为了改善汽车涂层 新的测试不仅仅是划伤表面

当你离开杂货店并发现你的汽车被一个失控的购物车撞了以后，知道这种令人作呕的感觉吗?如果汽车车身制造商使用由美国国家标准与技术研究院(NIST)和三个行业合作伙伴开发的一套新测试，那么有一天它可能只是一个糟糕的记忆。来自这些测试的数据最终可以帮助您的车辆外部更好地抵御在高速公路上撞击的叮咬，凹痕，划痕和物体。

在“ 有机涂料进展 ”杂志的一篇新论文中，四个组织的研究人员 - 美国国家标准与技术研究院和行业合作伙伴伊士曼化学公司，现代美国技术中心和安东帕美国 - 描述了三种版本的快速，可靠的模拟实验室方法汽车清漆(外部聚合物复合涂层的最上层或表面层)上的刮擦过程。这些测试旨在让制造商更好地了解这些工艺背后的机制，以便将来的涂层材料更耐刮擦和更有弹性。

更坚固，更坚固的涂层对于满足消费者和工业需求非常重要。例如，统计数据显示：人们将汽车保持更长时间并希望它们保持吸引力(从2006年到2015年，拥有汽车两年以上的汽车增长了41%); 近600,000名司机在美国为乘车共享服务工作，要求他们保持车辆外观; 改善涂料耐久性始终是原始设备制造商的三大性能要求之一; 所有消费者对汽车的投诉中有60%归因于油漆划痕和切屑缺陷。

目前，汽车涂料制造商使用两种简单的测试方法来评估透明涂层的耐刮擦性并预测现场性能：crockmeter和Amtech-Kistler洗车。前者是一种使用机器人“手指”以不同程度的力来回移动来模仿人体接触和研磨表面造成的损坏的装置。后者是一个旋转的刷子轮，模拟洗车对清漆的影响。

“不幸的是，这两种方法仅根据外观评估透明涂层性能，定性测量结果因测试而异，并且它们没有提供科学上帮助我们了解现实生活中汽车涂饰结果的定量数据，” NIST物理学家李丕星，新论文的作者之一。“我们展示了一种在分子水平上表征划痕机制的测试方法，因为这是化学和物理学发生的地方......以及涂层可以设计得更有弹性的地方。”

对于他们的测试方法，研究人员首先在聚合物复合材料样品的表面上敲击钻石尖的触针以绘制其形态，然后使用触笔创建划痕并最终重新制作并重新映射表面。使用不同尺寸的尖端和不同的力范围进行三种不同尺度的划痕测试 - 纳米，微观和宏观。

刮擦前和刮擦后轮廓之间的定量差异，以及划痕的微观分析，提供了有关变形脆弱性的有价值数据(划痕有多深?)，抗断裂性(裂缝需要多大的力)复合材料?)和弹性(材料从物理损伤中恢复多少?)。

NIST进行了纳米划痕测试，尖端半径为1微米(微米是百万分之一米，或约为蜘蛛丝直径的五分之一)，力范围在0到30微牛顿(微牛顿)是一百万分之一的牛顿，或大约百万分之二十万分之一的力量。安东帕尔用50微米尖端进行微划痕测试，力范围在25微牛顿和5牛顿之间(相当于百万分之5磅到1.25磅力)，而伊士曼化学用宏观划痕进行了宏观划痕测试。尖端200微米，力范围在0.5到30牛顿之间(相当于十分之一磅到7.5磅的力)。

当透明涂层中的划痕深度和宽度为几微米，并且在没有破裂的情况下发生，它们被称为火星。Sung说，这些浅而难以看见的变形通常是洗车的结果。她解释说，在NIST进行的纳米划痕测试提供了有关损伤和轻微划痕机制的最佳数据，而NIST合作伙伴进行的微观和宏观划痕测试更好地提供了更大，更深，更明显的详细信息被称为骨折划痕的变形 - 由钥匙，树枝，购物车和其他固体物体引起的伤害。

“纳米划痕试验的数据也证明了最好的方法是根据交联密度测定涂层对物理损伤的反应程度，这是聚合物组分结合在一起的程度，”Sung说。“通过这种分子水平的理解，可以改进透明涂料配方，使它们产生足够致密的材料，使其具有耐刮擦性和弹性，但不会太硬，以至于不能轻易加工。”

研究人员得出结论，要获得最清晰的透明涂层性能评估，纳米，微观和宏观划痕测试应结合当前的行业标准方法进行。

“通过这种方式，人们可以全面了解汽车车身涂层的质量和定量特征，从而使实验室中产生的更坚韧的涂层在路面上也能正常工作，”Sung说。