For at forbedre auto -belægninger, nye tests gør mere end at ridse overfladen

Kender du den kvalmende følelse, når du forlader købmanden og finder, at din bil er blevet slået af en løbende indkøbskurv? Det kan en dag bare være en dårlig hukommelse, hvis bilproducenter gør brug af en ny pakke tests, der er udviklet af National Institute of Standards and Technology (NIST) og tre branchepartnere. Data fra disse tests kan i sidste ende hjælpe dit køretøjs ydre bedre med at forsvare sig mod dings, buler, ridser og ting, der støder på motorvejen.

I et nyt papir i tidsskriftet Fremskridt inden for organiske belægninger , forskere fra fire organisationer - NIST og branchepartnere Eastman Chemical Co., Hyundai America Technical Center og Anton Paar USA - beskriver tre versioner af en hurtig, pålidelig laboratoriemetode til simulering af ridseprocesser på bilens klarlakker (den øverste, eller overflade, lag af en udvendig polymerkompositbelægning). Testene er designet til at give producenterne en bedre forståelse af mekanismerne bag disse processer, så fremtidige belægningsmaterialer kan gøres mere ridsebestandige og modstandsdygtige.

Stærkere, mere robuste belægninger er vigtige for at imødekomme både forbruger- og industrielle krav. For eksempel, statistikker viser, at:folk holder deres biler længere og ønsker, at de skal forblive attraktive (dem, der ejer biler i mere end to år, steg 41 procent fra 2006 til 2015); næsten 600, 000 chauffører arbejder for ride-delingstjenester i USA, der kræver, at de bevarer bilens udseende; forbedret lakholdbarhed er konsekvent blandt de tre bedste krav til ydeevne for producenter af originalt udstyr; og 60 procent af alle forbrugerklager over biler tilskrives malingskrammer og spånfejl.

I øjeblikket, automobilbelægningsproducenter bruger to enkle testmetoder til at evaluere klarlakets ridsefasthed og forudsige ydeevne i marken:crockmeteret og Amtech-Kistler bilvask. Førstnævnte er en enhed, der bruger en robot 'finger', der bevæger sig frem og tilbage med varierende kraft for at efterligne skader fra menneskelig kontakt og slibende overflader.

"Desværre, begge metoder vurderer kun klarcoats ydeevne baseret på udseende, et kvalitativt mål, hvor resultaterne varierer fra test til test og de giver ikke de kvantitative data, der videnskabeligt hjælper os med at forstå, hvad der sker med auto finish i det virkelige liv, "sagde NIST -fysikeren Li Piin Sung, en af ​​forfatterne til det nye papir. "Vi demonstrerede en testmetode, der karakteriserer ridsemekanismer på molekylært niveau, fordi det er her kemi og fysik sker ... og hvor belægninger kan konstrueres til at være mere modstandsdygtige."

For deres testmetode, forskerne bankede først på en stylus med en diamant på tværs af overfladen af ​​en polymersammensat prøve for at kortlægge dens morfologi, brugte derefter pennen til at lave en ridse og til sidst, gentog og remappede overfladen. Tre forskellige skalaer med ridsetest - nano, mikro og makro - blev udført ved hjælp af spidser af forskellig størrelse og forskellige kraftområder.

De kvantitative forskelle mellem pre-scratch og post-scratch-profilerne, sammen med mikroskopiske analyser af ridser, givet værdifulde data om sårbarhed over for deformation (hvor dybt går ridsen?), brudmodstand (Hvor meget kraft skal der til for at knække kompositten?) og modstandsdygtighed (hvor meget genvinder materialet fra den fysiske fornærmelse?).

NIST kørte nano-ridse-testen med en spidsradius på 1 mikrometer (en mikrometer er en milliontedel af en meter, eller omkring en femtedel af diameteren af ​​en streng edderkoppesilke) og et kraftområde mellem 0 og 30 micronwton (en micronewton er en milliontedel af et newton, eller omkring 20 milliontedele af et pund kraft). Anton Parr lavede mikro-ridse-testen med en spids på 50 mikrometer og et kraftområde mellem 25 mikronwton og 5 newton (svarende til 5 milliontedele af et pund til 1,25 pund kraft), mens Eastman Chemical udførte makro-ridsetesten med en 200 mikrometer spids og et kraftområde mellem 0,5 og 30 newton (svarende til en tiendedel af et pund til 7,5 pund kraft).

When scratches in the clearcoat are a few micrometers in depth and width, and occur without fracture, they are referred to as mars. These shallow, difficult-to-see deformations, Sung said, are most often the result of car washing. She explained that the nano-scratch test performed at NIST provided the best data on the mechanisms of marring and light scratches while the micro- and macro-scratch tests conducted by NIST's partners were better at yielding detailed information about the larger, deeper and more visible deformations known as fracture scratches—the injuries caused by keys, tree branches, shopping carts and other solid objects.

"Data from the nano-scratch test also proved best for determining how well the coating responded to physical insult based on its crosslink density, the measure of how tightly the polymer components are bound together, " Sung said. "With this molecular-level understanding, clearcoat formulas can be improved so that they yield materials dense enough to be scratch resistant and resilient but not so hard that they cannot be worked with easily."

The researchers concluded that to get the truest evaluation of clearcoat performance, the nano-, micro- and macro-scratch tests should be conducted in conjunction with the current industry standard methods.

"Den vej, one gets the complete picture of an auto body coating, both qualitatively and quantitatively characterized, so that the tougher coatings created in the lab will work just as well on the road, " Sung said.