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“耐損傷性”（marresistance）是指涂層在與環(huán)境的相互作用下，不會(huì)招致相對(duì)細(xì)小的有損于涂層外觀的表面刮劃的能力。與現(xiàn)時(shí)文獻(xiàn)中的其它術(shù)語(yǔ) 例如耐刮劃性或耐磨性（scratchorabrasionresistance）相比，優(yōu)先推薦耐“損傷性”這一術(shù)語(yǔ)是由于前二術(shù)語(yǔ)在歷史上是指遠(yuǎn)較嚴(yán) 重的損壞，如允許底材開(kāi)始腐蝕（刮劃）或保護(hù)涂層完全喪失（磨損）之類嚴(yán)重后果的損壞。?
用戶的需求
對(duì)耐損傷性越來(lái)越重視的原因是用戶對(duì)汽車涂料耐久性期望的上升；面對(duì)流行的底色漆上罩清漆，更易察覺(jué)其上細(xì)微的刮劃損壞，更深顏色使用的增加；在汽車清漆中去除物質(zhì)材料甲醛（mf）交聯(lián)劑導(dǎo)致耐損傷性的下降。
耐損傷性只是用戶和涂料生產(chǎn)廠的許多要求中的一個(gè)。任務(wù)是在協(xié)調(diào)耐損傷性和其它性能上進(jìn)行改進(jìn)。?
影響損傷的環(huán)境因素
雖然損傷有許多來(lái)源，然而汽車公司和涂料公司已開(kāi)始認(rèn)為汽車的清洗（通常是自動(dòng)化的）成為損傷的“標(biāo)準(zhǔn)”來(lái)源。當(dāng)清洗期間磨料粒子和/或尼龍刷毛擦過(guò)表面時(shí)，就會(huì)發(fā)生損傷。在手工清洗中與自動(dòng)化清洗相比刮劃過(guò)程用力較大，速度較慢。?
耐損傷性的評(píng)估
在較早的文獻(xiàn)中，耐損傷試驗(yàn)不同于耐刮劃試驗(yàn)的耐磨試驗(yàn)，耐損傷試驗(yàn)的特點(diǎn)是損害條件較溫和，而且評(píng)價(jià)的要點(diǎn)是受損傷涂層的外觀。
在已發(fā)表的評(píng)論文獻(xiàn)中，對(duì)汽車在實(shí)際使用中其耐損傷性的評(píng)估很少。有些研究顯然正在進(jìn)行，但是還未見(jiàn)報(bào)道已發(fā)現(xiàn)的結(jié)果。有些定性的比較作為“商業(yè)經(jīng)驗(yàn)”有所報(bào)道。
找到的的現(xiàn)埸暴露試驗(yàn)方法是將試驗(yàn)樣板安裝于一輛汽車的車頂上，汽車作正常的運(yùn)行，在自動(dòng)汽車清洗點(diǎn)清洗，然后評(píng)定樣板外觀。通過(guò)與實(shí)際應(yīng)用研究的比較，這種試驗(yàn)方式已被認(rèn)可。
已報(bào)道有大量的實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)。雖然還無(wú)一種普遍采納的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，不過(guò)大多數(shù)研究者用一塊干態(tài)或濕態(tài)磨料在表面上擦拭10次或20次（雙向擦拭），然后 或測(cè)量20°下的光澤，或測(cè)量灰色值△l的變化（也稱作“亮度”的變化）據(jù)以評(píng)估所造成的損傷。還沒(méi)有一種實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)被認(rèn)可與現(xiàn)埸使用試驗(yàn)可相比較。只有 一種試驗(yàn)被認(rèn)可與上述的現(xiàn)埸暴露試驗(yàn)可作比較。在本作者對(duì)文獻(xiàn)資料的分析中，較大的份量放在了已被認(rèn)可的那種試驗(yàn)方面。
能說(shuō)明磨損過(guò)程細(xì)節(jié)的一種研究試驗(yàn)方法是基于用一個(gè)鋼針有控制的使涂層表面變形。這種試驗(yàn)法已用于研究聚合物的磨損。在該試驗(yàn)中，將一個(gè)錐形鋼針在固定的 正常負(fù)荷下于受控速率下劃過(guò)涂層表面。通過(guò)用一系列銳度（即錐體的內(nèi)角）不同的錐體，在涂層上產(chǎn)生不同程度的變形。然后檢驗(yàn)是否有損傷，若有損傷，記錄其 定性特征（如損傷的類型）和定量特征（例如刮劃的寬度）。下面將描述該法的使用。?
損傷過(guò)程的了解
損傷的類型-對(duì)金屬和聚合物在壓痕作用和刮劃作用時(shí)的變形的實(shí)質(zhì)性了解，有助于我們?cè)噲D弄清楚損傷的過(guò)程以及涂層機(jī)械性能影響損害發(fā)生的類型和程度的關(guān) 系。前面所描述的鋼針試驗(yàn)已被用來(lái)研究聚合物的機(jī)械性能與刮劃所致的損傷類型和嚴(yán)重性之間的關(guān)系。環(huán)境中的粗糙物用園錐的尖頂來(lái)模擬；而在實(shí)際的損傷過(guò)程 中，這種粗糙物則是磨料粒子本身或粒子的一部分。
涂層對(duì)刮劃的反應(yīng)可用下面的模型來(lái)理解。（這種刮劃模型看來(lái)與損傷有關(guān)），因?yàn)橛蓪?shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)埸暴露試驗(yàn)二者在汽車清漆上所見(jiàn)到的刮劃形式與其它聚合物 刮劃中所見(jiàn)到的形式極為相似）。如果粗糙物的形狀和施加于其上的力使得涂層受的應(yīng)力低于涂層的屈服應(yīng)力或破壞應(yīng)力，則涂層材料會(huì)在粒子之前和同粒子作用時(shí) 形變，但是一旦粒子從旁而過(guò)后，涂層將不會(huì)留下較久的變形（彈性變形）。如果加大這種通常的力，或者包含更銳利的粒子，則涂層會(huì)屈服或破壞，其程度取決于 其機(jī)械性能。如果發(fā)生屈服，則會(huì)沿其邊以“谷”和“峰”形式保留一些較久性變形（塑性型刮劃）。根據(jù)涂層的粘彈性這些刮劃有些會(huì)隨時(shí)間變淺（回復(fù)）。破壞 型刮劃的發(fā)生或因涂層材料的破壞而非屈服所致，或因環(huán)境變得嚴(yán)酷以致涂層屈服并破壞所致。
按照briscoe和colleagues的鋼針試驗(yàn)法，提議用下面方法來(lái)研究涂料的耐損傷性。采用園錐形的鋼針。用一組內(nèi)角遞減的園錐，依次對(duì)涂層施以一系列遞增的形變量。再對(duì)應(yīng)兩個(gè)園錐內(nèi)角記錄下所產(chǎn)生的（如有的話）刮劃的定性和定量特征。刮劃的定性特征主要是它的存在及其類型。如果變形是彈性的，則不留下刮劃痕跡。如果產(chǎn)生刮劃，則說(shuō)明其類型，是塑性型或是破壞型的。同時(shí)記錄有關(guān)刮劃的定量信息，例如塑性型刮劃的寬度和高層度。“臨界園錐角度”是用來(lái) 說(shuō)明刮劃在這種情況下或者開(kāi)始形成，或者刮劃的類型發(fā)生變化。從無(wú)損傷到出現(xiàn)損傷之間的轉(zhuǎn)變是彈性到塑料性的轉(zhuǎn)變。塑性型刮劃與破壞型刮劃間的轉(zhuǎn)變是塑性到破壞的轉(zhuǎn)變。臨界角度小意味著該涂層只是被較尖銳的園錐體所損傷。
按照briscoe和evans的推論，臨界角可能以下面的方式與損傷相關(guān)聯(lián)。考慮了發(fā)生損傷的環(huán)境特性。環(huán)境的一些關(guān)鍵特性有粒子的數(shù)量及其大小，其凸出部的銳度，施加于其上的正常力的大小及傳輸速度等。對(duì)真實(shí)環(huán)境而論，這些特性的大多數(shù)其數(shù)值會(huì)是分布值而不是單一值。例如會(huì)存在粒徑、粒形（銳度）和正常力的分布。因此，對(duì)任何給定涂料在一定環(huán)境中的損傷將會(huì)是分布性的。一種耐損傷性涂料是其涂層在與大部分上述環(huán)境因素相作用時(shí)，不招致較久性損傷的涂料（沒(méi)有一種表面能抗所有環(huán)境的損傷）。因此，對(duì)一定環(huán)境來(lái)說(shuō)，當(dāng)使用有較小臨界角的涂料時(shí)，預(yù)測(cè)能得到較輕刮劃的結(jié)果。按照這種推理，要獲得較佳的耐損傷 性，較好臨界角要小。
除了臨界園錐角之外，刮劃的寬度也可能是個(gè)重要特性。本作者認(rèn)為為產(chǎn)生明顯可見(jiàn)的效果，需有一定的較低寬度。
刮劃的直觀效果
為取得有用的刮劃寬度和類型的數(shù)據(jù)，必須確定刮劃形態(tài)和刮劃產(chǎn)生的直觀效果之間的關(guān)系，還未找到任何刮劃數(shù)量或刮劃寬度與某種損傷等（如例△l值，或20°失光值）相關(guān)聯(lián)的資料，不過(guò)，用下面的資料和假定，能提出一種假設(shè)。
二個(gè)研究組比較了用物質(zhì)材料甲醛（mf）交聯(lián)的和用異氰酸酯交聯(lián)的二種涂料體系。二者一致認(rèn)為用mf交聯(lián)的涂料比用異氰酸酯交聯(lián)的涂料有較大的破壞性刮劃 對(duì)塑料性刮劃之比。不過(guò)，這二個(gè)研究組對(duì)這二種涂料的耐損傷的評(píng)價(jià)不同。一個(gè)研究組在用現(xiàn)埸曝露試驗(yàn)法，在四個(gè)月內(nèi)經(jīng)44次清洗后評(píng)價(jià)，評(píng)定用mf交聯(lián)的 涂料的耐損傷性優(yōu)級(jí)。因此，由于該作者認(rèn)為他們的評(píng)估有效性較大，因而得出結(jié)論，破壞性刮劃比例高的并不一定意味著耐損傷性差。由此導(dǎo)致假設(shè)：不管刮劃是 否主要是破壞型的，在臨界寬度以上的刮劃是影響損傷直觀效果的主要因素。而另一研究組評(píng)定用異氰酸酯交聯(lián)的涂料有較好的耐損傷性，看來(lái)完全是基于復(fù)原程度 較大而作出的結(jié)論。
影響刮劃直觀效果（特別是亮度的變化，△l）的另外因素是底色漆的顏料（“亮度”，l）。對(duì)同樣量的損傷來(lái)說(shuō)，在較深色上的直觀效果要較大。
主要機(jī)械性能與耐損傷性的關(guān)系
對(duì)一定環(huán)境條件下，聚合物或涂層的機(jī)械性能影響到是否產(chǎn)生刮劃以及刮劃的程度和類型。這種影響關(guān)系很復(fù)雜，因?yàn)殡S著材料開(kāi)始變形，變化了的材料幾何結(jié)構(gòu)使應(yīng)力分布發(fā)生變化，由此使變形發(fā)生變化。盡管存在著這種復(fù)雜性，然而，前面所提出的模型可幫助我們建立一定的關(guān)系。?
塑性型的刮劃
在彈性涂料中，塑性型刮劃并不發(fā)生。對(duì)于玻璃狀涂料，由類似壓痕作用提出塑性型刮劃的寬度：
刮劃寬度，式中：刮劃寬度為涂層表面上的刮劃寬度，l為垂直施加于表面上的荷重，б?y為涂層的屈服應(yīng)力（其值可能需對(duì)其壓力依賴性加以修正）。未發(fā)現(xiàn)有 能檢驗(yàn)該關(guān)系式的定量數(shù)據(jù)。根據(jù)鋼針的原始針入高層度和鋼針劃過(guò)后馬上測(cè)定的高層度為基礎(chǔ)的關(guān)系式，就可用到刮劃高層度的模式。（這并不是本文別處討論的熱誘導(dǎo) 的隨時(shí)間的復(fù)原）。
復(fù)原高層度%式中：e為模量，而復(fù)原高層度%=（刮劃時(shí)鋼針的針入高層度-鋼針通過(guò)后的刮劃高層度）/在刮劃時(shí)鋼針的針入高層度 破壞型刮劃-彈性涂層或形變，然后彈回，不留下?lián)p傷，或者如果環(huán)境條件相當(dāng)嚴(yán)重，涂層被劃破。在玻璃狀涂料中，還不可能定量預(yù)測(cè)破壞性刮劃的開(kāi)始點(diǎn)。因?yàn)?已知的分析模型只適用于較脆的材料。汽車清漆并非是較脆的材料。
由于沒(méi)有合適的分析模型能幫助我們理解機(jī)械性能與破壞性刮劃開(kāi)始點(diǎn)之間的關(guān)系，我們必須尋找一些關(guān)系，并且準(zhǔn)備將一些假設(shè)公式化。有關(guān)這方面工作的有用資 料在文獻(xiàn)中很有限。即使在較完善的論文中，也只報(bào)道了一些有關(guān)的機(jī)械性能。然而，通過(guò)將有限量的耐損傷數(shù)據(jù)與由一般聚合物文獻(xiàn)中所得的知識(shí)相結(jié)合，已將有 關(guān)機(jī)械性能和耐損傷性之間關(guān)系的一種假設(shè)公式化，并且在下面提出。
彈性涂料
彈性體機(jī)械性能的綜述-按定義，彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于室溫。它們的模量可從1到500mpa（0.15-73ksi）。模量與交聯(lián)密度成比例。此外 彈性體的破壞應(yīng)變一般很高。在一定體系內(nèi)，隨交聯(lián)密度的增加，模量和破壞應(yīng)力增加，而破壞應(yīng)變下降。對(duì)良好表征的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系硅彈性體的數(shù)據(jù)顯示，隨著交聯(lián)點(diǎn)之間 的分子量mc從14000降低到500g/mol，破壞應(yīng)變從1.6降低到0.13，（mc與交聯(lián)密度成反比）。
彈性涂料的耐損傷性-彈性涂料在汽車涂料中的耐損傷性較好。高耐損傷性有各種表述法：“優(yōu)良”、“△l為1.8”或“20°”失光率為1%“。彈性涂料能 賦予優(yōu)良的耐損傷性被認(rèn)為是由于它們能使磨料粒子在刮劃過(guò)涂層表面時(shí)所產(chǎn)生的全部形變得以復(fù)原。其結(jié)果無(wú)任何刮劃傷。當(dāng)然，如果環(huán)境條件過(guò)于嚴(yán)酷的話，會(huì) 產(chǎn)生破壞型的刮劃。 本作者假定彈性涂料的交聯(lián)密度和耐損傷性之間有著較小值的函數(shù)關(guān)系。這種較小值關(guān)系可解釋二組明顯矛盾的數(shù)據(jù)。
在一項(xiàng)研究中報(bào)道了一系列聚氨酯涂料的耐損傷性和破壞應(yīng)變數(shù)據(jù)。耐損傷性隨破壞應(yīng)變的加大而提高。特別是當(dāng)破壞應(yīng)變從0.4加大到1.2時(shí)，耐損傷從失光 率12%（耐損傷性較差）提高到失光率2%（耐損傷性較好）。業(yè)已假設(shè)這些組成物是以其破壞應(yīng)變?yōu)闄z驗(yàn)基礎(chǔ)的彈性體。并不包含能檢驗(yàn)這種假設(shè)和組成物的其 它信息或性能數(shù)據(jù)，例如tg或模量。
在另一項(xiàng)研究中，通過(guò)加大交聯(lián)密度（同時(shí)保持低的tg），改善了彈性涂料的耐損傷性。隨交聯(lián)點(diǎn)之間的分子量mc從1100降低到70g/mol，耐損傷提高（△l從9（較差）降低到1.5（較好）。因此，耐損傷性隨交聯(lián)密度加大耐而提高。
由研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系硅彈性體（先前提到的）所得到的mc和破壞應(yīng)變間的關(guān)系的假設(shè)，對(duì)于剛提到的彈性涂料確實(shí)是如此，我們可對(duì)這二組數(shù)據(jù)加以比較。將此假設(shè)應(yīng)用到 所提的靠前項(xiàng)研究中，破壞應(yīng)變范圍0.4-1.2相當(dāng)于mc范圍1100-10000g/mol。這比第二項(xiàng)研究的mc范圍高。因此，在低交聯(lián)密度 （mc>1100g/mol）下，耐損傷性隨交聯(lián)密度的加大而下降。在較高的交聯(lián)密度（mc<1100g/mol）下，耐損傷性隨交聯(lián)密度的 加大而提高。還沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)（例如受損傷表面的描述）能提出適于這種具較小值的機(jī)理。 雖然日本在研究一些高交聯(lián)密度的彈性體配方，但是難以滿足彈性涂料所需的其它性能。由于這一原因，玻璃狀涂料正在得到更多的關(guān)注。
玻璃狀涂料
玻璃狀聚合物的機(jī)械性能的評(píng)述-按定義，玻璃狀聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于室溫，在玻璃狀平臺(tái)區(qū)的模量可變于 1.3-7gpa（0.19-1.0msi）。雖然各種玻璃狀聚合物的屈服應(yīng)變高于0.06，不過(guò)屈服力的范圍相當(dāng)大。在一定的聚合物內(nèi)，模量和屈服應(yīng)力 隨溫度的變化而成比例改變。在一定的聚合物內(nèi)，隨屈服應(yīng)力的增加，聚合物韌性變小。在低于tg的一定溫度下，聚合物的破壞方式從韌性變到脆性。在低于該溫 度下，聚合物受破壞時(shí)并不屈服，而變成脆性破壞應(yīng)力下的破壞。脆性破壞應(yīng)力的溫度依賴性比屈服應(yīng)力的小。交聯(lián)使屈服應(yīng)力加大，但是并不使破壞應(yīng)力有重大增 大。這意味著韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度td-b隨交聯(lián)密度加大而上升。
玻璃狀涂料的耐損傷性-準(zhǔn)備提出試圖建立機(jī)械性能與耐損傷性關(guān)系的幾項(xiàng)研究結(jié)果，并且提出解釋這些結(jié)果的一種假設(shè)。
在一組研究中，比較了二種涂料：一種用mf交聯(lián)的，而另一種為用異氰酸酯交聯(lián)的。二者有類似的tg和模量，分別為70℃和 1.2gpa（0.17msi），表明二者均處于玻璃態(tài)。由他們的數(shù)據(jù)從新構(gòu)作的應(yīng)力-應(yīng)變曲線示于圖1（*注：這些是個(gè)近似說(shuō)明，異氰酸酯埸合未給于破 壞應(yīng)力，假定其為4mpa（0.58ksi）。這些曲線下的面積未予計(jì)算，并與破壞能量相比較）。用mf交聯(lián)的涂料其耐損傷性較用異氰酸酯交聯(lián)的涂料的 好。mf涂料（有良好的耐損傷性）的韌性較低（15kj/m?2（85in-1b/in?2），屈服應(yīng)力較高（29.3mpa（4.3ksi））。用異氰 酸酯交聯(lián)的涂料（有不良的耐損傷性），其屈服應(yīng)用力較低（8.6mpa（1.2ksi）），韌性較高（254kj/m?2（1400m-1b /in?2）。二者的破壞應(yīng)變有與韌性相同的趨勢(shì)，分別為0.05和0.45。此外，比較了這二種涂料的塑性型刮劃對(duì)破壞型刮劃之比。用mf交聯(lián)的涂料 （其韌性低，屈服應(yīng)力高），其破壞型刮劃占優(yōu)勢(shì)，而用異氰酸酯交聯(lián)的涂料（其韌性高，屈服應(yīng)力低），其塑性型刮劃占優(yōu)勢(shì)。沒(méi)有提出有關(guān)刮劃程度多少的數(shù) 據(jù)。
其它研究者探索了聚酯樹(shù)脂固化的較優(yōu)化，以使在磨損環(huán)境中保持裝飾性外觀。他們發(fā)現(xiàn)，為使抗外觀損傷性較大，要尋求較大剛性與較大韌性的一致。
在另一項(xiàng)研究中，在模量和韌性上創(chuàng)造了很不同的比較研究，以便分離二者各自對(duì)耐損傷性的影響，該報(bào)道未給于組成信息。該作者們得出結(jié)論，模量比韌性對(duì)耐損 傷性的影響更為主要。不過(guò)，將他們的數(shù)據(jù)作圖時(shí)，他們的結(jié)論看來(lái)不正確，如圖2所示，在組成的寬范圍上，模量與耐損傷性并無(wú)關(guān)聯(lián)。圖3顯示了韌性和耐損傷 性數(shù)據(jù)。在中等韌性下，耐損傷性較大。圖4顯示了在韌性/模量表面狀態(tài)上的耐損傷性。在該表面上所注的數(shù)值為耐損傷性（△l）值。圖中將各較佳的耐損傷性 值加上灰色帶，使之醒目突出各較佳值所處的狀態(tài)。較佳韌性與模量有點(diǎn)關(guān)系。對(duì)彈性涂料（模量在0.15-0.6gpa（22-87ksi）之間），得知韌 性約60×10?5%g/cm?2下，耐損傷性較佳（△l～2）。對(duì)于玻璃態(tài)涂料（模量在1.5gpa（0.22msi）以上），當(dāng)韌性約 27×10?5%?g/cm?2時(shí)，耐損傷性較佳（△l～2.5）。圖5顯示了研究所得配方的應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)對(duì)自動(dòng)的汽車清洗時(shí)具有較佳的耐損傷性。而且 所顯示的也是耐手工清洗性較佳的一種配方。