预处理条件和砂布磨损能力对家具漆膜磨耗量的影响*

汪 进 李文忠 沈国峰

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

家具表面漆膜的耐磨性能直接影响家具产品的美观和使用寿命，是家具产品的一项重要技术指标。学者们对影响家具表面漆膜耐磨性能的相关因素进行研究，从制造工艺角度对漆膜性能研究表明[1-7]，不同工艺对漆膜附着力有着决定性的影响；家具表面漆膜的耐磨性与产品本身和检测材料存在一定的关系[8-16]；同时受砂布条件变化的影响也较大[17-20]。我国家具表面漆膜理化性能试验方法大多直接采用ISO标准，家具表面漆膜的耐磨标准尚未采标，因此有学者对家具、地板等行业的国内外标准进行比较研究[21-25]，以借鉴国外标准中适合国内情况的内容弥补国内标准。本研究参 照ISO/DIS4211-5:2020Furniture—Tests for surface finishes—Part5:Assessment of resistance to abrasion中的方法，对我国家具产品进行验证试验，主要研究砂布预处理温湿度、样品预处理温湿度和砂布磨损能力等3个因素对家具表面漆膜磨耗量的影响，为我国国标的修订和采标提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

同一批次家具漆板样品265件，尺寸为100 mm×100 mm×18 mm，其中用于砂布校准的样品15件，用于家具表面漆膜耐磨正交试验的样品225件，用于家具表面漆膜耐磨累计试验的样品25件；砂布5种，P180粒度，分别购于上海现代环境工程技术股份有限公司、上海超光磨具有限公司、美国Taber公司、上海沪轩检测仪器有限公司和上海京阁仪器设备有限公司；标准锌板，型号为Taber S-34，购于美国Taber公司。

1.2 设备

磨耗仪，型号5155，美国Taber公司；恒温恒湿箱，型号ETH-150-00-CP-SD，巨孚仪器（苏州）有限公司；电子天平，型号MS403TS，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 砂布校准

按照ISO/DIS4211-5:2020对砂布进行校准，将标准锌板夹在试件架上，开启吸尘装置，置计数器为零，降下研磨轮，确保加载臂水平且施加在锌板上的力为（5.4±0.2）N，研磨500 r。擦净锌板后称重，精确至1 mg。将研磨轮上的砂布更换为同一批次未使用的预处理过的砂布，将相同的标准锌板夹在试件架上，降下研磨轮并开启吸尘装置。再将锌板研磨500 r，擦净后称重，精确至1 mg。按照ISO/DIS4211-5:2020要求，标准锌板总的质量损失应在（120±20）mg范围内。使用标准锌板对同为P180粒度的A、B、C、D、E 5种砂布进行校准，校准后，标准锌板的质量损失越大，说明砂布的磨损能力越强，家具表面漆膜的磨耗量也就越大。经检测，5种砂布A、B、C、D、E经标准锌板校准的结果均符合ISO标准要求，结果见表1。对每种砂布的3次校准结果的平均值除以120，记为修正系数K。

表1 5 种砂布磨损能力校准结果Tab.1 Calibration results of 5 kinds of abrasive cloth wear ability

1.3.2 预处理条件设定

设定3种温湿度条件来预处理样品和砂布，分别为：（1）温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%；（2）温度（10±2）℃、相对湿度（30±5）%；（3）温度（30±2）℃、相对湿度（90±5）%，以模拟春秋季、冬季低温低湿以及南方夏季高温高湿等3种室内环境条件，进行正交试验，研究样品和砂布的预处理温湿度对家具表面漆膜磨耗量的影响。其中预处理条件（1）与ISO标准规定的条件一致。

1.3.3 试验步骤

1）按照ISO/DIS4211-5:2020要求将家具漆板锯成试件，尺寸为100 mm×100 mm×18 mm；2）分别将试件和5种砂布置于上述3种条件的恒温恒湿箱中处理7 d；3）处理完成后，取出试件和砂布，立即进行试验。用脱脂纱布将试件表面擦净并称重，精确至1 mg，计为m；4）把准备好的研磨轮安装在磨耗仪上，置计数器为零。将试件夹持在试件架上，确保水平放置。将研磨轮降至试件上，确保加载臂水平且施加在试件上的力为（5.4±0.2）N。开启吸尘装置清除全部灰尘，并开始耐磨试验。100 r后，取下试件，除去表面浮灰称量，精确至1 mg，计为m1；5）每个试件表面耐磨的磨耗量F=m-m1；6）每组取5个试件磨耗量的平均值作为检测结果。

2 结果与分析

2.1 砂布预处理温湿度对家具表面漆膜磨耗量的影响

对家具表面漆膜进行耐磨性能的正交试验，取5种砂布处理下样品磨耗量的平均值作为检测结果，见表2。当采取预处理条件（2）时，试件的磨耗量比预处理条件（1）减少了9.0%。当采取预处理条件（3）时，试件的磨耗量比预处理条件（1）增加了13.4%。当采取预处理条件（2）时，试件的磨耗量比预处理条件（3）减少了19.7%。可见不同温湿度环境对家具表面漆膜的磨耗量影响很大。

表2 家具表面漆膜耐磨正交试验Tab.2 Orthogonal test of abrasion resistance of paint film on furniture surface

图1 反映了3 种砂布预处理温湿度对家具表面漆膜磨耗量的影响。由图1 可见，在样品预处理温湿度相同时，家具表面漆膜磨耗量随着砂布磨损能力的增强而增大，家具表面漆膜磨耗量随着砂布预处理温湿度的增大而减小。当砂布预处理条件为（2）时，家具表面的漆膜磨耗量最大；砂布预处理条件为（1）时，家具表面漆膜的磨耗量次之；而当砂布预处理条件为（3）时，家具表面的漆膜磨耗量最小。其中，条件（1）为ISO标准规定的预处理温湿度。经条件（2）的低温低湿预处理后，砂布变干变硬，磨损能力增强，对家具表面漆膜造成的磨耗量随之增大。经条件（3）的高温高湿预处理后，砂布变湿变软，磨损能力减弱，对家具表面漆膜造成的磨耗量也随之减小。

图1 3 种砂布预处理温湿度对家具表面漆膜磨耗量的影响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

2.2 样品预处理温湿度对家具表面漆膜磨耗量的影响

图2 所示体现了3 种样品预处理温湿度对家具表面漆膜磨耗量的影响。由图2 可知，在砂布预处理温湿度相同时，家具表面漆膜磨耗量随着砂布磨损能力的增强而增大，家具表面漆膜磨耗量随着样品预处理温湿度的增大而增大。样品预处理条件为（2）时，家具表面漆膜的磨耗量最小；样品预处理条件为（1）时，家具表面漆膜的磨耗量次之；样品预处理条件为（3）时，家具表面漆膜的磨耗量最大。经条件（2）的低温低湿预处理后，样品变干变硬，砂布对样品的磨损能力减弱，对家具表面漆膜造成的磨耗量随之变小。经条件（3）的高温高湿预处理后，样品变湿变软，砂布对样品的磨损能力增强，对家具表面漆膜造成的磨耗量随之变大。

图2 3 种样品预处理温湿度对家具表面漆膜磨耗量的影响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

2.3 砂布磨损能力对家具表面漆膜磨耗量的影响

按照ISO标准规定的样品和砂布预处理温湿度（均为23℃、50%RH），即本试验的预处理条件（1）进行试验，研究不同磨损能力的砂布对家具表面漆膜磨耗量的影响。每20 r称重一次，分别在20、40、60、80、100 r后称重，结果如表3所示。ISO标准规定，砂布校准范围在（120±20）mg即可使用。由表1可知，5种砂布磨损能力不同，其磨耗量分别为101、110、120、129、138 mg，砂布之间磨耗量相差达36.6%。表3数据表明，不同磨损能力的砂布对家具表面漆膜造成的磨耗量差异较大，样品经5种砂布磨损100 r后的磨耗量分别为109、126、135、148、160 mg，磨耗量最大相差46.8%，极差为51 mg，标准差为19.68，标准方差为387.3。样品经5种砂布磨损100 r后的磨耗量分别除以5种砂布对应的修正系数K后，其极差为9 mg，标准差为3.44，标准方差为11.8，说明修正后的数据更稳定，波动范围更小。

表3 家具表面漆膜耐磨累计试验Tab.3 Cumulative test of wear resistance of paint film on furniture surface

图3所示为5种不同磨损能力的砂布对家具表面漆膜磨耗量的影响。由图3可知，尽管同为P180粒度的砂布，但砂布的磨损能力差异很大。同一转数下，砂布磨损能力越强，对家具表面漆膜造成的磨耗量越大。在采用同一种砂布的情况下，则家具表面漆膜磨耗量随着耐磨转数的增加而增大。100 r以内，砂布的磨粒依然锋利，磨损能力保持较好，对家具表面漆膜造成的磨耗量也比较稳定，且每增加20 r，磨耗量的增大值也比较稳定。

图3 5 种磨损能力的砂布对家具表面漆膜磨耗量的影响Fig. 3 The influence of 5 kinds of abrasive cloth on the abrasion of furniture surface paint film

3 结论

1）砂布和样品的预处理温湿度对家具表面漆膜磨耗量影响较大，当采取预处理条件（2）时，试件的磨耗量比预处理条件（1）减少了9.0%;采取预处理条件（3）时，试件的磨耗量比预处理条件（1）增加13.4%。采取预处理条件（2）时，试件的磨耗量比预处理条件（3）减少了19.7%。

2）在样品预处理温湿度相同时，家具表面漆膜磨耗量随着砂布磨损能力的增强而增大，家具表面漆膜磨耗量随着砂布预处理温湿度的增大而减小。在砂布预处理温湿度相同时，家具表面漆膜磨耗量随着砂布磨损能力的增强而增大，家具表面漆膜磨耗量随着样品预处理温湿度的增大而增大。因此在检测过程中需严格按照标准规定的温湿度进行预处理，保证检测结果具有可比性。

3）相同粒度的砂布磨损能力差别很大，因此建议将家具表面漆膜磨耗量除以修正系数，换算成砂布磨损能力为120 mg时的漆膜磨耗量作为检测结果，降低砂布磨损能力的差别对漆膜磨耗量的影响。