DE102004021888A1 - Verfahren zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Kunststoffoberflächen - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Kunststoffoberflächen beschrieben, bei dem mit Hilfe eines Kratzstiftes auf der Oberfläche des Kunststoffs Felder mit mehreren Kratzspuren erzeugt werden, an denen das Streulicht der Felder mittels eines geeigneten Beleuchtungs- und Empfängersystems gemessen wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Oberflächen von Kunststoffen oder lackierten Gegenständen, bei dem mit Hilfe eines Kratzstiftes auf der Oberfläche des Kunststoffs oder Lackes Spuren erzeugt werden, aus denen die Schädigung der Oberfläche beurteilt wird.
- Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Kratztests zur Bestimmung der Qualität von Kunststoffoberflächen oder Lacken bekannt. Bei dem sogenannten Single-Scratch-Test wird ein einzelner Kratzer auf der Kunststoffoberfläche mit Hilfe einer Kratznadel erzeugt, die mit einer kontinuierlich gesteigerten Auflagekraft über die Kunststoffoberfläche geführt wird. Die Auswertung erfolgt optisch mikroskopisch danach, bei welcher Kraft ein Schaden an der Oberfläche im Mikroskop oder visuell sichtbar erzeugt wird. Dieser Test liefert nur Aussagen über den mechanischen Grad der Oberflächenstörung abhängig vom Druck.
- Bei dem bekannten Testverfahren mit Hilfe des Nanoindenters wird mit Hilfe einer Kratznadel, die einen spitzen Durchmesser im Nanometergrößenordnungsbereich hat, die mechanische Widerstandsfähigkeit einer Oberfläche anhand des E-Moduls, der Härte oder des Rückstellverhaltens der Oberfläche untersucht. Die optische Qualität der Oberflächenstörung wird hierbei nicht betrachtet.
- Gemäß der Prüfnorm ISO 1518 wird ähnlich wie bei dem o.g. Single-Scratch-Test eine lackierte Metallplatte mit einer größeren Kratznadel (0,5 mm Spitzendurchmesser) bearbeitet. Es wird hierbei lediglich bestimmt, ab welchem Auflagekraft die Kratznadel die Lackschicht durchdringt und auf die darunter befindliche Metallplatte stößt.
- Allen genannten Kratztest ist es gemeinsam, das ein einzelner Kratzer mit über die Kratzerlänge steigender Kratzkraft untersucht wird. Der Kratzer wird hierbei mikroskopisch untersucht, wobei verschiedene Kriterien zugrunde gelegt werden, die eine Beschichtung als kratzfest oder nicht kratzfest charakterisieren: z.B. Rattermarken der Kratznadel, Durchstoßen der Beschichtung oder splitterndes Abplatzen der Beschichtung. Wie beschrieben wird dazu jeweils die Kratzkraft festgehalten, die für die einzelne Schädigung nötig ist. Keines der genannten Kriterien bei den aus dem Stand der Technik bekannten Methoden sagt jedoch etwas über die optische Streuwirkung aus, die für den Anwender von Kunststoffteilen, Kunststoffverschiebungen oder dergleichen von entscheidender Bedeutung ist.
- Aufgabe der Erfindung war es daher ein Messverfahren bereitzustellen, das die optische Qualität einer Oberflächenstörung in Abhängigkeit von der Kratzbeanspruchung quantitativ bestimmen kann.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Kunststoffoberflächen oder Lackoberflächen, das Gegenstand der Erfindung ist, und bei dem mit Hilfe eines Kratzstiftes auf der Oberfläche einer Probe oder mehrerer Proben eines oder mehrere Felder mit mehreren, vorzugsweise mindestens mit 10 Kratzspuren erzeugt werden und nacheinander das in den einzelnen Feldern durch die Kratzspuren entstehende Streulicht eines auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls bestimmt wird, wobei im Falle von mehreren Feldern die Auflagekraft des Kratzstiftes von Feld zu Feld variiert wird und hierbei die Auflagekraft des Kratzstiftes der Kratzspuren in einem Feld gleich bleibt.
- Bevorzugt wird als Kratzstift eine Hartmetallspitze mit Kugelform und einem spitzen Durchmesser von der Größenordnung 0,5 bis 2 mm verwendet.
- Die Auflagekraft des Kratzstiftes variiert bevorzugt von Feld zu Feld im Bereich von 2 N bis 20 N.
- Als Lichtquelle für die Streulichtmessung dienen üblicherweise konventionelle Lichtquellen- oder Laserlicht.
- Das Verfahren kann sowohl in Durchstrahlung der Proben (bei transparenten Kunststoffen) oder unter Messung der Rückstreuung durchgeführt werden. Bei der Durchstrahlung wird das Streulicht nach dem Durchgang durch die Probe gemessen. Bei nicht nichttransparenten Proben wird die Intensität der Reflexion eines unter einem Winkel von 10° bis 90°, bevorzugt von 20° bis 85°, auf die Probenoberfläche auftreffenden Lichtstrahls bestimmt.
- Für die Durchstrahlungsmessung kann insbesondere ein handelsübliches Trübungsmessgerät (nach ASTM D 1003) und für die nichttransparente Probe ein Glanzmessgerät (nach ASTM D 523) verwendet werden.
- Das Messverfahren eignet sich sowohl für die Beurteilung der Kratzfestigkeit von Kunststoffteilen und Kunststoffformkörpern, wie von Lackschichten oder von mit Lacken beschichteten Kunststoffteilen.
- Als Kunststoffe kommen alle handelsüblichen insbesondere nicht elastischen Kunststoffe in Frage. Dies sind z.B. thermoplastische Kunststoffe wie Polycarbonat, Polyester, Polyamid, Polyalkylene, insbesondere Polypropylen, Polyacrylate, insbesondere Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid Polyethylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid und Polyurethane. Die zu prüfenden Lackschichten oder Lacke sind z.B. transparente oder deckende Polyurethanlacke, Siloxanlacke, Acrylatlacke, mit Plasma abgeschiedene Schichten auf anorganischen und/oder organischen Siliziumverbindungen, Epoxydharzlacke und Polyesterlacke.
- Beispiele
- Es wurden zwei Proben verkratzt: Probe a) ist ein unbeschichtetes, transparentes aromatisches Polycarbonat Makrolon 3103, welches ein lineares Bisphenol-A-Polycarbonat der Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, ist mit einem Schmelzflussindex (MFX) von 6,5 g/10 min bei 300°C und 1,2 kg Belastung. Probe b) ist eine Margard-Platte MR5E, welche aus einem Bisphenol-A-Polycarbonat und einem transparenten, kratzfesten Siloxanlack AS 4000 der Firma General Electric besteht.
- Beide Proben hatten die Größe 20 × 10 cm2 und wurden in gleicher Weise verkratzt und anschließend vermessen.
- Als Kratzstift wurde ein Dur-o-Test Stift der Firma Byk Gardner verwendet, der in die Halterung eines 3-D Roboters (ISEL 242500 der Firma Isel Automation) eingespannt wurde. Dann wurde eine Kratzkraft von 1 bis 13 Newton eingestellt und jeweils ein Feld von 30 × 30 mm2 mit einem Kratzerabstand von 1 mm verkratzt. Diese 13 Felder wurden anschließend in einem Trübungsmessgerät (Haze Gard der Firma Byk Gardner) auf ihre Trübung vermessen. Die Ergebnisse sind in
1 bzw. Tabelle 1 zu sehen. - Tabelle 1
- Man erkennt, dass man mit Hilfe der erfindungsgemäßen Methode eine eindeutige Differenzierung von Kratzproben verschiedener Kunststoffoberflächen anhand ihres Trübungsgrades erzielen kann.
- Typische Verkratzungen im Bereich von Automobilverglasungen aus Kunststoff z.B. durch Autoschlüssel oder Metallschnallen an Taschen oder Rucksäcken entsprechen einer Kratzkraft von 7 – 10 Newton.
Claims (5)
- Verfahren zur Prüfung der Kratzfestigkeit von Kunststoffoberflächen oder Lackoberflächen, das Gegenstand der Erfindung ist, und bei dem mit Hilfe eines Kratzstiftes auf der Oberfläche einer Probe oder mehrerer Proben eines oder mehrere Felder mit mehreren, vorzugsweise mindestens mit 10 Kratzspuren erzeugt werden und nacheinander das in den einzelnen Feldern durch die Kratzspuren entstehende Streulicht eines auf die Oberfläche gerichtete Lichtstrahls bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kratzstift eine Hartmetallspitze mit Kugelform und einem Spitzendurchmesser von der Größenordnung 0,5 bis 2 mm verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagekraft des Kratzstiftes von Feld zu Feld im Bereich von 0.1 N bis 20 N variiert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Proben Kunststoffteile und Kunststoffformkörper sowie Lackschichten oder mit Lacken beschichtete Kunststoffteile verwendet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in den einzelnen Feldern durch die Kratzspuren geschwächte Intensität der Reflexion eines unter einem Winkel von 10° bis 90° auf die Probenoberfläche auftreffenden Lichtstrahls bestimmt wird.
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