預(yù)處理?xiàng)l件和砂布磨損能力對家具漆膜磨耗量的影響*

汪 進(jìn) 李文忠 沈國峰

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201114）

家具表面漆膜的耐磨性能直接影響家具產(chǎn)品的美觀和使用壽命，是家具產(chǎn)品的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。學(xué)者們對影響家具表面漆膜耐磨性能的相關(guān)因素進(jìn)行研究，從制造工藝角度對漆膜性能研究表明[1-7]，不同工藝對漆膜附著力有著決定性的影響；家具表面漆膜的耐磨性與產(chǎn)品本身和檢測材料存在一定的關(guān)系[8-16]；同時(shí)受砂布條件變化的影響也較大[17-20]。我國家具表面漆膜理化性能試驗(yàn)方法大多直接采用ISO標(biāo)準(zhǔn)，家具表面漆膜的耐磨標(biāo)準(zhǔn)尚未采標(biāo)，因此有學(xué)者對家具、地板等行業(yè)的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較研究[21-25]，以借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)中適合國內(nèi)情況的內(nèi)容彌補(bǔ)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。本研究參 照ISO/DIS4211-5:2020Furniture—Tests for surface finishes—Part5:Assessment of resistance to abrasion中的方法，對我國家具產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，主要研究砂布預(yù)處理溫濕度、樣品預(yù)處理溫濕度和砂布磨損能力等3個(gè)因素對家具表面漆膜磨耗量的影響，為我國國標(biāo)的修訂和采標(biāo)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

同一批次家具漆板樣品265件，尺寸為100 mm×100 mm×18 mm，其中用于砂布校準(zhǔn)的樣品15件，用于家具表面漆膜耐磨正交試驗(yàn)的樣品225件，用于家具表面漆膜耐磨累計(jì)試驗(yàn)的樣品25件；砂布5種，P180粒度，分別購于上海現(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司、上海超光磨具有限公司、美國Taber公司、上海滬軒檢測儀器有限公司和上海京閣儀器設(shè)備有限公司；標(biāo)準(zhǔn)鋅板，型號為Taber S-34，購于美國Taber公司。

1.2 設(shè)備

磨耗儀，型號5155，美國Taber公司；恒溫恒濕箱，型號ETH-150-00-CP-SD，巨孚儀器（蘇州）有限公司；電子天平，型號MS403TS，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 砂布校準(zhǔn)

按照ISO/DIS4211-5:2020對砂布進(jìn)行校準(zhǔn)，將標(biāo)準(zhǔn)鋅板夾在試件架上，開啟吸塵裝置，置計(jì)數(shù)器為零，降下研磨輪，確保加載臂水平且施加在鋅板上的力為（5.4±0.2）N，研磨500 r。擦凈鋅板后稱重，精確至1 mg。將研磨輪上的砂布更換為同一批次未使用的預(yù)處理過的砂布，將相同的標(biāo)準(zhǔn)鋅板夾在試件架上，降下研磨輪并開啟吸塵裝置。再將鋅板研磨500 r，擦凈后稱重，精確至1 mg。按照ISO/DIS4211-5:2020要求，標(biāo)準(zhǔn)鋅板總的質(zhì)量損失應(yīng)在（120±20）mg范圍內(nèi)。使用標(biāo)準(zhǔn)鋅板對同為P180粒度的A、B、C、D、E 5種砂布進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后，標(biāo)準(zhǔn)鋅板的質(zhì)量損失越大，說明砂布的磨損能力越強(qiáng)，家具表面漆膜的磨耗量也就越大。經(jīng)檢測，5種砂布A、B、C、D、E經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)鋅板校準(zhǔn)的結(jié)果均符合ISO標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)果見表1。對每種砂布的3次校準(zhǔn)結(jié)果的平均值除以120，記為修正系數(shù)K。

表1 5 種砂布磨損能力校準(zhǔn)結(jié)果Tab.1 Calibration results of 5 kinds of abrasive cloth wear ability

1.3.2 預(yù)處理?xiàng)l件設(shè)定

設(shè)定3種溫濕度條件來預(yù)處理樣品和砂布，分別為：（1）溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%；（2）溫度（10±2）℃、相對濕度（30±5）%；（3）溫度（30±2）℃、相對濕度（90±5）%，以模擬春秋季、冬季低溫低濕以及南方夏季高溫高濕等3種室內(nèi)環(huán)境條件，進(jìn)行正交試驗(yàn)，研究樣品和砂布的預(yù)處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響。其中預(yù)處理?xiàng)l件（1）與ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件一致。

1.3.3 試驗(yàn)步驟

1）按照ISO/DIS4211-5:2020要求將家具漆板鋸成試件，尺寸為100 mm×100 mm×18 mm；2）分別將試件和5種砂布置于上述3種條件的恒溫恒濕箱中處理7 d；3）處理完成后，取出試件和砂布，立即進(jìn)行試驗(yàn)。用脫脂紗布將試件表面擦凈并稱重，精確至1 mg，計(jì)為m；4）把準(zhǔn)備好的研磨輪安裝在磨耗儀上，置計(jì)數(shù)器為零。將試件夾持在試件架上，確保水平放置。將研磨輪降至試件上，確保加載臂水平且施加在試件上的力為（5.4±0.2）N。開啟吸塵裝置清除全部灰塵，并開始耐磨試驗(yàn)。100 r后，取下試件，除去表面浮灰稱量，精確至1 mg，計(jì)為m1；5）每個(gè)試件表面耐磨的磨耗量F=m-m1；6）每組取5個(gè)試件磨耗量的平均值作為檢測結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 砂布預(yù)處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響

對家具表面漆膜進(jìn)行耐磨性能的正交試驗(yàn)，取5種砂布處理下樣品磨耗量的平均值作為檢測結(jié)果，見表2。當(dāng)采取預(yù)處理?xiàng)l件（2）時(shí)，試件的磨耗量比預(yù)處理?xiàng)l件（1）減少了9.0%。當(dāng)采取預(yù)處理?xiàng)l件（3）時(shí)，試件的磨耗量比預(yù)處理?xiàng)l件（1）增加了13.4%。當(dāng)采取預(yù)處理?xiàng)l件（2）時(shí)，試件的磨耗量比預(yù)處理?xiàng)l件（3）減少了19.7%。可見不同溫濕度環(huán)境對家具表面漆膜的磨耗量影響很大。

表2 家具表面漆膜耐磨正交試驗(yàn)Tab.2 Orthogonal test of abrasion resistance of paint film on furniture surface

圖1 反映了3 種砂布預(yù)處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響。由圖1 可見，在樣品預(yù)處理溫濕度相同時(shí)，家具表面漆膜磨耗量隨著砂布磨損能力的增強(qiáng)而增大，家具表面漆膜磨耗量隨著砂布預(yù)處理溫濕度的增大而減小。當(dāng)砂布預(yù)處理?xiàng)l件為（2）時(shí)，家具表面的漆膜磨耗量最大；砂布預(yù)處理?xiàng)l件為（1）時(shí)，家具表面漆膜的磨耗量次之；而當(dāng)砂布預(yù)處理?xiàng)l件為（3）時(shí)，家具表面的漆膜磨耗量最小。其中，條件（1）為ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的預(yù)處理溫濕度。經(jīng)條件（2）的低溫低濕預(yù)處理后，砂布變干變硬，磨損能力增強(qiáng)，對家具表面漆膜造成的磨耗量隨之增大。經(jīng)條件（3）的高溫高濕預(yù)處理后，砂布變濕變軟，磨損能力減弱，對家具表面漆膜造成的磨耗量也隨之減小。

圖1 3 種砂布預(yù)處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響Fig. 1 The influence of the pretreatment temperature and humidity of three kinds of emery cloth on the wear of the paint film on the furniture surface

2.2 樣品預(yù)處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響

圖2 所示體現(xiàn)了3 種樣品預(yù)處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響。由圖2 可知，在砂布預(yù)處理溫濕度相同時(shí)，家具表面漆膜磨耗量隨著砂布磨損能力的增強(qiáng)而增大，家具表面漆膜磨耗量隨著樣品預(yù)處理溫濕度的增大而增大。樣品預(yù)處理?xiàng)l件為（2）時(shí)，家具表面漆膜的磨耗量最小；樣品預(yù)處理?xiàng)l件為（1）時(shí)，家具表面漆膜的磨耗量次之；樣品預(yù)處理?xiàng)l件為（3）時(shí)，家具表面漆膜的磨耗量最大。經(jīng)條件（2）的低溫低濕預(yù)處理后，樣品變干變硬，砂布對樣品的磨損能力減弱，對家具表面漆膜造成的磨耗量隨之變小。經(jīng)條件（3）的高溫高濕預(yù)處理后，樣品變濕變軟，砂布對樣品的磨損能力增強(qiáng)，對家具表面漆膜造成的磨耗量隨之變大。

圖2 3 種樣品預(yù)處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響Fig. 2 The influence of the pretreatment temperature and humidity of the three samples on the wear of the paint film on the furniture surface

2.3 砂布磨損能力對家具表面漆膜磨耗量的影響

按照ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的樣品和砂布預(yù)處理溫濕度（均為23℃、50%RH），即本試驗(yàn)的預(yù)處理?xiàng)l件（1）進(jìn)行試驗(yàn)，研究不同磨損能力的砂布對家具表面漆膜磨耗量的影響。每20 r稱重一次，分別在20、40、60、80、100 r后稱重，結(jié)果如表3所示。ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，砂布校準(zhǔn)范圍在（120±20）mg即可使用。由表1可知，5種砂布磨損能力不同，其磨耗量分別為101、110、120、129、138 mg，砂布之間磨耗量相差達(dá)36.6%。表3數(shù)據(jù)表明，不同磨損能力的砂布對家具表面漆膜造成的磨耗量差異較大，樣品經(jīng)5種砂布磨損100 r后的磨耗量分別為109、126、135、148、160 mg，磨耗量最大相差46.8%，極差為51 mg，標(biāo)準(zhǔn)差為19.68，標(biāo)準(zhǔn)方差為387.3。樣品經(jīng)5種砂布磨損100 r后的磨耗量分別除以5種砂布對應(yīng)的修正系數(shù)K后，其極差為9 mg，標(biāo)準(zhǔn)差為3.44，標(biāo)準(zhǔn)方差為11.8，說明修正后的數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，波動(dòng)范圍更小。

表3 家具表面漆膜耐磨累計(jì)試驗(yàn)Tab.3 Cumulative test of wear resistance of paint film on furniture surface

圖3所示為5種不同磨損能力的砂布對家具表面漆膜磨耗量的影響。由圖3可知，盡管同為P180粒度的砂布，但砂布的磨損能力差異很大。同一轉(zhuǎn)數(shù)下，砂布磨損能力越強(qiáng)，對家具表面漆膜造成的磨耗量越大。在采用同一種砂布的情況下，則家具表面漆膜磨耗量隨著耐磨轉(zhuǎn)數(shù)的增加而增大。100 r以內(nèi)，砂布的磨粒依然鋒利，磨損能力保持較好，對家具表面漆膜造成的磨耗量也比較穩(wěn)定，且每增加20 r，磨耗量的增大值也比較穩(wěn)定。

圖3 5 種磨損能力的砂布對家具表面漆膜磨耗量的影響Fig. 3 The influence of 5 kinds of abrasive cloth on the abrasion of furniture surface paint film

3 結(jié)論

1）砂布和樣品的預(yù)處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量影響較大，當(dāng)采取預(yù)處理?xiàng)l件（2）時(shí)，試件的磨耗量比預(yù)處理?xiàng)l件（1）減少了9.0%;采取預(yù)處理?xiàng)l件（3）時(shí)，試件的磨耗量比預(yù)處理?xiàng)l件（1）增加13.4%。采取預(yù)處理?xiàng)l件（2）時(shí)，試件的磨耗量比預(yù)處理?xiàng)l件（3）減少了19.7%。

2）在樣品預(yù)處理溫濕度相同時(shí)，家具表面漆膜磨耗量隨著砂布磨損能力的增強(qiáng)而增大，家具表面漆膜磨耗量隨著砂布預(yù)處理溫濕度的增大而減小。在砂布預(yù)處理溫濕度相同時(shí)，家具表面漆膜磨耗量隨著砂布磨損能力的增強(qiáng)而增大，家具表面漆膜磨耗量隨著樣品預(yù)處理溫濕度的增大而增大。因此在檢測過程中需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫濕度進(jìn)行預(yù)處理，保證檢測結(jié)果具有可比性。

3）相同粒度的砂布磨損能力差別很大，因此建議將家具表面漆膜磨耗量除以修正系數(shù)，換算成砂布磨損能力為120 mg時(shí)的漆膜磨耗量作為檢測結(jié)果，降低砂布磨損能力的差別對漆膜磨耗量的影響。