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、評價方法及其優缺點。

1 試驗對象

抗石擊涂料主要由傳統瀝青系涂料發展到PVC系涂料再到水性丙烯酸抗石擊涂料。隨著相關環保法規的出臺，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推廣使用[2]。

PVC涂料經過不斷地應用和改進，在汽車抗石擊領域發揮了巨大的作用。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，但在碎石規格、試驗溫度和評價方法等方面又有所不同，所以日本工業標準（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

美國汽車工程協會（SAE）制定的SAE J400“汽車表面涂層的抗碎石測試”和日本工業標準（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、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石擊點尺寸和剝離面積的計算，依據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、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。該試驗方法的優點是：石擊強度大，受石擊面積小，連續石擊直至擊穿，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主機廠，都是根據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。抗石擊涂料的抗石擊性能試驗檢測非常重要，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].