塑料 劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估-編制說明

《塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估》國家標(biāo)準(zhǔn)

編制說明

一工作任務(wù)來源

國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2021年12月下達(dá)了國家標(biāo)準(zhǔn)《塑料劃

痕損傷和劃痕可見性的定量評估》的制定任務(wù)，計劃編號為

20214933-T-606，項目周期24個月。本標(biāo)準(zhǔn)由中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)

會提出，由全國塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC15）歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)起草單位為成都產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院有限責(zé)任公司，

中藍(lán)晨光成都檢測技術(shù)有限公司、四川大學(xué)、西南交通大學(xué)等單位參

與。

二行業(yè)和產(chǎn)品概況

高分子材料已大量應(yīng)用于建材、包裝、汽車等領(lǐng)域，由于其表面

劃痕性能差，與尖銳物體相互作用時，容易形成劃痕，表面劃痕及機(jī)

理研究己經(jīng)引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。高分子材料表面的劃痕

行為對產(chǎn)品性能主要有三方面影響：產(chǎn)品外觀、耐久性和安全性。其

中，產(chǎn)品外觀涉及產(chǎn)品表面質(zhì)量和美觀，例如汽車內(nèi)外飾件、電子產(chǎn)

品外殼、包裝及標(biāo)簽、眼鏡鏡片、手表表鏡等由高分子材料加工成型

的配件，極易因人為的劃痕而影響產(chǎn)品整體的美觀和價值。產(chǎn)品表面

劃痕的出現(xiàn)會導(dǎo)致材料在紫外光輻射、熱、氧、水（酸堿）、高低溫

交替、填埋等惡劣的環(huán)境因素下使用時，材料老化及失效的速度會大

大加快，有效服役區(qū)間會明顯縮短。即使有涂層保護(hù)，涂層遭受外力

2

劃痕時，其防護(hù)作用也會大大降低，甚至失效，不能有效保證內(nèi)層材

料的正常使用壽命。另外，食品包裝材料，特別是高溫蒸煮型多層復(fù)

合高阻隔包裝膜、袋，因其可以大大延長食品的貨架期而被廣泛采用。

多層復(fù)合高阻隔包裝膜、袋的阻隔性能主要由外層高阻隔高分子材料

保障，包裝材料在食品封裝、蒸煮加工、運輸過程中受外界作用產(chǎn)生

劃痕，導(dǎo)致其外層材料阻隔性能下降，進(jìn)而影響食品貨架期，危害消

費者安全。除此之外，對于存儲設(shè)備，如光盤、硬盤等，由于高速旋

轉(zhuǎn)引起的劃痕，可能導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)的丟失，帶來不可挽回的損失。

因此，表征高分子材料的劃痕性能，特別是在GB/T41878-2022

《塑料劃痕性能的測定》的基礎(chǔ)上補(bǔ)充和完善高分子材料劃痕損傷

和劃痕可見性的國家標(biāo)準(zhǔn)，對于評價高分子材料的劃痕性能以及改善

產(chǎn)品劃痕性能尤為重要。

三制修訂目的意義

當(dāng)前廣泛使用的各種塑料制品劃痕性能的測試方法由汽車行業(yè)

發(fā)展而來。劃痕試驗是汽車內(nèi)外飾件表面質(zhì)量控制的常規(guī)檢測項目，

主要是檢查各種汽車內(nèi)外飾件表面受到硬物(鑰匙、硬幣等)劃痕等應(yīng)

力作用時發(fā)生的變化，例如塑料表面劃痕引起的變色、光澤改變。工

業(yè)界常用的塑料劃痕測試方法主要有五指劃痕試驗、十字劃痕試驗、

硬度試驗筆劃痕、摩擦色牢度劃痕、Taber摩擦儀劃痕等。

3

圖1目前常用的劃痕試驗

(a)五指劃痕試驗；(b)摩擦試驗；(c)十字劃痕試驗；（d）鉛筆劃痕；（e）Taber摩擦儀

圖2儀器化的劃痕試驗

五指劃痕試驗即以5個金屬手指狀的劃痕頭在不同載荷下劃過

材料表面形成刮痕，測試完成后在光線充足的環(huán)境下目視比較刮痕的

可見度；十字劃痕試驗是以固定載荷及間距在材料表面劃網(wǎng)格，測定

刮痕處的顏色變化，用ΔL*值代表的發(fā)白程度來表征材料的耐劃痕性

能，ΔL*值越大說明材料的耐劃痕性能越差；硬度試驗筆劃痕法通過

采用硬度筆不同規(guī)格的彈簧達(dá)到所需的載荷，其評價方法同五指劃痕

測試評價方法一致；摩擦色牢度劃痕試驗是將干摩擦布和濕摩擦布

(水、酒精、肥皂水和汽油等)在一定的載荷下與著色塑料制件進(jìn)行摩

擦，然后參照沾色灰度卡對摩擦布的沾色程度進(jìn)行評級；Taber摩擦

4

儀劃痕試驗采用Taber摩擦試驗儀安裝專用劃痕頭，測試時將開孔圓

形樣品固定在樣品臺上劃痕規(guī)定的圈數(shù)，然后采用目視評價法檢查樣

品表面的損傷程度。以上劃痕實驗方法雖被工業(yè)界廣泛采用，但其評

價結(jié)果因多采用定性參數(shù)，只能加載恒定載荷，載荷不能連續(xù)變化，

不能定量得到導(dǎo)致破壞的載荷和速率，難以對材料的表面劃痕行為深

入分析。GB/T41878-2022《塑料劃痕性能的測定》通過施加線性

增長載荷，將劃痕可見性、劃痕破壞形式與試驗載荷、切向劃痕力、

劃痕距離、臨界法向載荷等參數(shù)建立了對應(yīng)關(guān)系。

在上述測試方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合劃痕的人眼感知程度，本標(biāo)準(zhǔn)采

用三維顏色模型（如：HSI模型）定量分析劃痕損傷和劃痕可見性。

劃痕可改變光在試樣表面的吸收和反射，因此，劃痕形貌的變化與可

感知的顏色變化一致。HSI模型反映了人的視覺系統(tǒng)感知彩色的方式，

以色調(diào)、飽和度和強(qiáng)度三種基本特征量來感知顏色，而且它是一種主

觀視覺模型，與人感知顏色的結(jié)果一一對應(yīng)。因此，HSI模型被廣泛

應(yīng)用于人的視覺系統(tǒng)的圖像表示和處理系統(tǒng)中。

圖3不同類型的顏色模型

色調(diào)H(Hue)：與光波的波長有關(guān)，它表示人的感官對不同顏色

的感受，如紅色、綠色、藍(lán)色等，它也可表示一定范圍的顏色，如暖

5

色、冷色等。飽和度S(Saturation)：表示顏色的純度，純光譜色是

完全飽和的，加入白光會稀釋飽和度。飽和度越大，顏色看起來就會

越鮮艷，反之亦然。亮度I(Intensity)：對應(yīng)成像亮度和圖像灰度，

是顏色的明亮程度。劃痕損傷的嚴(yán)重程度可通過劃痕軌跡上三維顏色

模型的三個顏色坐標(biāo)值表示（例如：HSI顏色模型中的H、S、I三項

式），進(jìn)而建立了一種采用顏色坐標(biāo)值定量評估劃痕損傷和劃痕可見

性的方法。

該方法包括單次損傷和多次損傷兩種試驗。首先，通過施加恒定

載荷或線性增長載荷，采用面接觸刮頭或線接觸刮頭在試樣表面形成

劃痕。然后，掃描劃痕，生成數(shù)字化的劃痕圖像。最后，結(jié)合圖像分

析軟件定量評估劃痕損壞和劃痕可見性。

該標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化后，豐富了國內(nèi)高分子材料劃痕性能表征方法，有利

于高分子材料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估，在汽車、包裝、建

材等領(lǐng)域都有很好的推廣價值。

四標(biāo)準(zhǔn)制訂的原則

結(jié)合中國現(xiàn)有國情，加快和國際接軌的步伐，提高塑料行業(yè)的國

際競爭力的原則；積極采納國內(nèi)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品指標(biāo)和先進(jìn)技術(shù)，有利于促

進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性的原則；遵循一致性、協(xié)調(diào)性、易用性

原則。

五國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)情況調(diào)研

目前常用的塑料劃痕測試方法主要是各大汽車制造商的企業(yè)標(biāo)

準(zhǔn)，涉及五指劃痕試驗法和十字劃痕試驗法，以及GB/T41878-2022

6

塑料劃痕性能的測定、ASTMD7027-20采用儀器化劃痕儀評估聚合

物覆層和塑料耐劃痕性的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（StandardTestMethodfor

EvaluationofScratchResistanceofPolymericCoatingsand

PlasticsUsinganInstrumentedScratchMachine）、SN/T4449-2016

汽車內(nèi)飾材料耐刮擦試驗方法、EN438-2：2016裝飾用高壓層壓板

(HPL)熱固性樹脂基板材(通常稱為層壓制品)第2部分:性能的測

定（High-pressuredecorativelaminates(HPL)-Sheetsbasedon

thermosettingresins(usuallycalledlaminates)-Part2:

Determinationofproperties）。

類似的標(biāo)準(zhǔn)還有：EN16094:2021層壓地板微劃痕性能的測定

方法（Laminatefloorcoverings-Testmethodforthe

determinationofmicro-scratchresistance）、ISO20502:2005精

細(xì)陶瓷(高級陶瓷、高級工業(yè)陶瓷).用劃痕試驗測定陶瓷涂層的粘附

性（Fineceramics(advancedceramics,advancedtechnical

ceramics)—Determinationofadhesionofceramiccoatingsby

scratchtesting）、ISO1518-1:2019色漆和清漆耐劃痕性的測定第

1部分負(fù)荷恒定法（Paintsandvarnishes—Determinationof

scratchresistance—Part1:Constant-loadingmethod）、ISO

1518-2:2019色漆和清漆耐劃痕性的測定第2部分負(fù)荷改變法

（Paintsandvarnishes—Determinationofscratchresistance

—Part2:Variable-loadingmethod）、GB/T9279.1-2015色漆和

清漆耐劃痕性的測定第1部分負(fù)荷恒定法、GB/T9279.2-2015色

7

漆和清漆耐劃痕性的測定第2部分負(fù)荷改變法、GB/T6739-2006

色漆和清漆鉛筆法測定漆膜硬度。

與上述測試方法不同，ISO17541：2014建立了一種劃痕損壞和

劃痕可見性的定量評估方法。該方法包括單次損傷和多次損傷兩種試

驗。首先，通過施加恒定載荷或線性增長載荷，采用面接觸刮頭或線

接觸刮頭在試樣表面形成劃痕。然后，掃描劃痕，生成數(shù)字化的劃痕

圖像。最后，結(jié)合圖像分析軟件定量評估劃痕損壞和劃痕可見性。通

過線性遞增地施加法向載荷，從而在材料表面的劃痕路徑上形成持續(xù)

變化的損傷形貌。儀器化的劃痕機(jī)試驗通過加載連續(xù)載荷或調(diào)節(jié)劃痕

速度測試試樣表面開始破壞或產(chǎn)生劃痕的臨界法向載荷條件。

ISO17541：2014首次發(fā)布于2014年，2020年進(jìn)行了審查和確

認(rèn)，目前此版本為有效版本。

六標(biāo)準(zhǔn)制定工作過程

6.1標(biāo)準(zhǔn)制定準(zhǔn)備工作

2019年開始著手標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研，收集了相關(guān)文獻(xiàn)資料，對圖像分析

軟件進(jìn)行了相關(guān)培訓(xùn)，并進(jìn)一步校準(zhǔn)了標(biāo)準(zhǔn)譯文，加工了滿足本文件

要求的刮頭。

6.2制定過程

2022年2月22日順利召開了《塑料劃痕損傷和劃痕可見性的

定量評估》國家標(biāo)準(zhǔn)視頻工作會議，中藍(lán)晨光成都檢測技術(shù)有限公司、

成都產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院有限責(zé)任公司等共2個單位的3名代表參加

會議。本次會議由塑料標(biāo)委秘書長陳敏劍同志主持。標(biāo)準(zhǔn)起草單位介

8

紹了《塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估》標(biāo)準(zhǔn)文本譯文，與

會代表一起對內(nèi)容進(jìn)行討論，商定了工作方案和進(jìn)度，并形成如下意

見：進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)文本，調(diào)整文本結(jié)構(gòu)，并將“等同采用”調(diào)整為

“修改采用”；盡快開展驗證試驗。

2022年4月至11月，反復(fù)調(diào)整設(shè)備工裝及試驗參數(shù)，通過測試

不同材質(zhì)的塑料板材，得到驗證數(shù)據(jù)。同時開發(fā)專用軟件，便于后期

的結(jié)果處理。期間多次修改標(biāo)準(zhǔn)文本，并對文本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅度調(diào)

整，并增加了附錄A（資料性）“結(jié)構(gòu)編號對照一覽表”，將原ISO標(biāo)

準(zhǔn)附錄A和附錄B分別調(diào)整為本文件的附錄B和附錄C。

6.3征求意見

6.4預(yù)審會

6.5送審稿的編制

經(jīng)預(yù)審會討論，形成送審稿。

6.6送審稿

9

6.7報批稿

在評審會意見的基礎(chǔ)上，對送審稿做了修改，形成報批稿。

七標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容確定

本標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO17541：2014《塑料劃痕損傷和劃痕可見性

的定量評估》。

八主要試驗驗證的分析（驗證試驗詳見附件）

8.1試驗方案

表1試驗方案

單次損傷試驗多次損傷試驗

劃痕可見性

參數(shù)劃痕損傷(SDI)劃痕損傷(SDI)

(SVI)

[ΔD,Ss（或Rs）][Lnorm,Ss（或Rs）]

[Ic，Sc，Rs]

刮頭類型類型1或類型2類型2類型2

試驗載1N至70N，1N

10N，50N10N，50N

試驗條荷至160N

件試驗速

1mm/s，100mm/s1mm/s，100mm/s1mm/s，100mm/s

度

樣品PP（紅、黃、黑）、PMMA（紅、黃、黑）

長寬均不小于150

試樣尺寸長度不小于150mm，厚度大于2mm

mm，厚度大于2mm

8.2驗證過程

驗證試驗詳見附件。

8.3驗證試驗結(jié)論

恒定載荷模式下，根據(jù)材料類型設(shè)定不同的最大載荷，通過劃痕

儀獲得劃痕曲線，獲得了塑料試樣的劃痕數(shù)據(jù)，掃描劃痕，生成數(shù)字

10

化的劃痕圖像，結(jié)合圖像分析軟件定量評估塑料劃痕損傷。線性增長

載荷模式下，根據(jù)材料類型設(shè)定不同的最大載荷，通過劃痕儀獲得劃

痕曲線，獲得了塑料試樣的劃痕數(shù)據(jù)，掃描劃痕，生成數(shù)字化的劃痕

圖像，結(jié)合圖像分析軟件定量評估塑料劃痕損傷。不同顏色的同種材

料劃痕損傷和劃痕可見性有差異，與人眼感知的差異類似，不同材料

的劃痕性能差異明顯。本方法可定量分析塑料材料劃痕性能。恒定載

荷和線性增長載荷模式下，試驗載荷（法向力）的選擇應(yīng)根據(jù)劃痕是

否出現(xiàn)中度到重度的劃痕破壞為準(zhǔn)，僅僅出現(xiàn)擦痕時（表面的輕微破

壞）無法評估劃痕。

九有關(guān)本標(biāo)準(zhǔn)說明

（1）本標(biāo)準(zhǔn)名稱為《塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估》。

（2）本標(biāo)準(zhǔn)為首次制定。

（3）本標(biāo)準(zhǔn)適用于表面涂覆和未涂覆的熱塑性模塑材料和熱固

性模塑材料。

（4）本標(biāo)準(zhǔn)編寫格式按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則—

第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》要求結(jié)合國情起草本標(biāo)準(zhǔn)。

十與現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)屬于方法標(biāo)準(zhǔn)，不涉及生產(chǎn)安全、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源等

方面的法律法規(guī)要求，也不屬于食品衛(wèi)生安全、人身安全等強(qiáng)制性國

家標(biāo)準(zhǔn)，所以本標(biāo)準(zhǔn)與國家現(xiàn)行法律法規(guī)和強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無沖

突。

11

十一重大分歧意見的處理

無

十二貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)和用戶單位應(yīng)認(rèn)真貫徹新標(biāo)

準(zhǔn)，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。建議在相關(guān)行業(yè)會議

上介紹該標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，使業(yè)內(nèi)各企業(yè)熟悉該標(biāo)準(zhǔn)。

十三廢止現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無

十四其他應(yīng)予以說明的事項

無

12

塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估

（征求意見稿）

試驗報告

標(biāo)準(zhǔn)編制組

2023年3月

目錄

一、試驗方案...................................................................................................................................1

二、劃痕可見性（線性增長載荷）...............................................................................................2

2.1PMMA（100mm/s）.......................................................................................................2

2.1.1黑色PMMA............................................................................................................2

2.1.2紅色PMMA............................................................................................................3

2.1.3黃色PMMA............................................................................................................4

2.2PP（100mm/s）................................................................................................................5

2.2.1黑色PP...................................................................................................................5

2.2.2紅色PP...................................................................................................................6

2.2.3黃色PP...................................................................................................................6

2.3PP（1mm/s）....................................................................................................................7

2.3.1黑色PP...................................................................................................................7

2.3.2紅色PP...................................................................................................................8

2.3.3黃色PP...................................................................................................................8

三、劃痕損傷（恒定載荷）...........................................................................................................9

3.1PMMA（100mm/s）.........................................................................................................9

3.1.1黑色PMMA............................................................................................................9

3.1.2紅色PMMA............................................................................................................9

3.1.3黃色PMMA............................................................................................................9

3.2PP（100mm/s）................................................................................................................9

3.2.1黑色PP.................................................................................................................10

3.2.2紅色PP.................................................................................................................10

3.2.3黃色PP.................................................................................................................11

3.3PP（1mm/s）..................................................................................................................12

3.3.1黑色PP.................................................................................................................12

3.3.2紅色PP.................................................................................................................13

3.3.3黃色PP.................................................................................................................13

四、驗證試驗結(jié)論.........................................................................................................................14

1

一、試驗方案

試驗方案見表1。

表1試驗方案

單次損傷試驗多次損傷試驗

參數(shù)劃痕損傷(SDI)劃痕可見性(SVI)劃痕損傷(SDI)

[ΔD,Ss（或Rs）][Ic，Sc，Rs][Lnorm,Ss（或Rs）]

刮頭類型類型1或類型2類型2類型2

試驗載荷10N，50N1N至70N，1N至160N10N，50N

試驗條件

試驗速度1mm/s，100mm/s1mm/s，100mm/s1mm/s，100mm/s

樣品PP（紅、黃、黑）、PMMA（紅、黃、黑）

試樣尺寸長度不小于150mm，厚度大于2mm長寬均不小于150mm，厚度大于2mm

1

二、劃痕可見性（線性增長載荷）

2.1PMMA（100mm/s）

線性增長載荷1-70N、1-160N，劃痕速度100mm/s，劃痕長度

100mm。

2.1.1黑色PMMA

2

2.1.2紅色PMMA

3

2.1.3黃色PMMA

4

2.2PP（100mm/s）

線性增長載荷1-70N，劃痕速度100mm/s，劃痕長度100mm。

2.2.1黑色PP

5

2.2.2紅色PP

2.2.3黃色PP

6

2.3PP（1mm/s）

線性增長載荷1-70N，劃痕速度1mm/s，劃痕長度70mm。

2.3.1黑色PP

7

2.3.2紅色PP

2.3.3黃色PP

8

三、劃痕損傷（恒定載荷）

3.1PMMA（100mm/s）

恒定載荷100N（設(shè)備最大恒定載荷），劃痕速度100mm/s，劃

痕長度100mm。

3.1.1黑色PMMA

3.1.2紅色PMMA

3.1.3黃色PMMA

3.2PP（100mm/s）

恒定載荷20N、50N，劃痕速度100mm/s，劃痕長度100mm。

9

3.2.1黑色PP

20N

50N

3.2.2紅色PP

20N

50N

10

3.2.3黃色PP

20N

50N

11

3.3PP（1mm/s）

恒定載荷50N，劃痕速度1mm/s，劃痕長度70mm。

3.3.1黑色PP

12

3.3.2紅色PP

3.3.3黃色PP

13

四、驗證試驗結(jié)論

恒定載荷模式下，根據(jù)材料類型設(shè)定不同的載荷，通過劃痕儀獲

得劃痕曲線，獲得了塑料試樣的劃痕數(shù)據(jù)，掃描劃痕，生成數(shù)字化的

劃痕圖像，結(jié)合圖像分析軟件定量評估塑料劃痕損傷。線性增長載荷

模式下，根據(jù)材料類型設(shè)定不同的最大載荷，通過劃痕儀獲得劃痕曲

線，獲得了塑料試樣的劃痕數(shù)據(jù)，掃描劃痕，生成數(shù)字化的劃痕圖像，

結(jié)合圖像分析軟件定量評估塑料劃痕損傷。不同顏色的同種材料劃痕

損傷和劃痕可見性有差異，不同材料的劃痕性能差異明顯。本方法可

定量分析塑料材料劃痕性能。恒定載荷和線性增長載荷模式下，試驗

載荷（法向力）的選擇應(yīng)根據(jù)劃痕是否出現(xiàn)中度到重度的劃痕破壞為

準(zhǔn)，僅出現(xiàn)擦痕時無法評估劃痕。

14

塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估

（征求意見稿）

編制說明

編制日期：2023年3月

《塑料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估》國家標(biāo)準(zhǔn)

編制說明

一工作任務(wù)來源

國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2021年12月下達(dá)了國家標(biāo)準(zhǔn)《塑料劃

痕損傷和劃痕可見性的定量評估》的制定任務(wù)，計劃編號為

20214933-T-606，項目周期24個月。本標(biāo)準(zhǔn)由中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)

會提出，由全國塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC15）歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)起草單位為成都產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院有限責(zé)任公司，

中藍(lán)晨光成都檢測技術(shù)有限公司、四川大學(xué)、西南交通大學(xué)等單位參

與。

二行業(yè)和產(chǎn)品概況

高分子材料已大量應(yīng)用于建材、包裝、汽車等領(lǐng)域，由于其表面

劃痕性能差，與尖銳物體相互作用時，容易形成劃痕，表面劃痕及機(jī)

理研究己經(jīng)引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。高分子材料表面的劃痕

行為對產(chǎn)品性能主要有三方面影響：產(chǎn)品外觀、耐久性和安全性。其

中，產(chǎn)品外觀涉及產(chǎn)品表面質(zhì)量和美觀，例如汽車內(nèi)外飾件、電子產(chǎn)

品外殼、包裝及標(biāo)簽、眼鏡鏡片、手表表鏡等由高分子材料加工成型

的配件，極易因人為的劃痕而影響產(chǎn)品整體的美觀和價值。產(chǎn)品表面

劃痕的出現(xiàn)會導(dǎo)致材料在紫外光輻射、熱、氧、水（酸堿）、高低溫

交替、填埋等惡劣的環(huán)境因素下使用時，材料老化及失效的速度會大

大加快，有效服役區(qū)間會明顯縮短。即使有涂層保護(hù)，涂層遭受外力

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劃痕時，其防護(hù)作用也會大大降低，甚至失效，不能有效保證內(nèi)層材

料的正常使用壽命。另外，食品包裝材料，特別是高溫蒸煮型多層復(fù)

合高阻隔包裝膜、袋，因其可以大大延長食品的貨架期而被廣泛采用。

多層復(fù)合高阻隔包裝膜、袋的阻隔性能主要由外層高阻隔高分子材料

保障，包裝材料在食品封裝、蒸煮加工、運輸過程中受外界作用產(chǎn)生

劃痕，導(dǎo)致其外層材料阻隔性能下降，進(jìn)而影響食品貨架期，危害消

費者安全。除此之外，對于存儲設(shè)備，如光盤、硬盤等，由于高速旋

轉(zhuǎn)引起的劃痕，可能導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)的丟失，帶來不可挽回的損失。

因此，表征高分子材料的劃痕性能，特別是在GB/T41878-2022

《塑料劃痕性能的測定》的基礎(chǔ)上補(bǔ)充和完善高分子材料劃痕損傷

和劃痕可見性的國家標(biāo)準(zhǔn)，對于評價高分子材料的劃痕性能以及改善

產(chǎn)品劃痕性能尤為重要。

三制修訂目的意義

當(dāng)前廣泛使用的各種塑料制品劃痕性能的測試方法由汽車行業(yè)

發(fā)展而來。劃痕試驗是汽車內(nèi)外飾件表面質(zhì)量控制的常規(guī)檢測項目，

主要是檢查各種汽車內(nèi)外飾件表面受到硬物(鑰匙、硬幣等)劃痕等應(yīng)

力作用時發(fā)生的變化，例如塑料表面劃痕引起的變色、光澤改變。工

業(yè)界常用的塑料劃痕測試方法主要有五指劃痕試驗、十字劃痕試驗、

硬度試驗筆劃痕、摩擦色牢度劃痕、Taber摩擦儀劃痕等。

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圖1目前常用的劃痕試驗

(a)五指劃痕試驗；(b)摩擦試驗；(c)十字劃痕試驗；（d）鉛筆劃痕；（e）Taber摩擦儀

圖2儀器化的劃痕試驗

五指劃痕試驗即以5個金屬手指狀的劃痕頭在不同載荷下劃過

材料表面形成刮痕，測試完成后在光線充足的環(huán)境下目視比較刮痕的

可見度；十字劃痕試驗是以固定載荷及間距在材料表面劃網(wǎng)格，測定

刮痕處的顏色變化，用ΔL*值代表的發(fā)白程度來表征材料的耐劃痕性

能，ΔL*值越大說明材料的耐劃痕性能越差；硬度試驗筆劃痕法通過

采用硬度筆不同規(guī)格的彈簧達(dá)到所需的載荷，其評價方法同五指劃痕

測試評價方法一致；摩擦色牢度劃痕試驗是將干摩擦布和濕摩擦布

(水、酒精、肥皂水和汽油等)在一定的載荷下與著色塑料制件進(jìn)行摩

擦，然后參照沾色灰度卡對摩擦布的沾色程度進(jìn)行評級；Taber摩擦

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儀劃痕試驗采用Taber摩擦試驗儀安裝專用劃痕頭，測試時將開孔圓

形樣品固定在樣品臺上劃痕規(guī)定的圈數(shù)，然后采用目視評價法檢查樣

品表面的損傷程度。以上劃痕實驗方法雖被工業(yè)界廣泛采用，但其評

價結(jié)果因多采用定性參數(shù)，只能加載恒定載荷，載荷不能連續(xù)變化，

不能定量得到導(dǎo)致破壞的載荷和速率，難以對材料的表面劃痕行為深

入分析。GB/T41878-2022《塑料劃痕性能的測定》通過施加線性

增長載荷，將劃痕可見性、劃痕破壞形式與試驗載荷、切向劃痕力、

劃痕距離、臨界法向載荷等參數(shù)建立了對應(yīng)關(guān)系。

在上述測試方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合劃痕的人眼感知程度，本標(biāo)準(zhǔn)采

用三維顏色模型（如：HSI模型）定量分析劃痕損傷和劃痕可見性。

劃痕可改變光在試樣表面的吸收和反射，因此，劃痕形貌的變化與可

感知的顏色變化一致。HSI模型反映了人的視覺系統(tǒng)感知彩色的方式，

以色調(diào)、飽和度和強(qiáng)度三種基本特征量來感知顏色，而且它是一種主

觀視覺模型，與人感知顏色的結(jié)果一一對應(yīng)。因此，HSI模型被廣泛

應(yīng)用于人的視覺系統(tǒng)的圖像表示和處理系統(tǒng)中。

圖3不同類型的顏色模型

色調(diào)H(Hue)：與光波的波長有關(guān)，它表示人的感官對不同顏色

的感受，如紅色、綠色、藍(lán)色等，它也可表示一定范圍的顏色，如暖

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色、冷色等。飽和度S(Saturation)：表示顏色的純度，純光譜色是

完全飽和的，加入白光會稀釋飽和度。飽和度越大，顏色看起來就會

越鮮艷，反之亦然。亮度I(Intensity)：對應(yīng)成像亮度和圖像灰度，

是顏色的明亮程度。劃痕損傷的嚴(yán)重程度可通過劃痕軌跡上三維顏色

模型的三個顏色坐標(biāo)值表示（例如：HSI顏色模型中的H、S、I三項

式），進(jìn)而建立了一種采用顏色坐標(biāo)值定量評估劃痕損傷和劃痕可見

性的方法。

該方法包括單次損傷和多次損傷兩種試驗。首先，通過施加恒定

載荷或線性增長載荷，采用面接觸刮頭或線接觸刮頭在試樣表面形成

劃痕。然后，掃描劃痕，生成數(shù)字化的劃痕圖像。最后，結(jié)合圖像分

析軟件定量評估劃痕損壞和劃痕可見性。

該標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化后，豐富了國內(nèi)高分子材料劃痕性能表征方法，有利

于高分子材料劃痕損傷和劃痕可見性的定量評估，在汽車、包裝、建

材等領(lǐng)域都有很好的推廣價值。