汽車抗石擊涂料的抗石擊性能試驗及評價方法

劉 彬

（東風汽車公司技術中心，湖北 武漢 430058）

汽車在行駛過程中，會濺起路面的泥沙、碎石，擊打在汽車涂層表面，造成汽車表面涂層的破壞，從而導致鋼板被腐蝕。目前，各汽車主機廠普遍采用抗石擊涂料對車體下部、底盤、輪罩等易被砂石擊打部位進行保護，以緩沖砂石造成的強力沖擊，提高底板抗腐蝕性能，同時還能起到隔音減振的作用，改善乘坐舒適性[1]。

抗石擊涂料的抗石擊性能檢測是對抗石擊涂層力學性能的綜合評價，是抗石擊涂料最重要的性能指標。但是，目前國內各大汽車主機廠還沒有統(tǒng)一的試驗方法及評價方法，國家尚未出臺相應的標準進行規(guī)范。

本文以PVC抗石擊涂料為同一試驗對象，介紹了目前國內汽車行業(yè)使用較多的2種抗石擊涂料抗石擊性能試驗方法、評價方法及其優(yōu)缺點。

1 試驗對象

抗石擊涂料主要由傳統(tǒng)瀝青系涂料發(fā)展到PVC系涂料再到水性丙烯酸抗石擊涂料。隨著相關環(huán)保法規(guī)的出臺，瀝青系抗石擊涂料已很少使用，PVC抗石擊涂料是目前使用比較廣泛的涂料，水性丙烯酸抗石擊涂料作為新型涂料已開始在汽車行業(yè)推廣使用[2]。

PVC涂料經(jīng)過不斷地應用和改進，在汽車抗石擊領域發(fā)揮了巨大的作用。通過添加或者改變不同物質組分可以滿足不同的實際需求，如：在PVC抗石擊涂料中添加氣象白炭黑（主要成分SiO2），可以提高PVC抗石擊涂料的屈服強度；在涂料中添加空心玻璃微珠可以降低PVC抗石擊涂料密度，實現(xiàn)輕量化；采用增塑劑DINP（鄰苯二甲酸二異壬酯）取代增塑劑DOP（鄰苯二甲酸二辛酯），可以使PVC抗石擊涂料更環(huán)保。

本試驗采用添加了氣象白炭黑和空心玻璃微珠的PVC抗石擊涂料作為試驗對象。

2 抗石擊性能試驗原理

抗石擊性能試驗是通過抗石擊儀，在可以控制的溫度條件下、一定的時間內將特定規(guī)格的鋼丸或碎石以一定的壓力或速度撞擊在抗石擊涂層表面。石擊結束后，用膠帶去除松散層，露出樣板上殘留的石擊點痕跡，通過分析抗石擊涂層的破壞程度來判斷抗石擊性能；或者以抗石擊涂層被擊穿的時間、剝落面積來判斷抗石擊性能。

鋼丸或碎石被壓縮空氣以一定的角度噴射在抗石擊涂層表面。抗石擊涂層的破壞程度由噴射角度、噴射壓力、鋼丸的質量、沖擊持續(xù)時間等共同決定。

3 抗石擊性能試驗及評價方法

目前，國內抗石擊涂料的抗石擊性能試驗及評價方法主要借鑒國外標準，其中ISO 20567—1《色漆和清漆涂層的耐石擊性的測定第1部分：多次沖擊試驗》標準主要用來做油漆涂層抗石擊性能試驗，部分企業(yè)也參考該標準做抗石擊涂料的抗石擊性能試驗，部分歐系車抗石擊涂料性能試驗采用該標準。抗石擊涂料抗石擊性能試驗方法標準主要有以下2種。

美國汽車工程協(xié)會（SAE）制定的SAE J400“汽車表面涂層的抗碎石測試”[3]，多被美國通用、福特等汽車公司采用。日系汽車采用的抗石擊試驗方法與SAE J400相似，但在碎石規(guī)格、試驗溫度和評價方法等方面又有所不同，所以日本工業(yè)標準（JIS）的射石法也比較常用。

法國標致雪鐵龍集團（PSA）制定有專用的抗石擊涂料的抗石擊性能試驗標準[4]，該標準主要用于抗石擊涂料、塑料、橡膠等材料的抗石擊性能測試。

3.1 采用SAE標準抗石擊性能試驗及評價

方法

3.1.1 SAE標準抗石擊性能試驗方法

美國汽車工程協(xié)會（SAE）制定的SAE J400“汽車表面涂層的抗碎石測試”和日本工業(yè)標準（JIS）的射石法試驗方法，見表1。

表1 SAE抗石擊試驗方法Tab.1 SAE methods for stone chip resistance test

3.1.2 SAE標準試驗結果

用同一種抗石擊涂料，制作成不同膜厚的試驗樣板，采用SAE標準做抗石擊試驗，試驗結果見表2。

表2 抗石擊試驗結果Tab.2 Results of stone chip resistance test

通過試驗方法介紹及試驗結果分析可知，試驗結果會受到噴設壓力、噴射次數(shù)、噴射流量、噴射角度以及碎石的新舊程度等因素的影響。

SAE標準試驗結果評價主要依據(jù)石擊點尺寸和剝離面積的計算，依據(jù)計算出的石擊后的剝離面積評價抗石擊等級。該試驗方法的優(yōu)點是：受石擊面積大，可以模擬車輛行駛過程中的路面石擊情況，可以利用圖像處理或面積測量儀器測量剝離面積，消除人為評價誤差。缺點是：抗石擊強度比較低，對較厚的抗石擊涂層，規(guī)定的測量頻次內無法擊穿，抗石擊性能具體值無法準確測量。

對于較厚的抗石擊涂層，使用該方法測量抗石擊性能，可以通過增加噴射次數(shù)、噴設壓力、噴射流量、改變噴射角度等試驗條件將其擊穿，再通過換算得到一個相對的抗石擊性能值，從而提高此種測試的普適性，每一個條件的變化對抗石擊性能值的影響有待進一步研究。

3.2 采用PSA標準抗石擊性能試驗及評價方法

3.2.1PSA標準抗石擊性能試驗方法

法國雪鐵龍集團制定有專用的抗石擊涂料的抗石擊性能試驗標準，試驗方法見表3。

表3 PSA抗石擊試驗方法Tab.3 PSA method for stone chip resistance test

3.2.2 PSA標準試驗結果

用同一種抗石擊涂料，制作成不同膜厚的試驗樣板，采用PSA標準做抗石擊試驗，試驗結果見表4。

表4 抗石擊試驗結果Tab.4 Results of stone chip resistance test

通過試驗方法介紹及試驗結果分析可知，試驗結果會受到噴設壓力、噴射時間、噴射流量、噴射角度以及鋼丸的新舊程度等因素的影響。

PSA標準試驗結果主要評價抗石擊涂料擊穿時間、擊穿后再石擊60 s后涂膜的剝離面積，通過剝離面積的測算來評價特性值級別。該試驗方法的優(yōu)點是：石擊強度大，受石擊面積小，連續(xù)石擊直至擊穿，剝離面積可以用儀器測得，可以很明確地知道抗石擊涂料的抗石擊性能，也可以對比多種材料的抗石擊性能。缺點是：石擊主要集中在一點，不能模擬車輛行駛過程中的路面石擊情況。

4 結論

目前，無論是抗石擊涂料供應商還是各汽車生產(chǎn)主機廠，都是根據(jù)抗石擊涂料應用的實際情況，選擇適合的方法做抗石擊性能試驗?？故瘬敉苛系目故瘬粜阅茉囼灆z測非常重要，我國急需制定相應的國家標準。

[1]廖大政,高成勇,王納新,等.石擊涂料在汽車涂裝上的應用研究[A]//中國汽車工程學會涂裝技術分會學術年會[C].2013.

[2]李富強,張愛平,李丹彤,等.底抗石擊防護膠在汽車上的應用[J].粘接,2015,36(2):55-58.

[3]SAE J400:Test for Chip Resistance of Surface Coatings[S].

[4]PSA抗石擊標準:Produits antigravillonnage plastiques-caoutchoucs resistance au grenaillage[S].