汪 進 李文忠 沈國峰
(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院,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)品的一項重要技術指標。學者們對影響家具表面漆膜耐磨性能的相關因素進行研究,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系[8-16];同時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方法大多直接采用ISO標準,家具表面漆膜的耐磨標準尚未采標,因此有學者對家具、地板等行業(yè)的國內(nèi)外標準進行比較研究[21-25],以借鑒國外標準中適合國內(nèi)情況的內(nèi)容彌補國內(nèi)標準。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)品進行驗證試驗,主要研究砂布預處理溫濕度、樣品預處理溫濕度和砂布磨損能力等3個因素對家具表面漆膜磨耗量的影響,為我國國標的修訂和采標提供技術參考。
同一批次家具漆板樣品265件,尺寸為100 mm×100 mm×18 mm,其中用于砂布校準的樣品15件,用于家具表面漆膜耐磨正交試驗的樣品225件,用于家具表面漆膜耐磨累計試驗的樣品25件;砂布5種,P180粒度,分別購于上?,F(xiàn)代環(huán)境工程技術股份有限公司、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備有限公司;標準鋅板,型號為Taber S-34,購于美國Taber公司。
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。
1.3.1 砂布校準
按照ISO/DIS4211-5:2020對砂布進行校準,將標準鋅板夾在試件架上,開啟吸塵裝置,置計數(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處理過的砂布,將相同的標準鋅板夾在試件架上,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,標準鋅板總的質(zhì)量損失應在(120±20)mg范圍內(nèi)。使用標準鋅板對同為P180粒度的A、B、C、D、E 5種砂布進行校準,校準后,標準鋅板的質(zhì)量損失越大,說明砂布的磨損能力越強,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)標準鋅板校準的結(jié)果均符合ISO標準要求,結(jié)果見表1。對每種砂布的3次校準結(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結(jié)果Tab.1 Calibration results of 5 kinds of abrasive cloth wear ability
1.3.2 預處理條件設定
設定3種溫濕度條件來預處理樣品和砂布,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,進行正交試驗,研究樣品和砂布的預處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響。其中預處理條件(1)與ISO標準規(guī)定的條件一致。
1.3.3 試驗步驟
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,立即進行試驗。用脫脂紗布將試件表面擦凈并稱重,精確至1 mg,計為m;4)把準備好的研磨輪安裝在磨耗儀上,置計數(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。100 r后,取下試件,除去表面浮灰稱量,精確至1 mg,計為m1;5)每個試件表面耐磨的磨耗量F=m-m1;6)每組取5個試件磨耗量的平均值作為檢測結(jié)果。
對家具表面漆膜進行耐磨性能的正交試驗,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。當采取預處理條件(2)時,試件的磨耗量比預處理條件(1)減少了9.0%。當采取預處理條件(3)時,試件的磨耗量比預處理條件(1)增加了13.4%。當采取預處理條件(2)時,試件的磨耗量比預處理條件(3)減少了19.7%??梢姴煌瑴貪穸拳h(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Tab.2 Orthogonal test of abrasion resistance of paint film on furniture surface
圖1 反映了3 種砂布預處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響。由圖1 可見,在樣品預處理溫濕度相同時,家具表面漆膜磨耗量隨著砂布磨損能力的增強而增大,家具表面漆膜磨耗量隨著砂布預處理溫濕度的增大而減小。當砂布預處理條件為(2)時,家具表面的漆膜磨耗量最大;砂布預處理條件為(1)時,家具表面漆膜的磨耗量次之;而當砂布預處理條件為(3)時,家具表面的漆膜磨耗量最小。其中,條件(1)為ISO標準規(guī)定的預處理溫濕度。經(jīng)條件(2)的低溫低濕預處理后,砂布變干變硬,磨損能力增強,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
圖2 所示體現(xiàn)了3 種樣品預處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量的影響。由圖2 可知,在砂布預處理溫濕度相同時,家具表面漆膜磨耗量隨著砂布磨損能力的增強而增大,家具表面漆膜磨耗量隨著樣品預處理溫濕度的增大而增大。樣品預處理條件為(2)時,家具表面漆膜的磨耗量最小;樣品預處理條件為(1)時,家具表面漆膜的磨耗量次之;樣品預處理條件為(3)時,家具表面漆膜的磨耗量最大。經(jīng)條件(2)的低溫低濕預處理后,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)的高溫高濕預處理后,樣品變濕變軟,砂布對樣品的磨損能力增強,對家具表面漆膜造成的磨耗量隨之變大。
圖2 3 種樣品預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
按照ISO標準規(guī)定的樣品和砂布預處理溫濕度(均為23℃、50%RH),即本試驗的預處理條件(1)進行試驗,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標準規(guī)定,砂布校準范圍在(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,標準差為19.68,標準方差為387.3。樣品經(jīng)5種砂布磨損100 r后的磨耗量分別除以5種砂布對應的修正系數(shù)K后,其極差為9 mg,標準差為3.44,標準方差為11.8,說明修正后的數(shù)據(jù)更穩(wěn)定,波動范圍更小。
表3 家具表面漆膜耐磨累計試驗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,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
1)砂布和樣品的預處理溫濕度對家具表面漆膜磨耗量影響較大,當采取預處理條件(2)時,試件的磨耗量比預處理條件(1)減少了9.0%;采取預處理條件(3)時,試件的磨耗量比預處理條件(1)增加13.4%。采取預處理條件(2)時,試件的磨耗量比預處理條件(3)減少了19.7%。
2)在樣品預處理溫濕度相同時,家具表面漆膜磨耗量隨著砂布磨損能力的增強而增大,家具表面漆膜磨耗量隨著砂布預處理溫濕度的增大而減小。在砂布預處理溫濕度相同時,家具表面漆膜磨耗量隨著砂布磨損能力的增強而增大,家具表面漆膜磨耗量隨著樣品預處理溫濕度的增大而增大。因此在檢測過程中需嚴格按照標準規(guī)定的溫濕度進行預處理,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。