù)空白試樣b(25±1.2，15±0.