最近發現了一個很有趣東西:「塗料ひっかき硬度試験」,翻成中文就是「塗料刮痕硬度試驗」。是拿來測試表面塗料的硬度的其中一種方法,比如說油漆、塑膠塗層、烤漆等等的表面耐刮程度。
這個方法用到的測試器具出乎我意料,不是什麼高科技儀器,而是你我從小一定都會用到的熟悉夥伴—鉛筆。
鉛筆刮痕硬度試驗的國際規格
鉛筆硬度試驗是有被規格規範的。ISO和JIS以及台灣的CNS都有相關規範。
國際標準 | 日本產業規格 | 台灣CNS規格 |
ISO/DIS 15184 : 1996 目前到2020 | JIS K 5600-5-4 : 1999 | CNS 15200-5-4:2020 |
我在寫這篇文章主要參考的是「日本產業規格」的JIS J5600-5-4:的內容。
塗料一般試験方法− 第5部:塗膜の機械的性質− 第4節:引っかき硬度(鉛筆法)
這個方法是用不同硬度的鉛筆,在負重750公克下,以45度向前摩擦測試表面,然後看鉛筆會不會在塗料表面留下痕跡。市面上有很多專門用來作塗料刮痕印度測試的機器,大概長得像下面這麼裝置。

由上面的圖可以看出,測試裝置長得很像玩具車,試驗者要把這台「車車」撸過塗有塗料樣品的平面。所以基本上就有要求塗料樣本一定要是完全平面的,不能使用有弧度的樣品。
鉛筆芯也不是像我們寫字的鉛筆一樣越尖越好,而是要把木頭部分去除,讓鉛筆芯保持原本的形狀就好。

測試會由硬度低的鉛筆開始,通常是從6B開始,然後硬度一路慢慢往上。JIS規格的測試範圍是6H-6B, ISO規範到9H。沒有造成刮傷的最高硬度,為該塗料的刮痕測試結果這樣。
下面這張表是一些表面塗料的大約硬度。(參考自https://www.wakayamapp.jp/quality/quality7/)

當成測試標準的「鉛筆」要怎麼選?
我一開始以為一定要用有嚴格規範、有CoA(Certificate of Analysis)的鉛筆才能做測試。但是看了ISO和JIS的內容都只有舉例幾種不同廠商製造的鉛筆這樣。

這是JIS K5600-5-4裡面提到的一些可以選用的鉛筆的範例。台灣比較常見的大概就是三菱鉛筆製造的uni鉛筆吧。說比較常見其實也不太好買。
三菱鉛筆 uni vs. Hi-uni 推薦的到底是哪個?
有趣的是,我在JIS 5600-5-4裡面看到,開頭就寫該篇文章翻譯、參考自ISO。
但是JIS 文章MITSU-BISHI的欄位是寫Hi-Uni, 但是ISO文件裡寫的是Uni 。
問題來了,那到底是要用uni 還是Hi-uni,這是兩個不同系列的鉛筆啊。

其實答案是選哪一種都可以,只要測試方和委託方約定好就好。不過一般來說,這種有定義方法的測試大家還是會找到一個約定俗成(?)的標準。
所以我又花了一些時間去找資料,發現三菱鉛筆的官網有篇文章,正是有關於這個測試的文章:
https://www.mpuni.co.jp/customer/ans_88.html

這篇說明裡面說到JIS K5600-5-4說到,在「產品、製造公司」例子裡提到的是「uni」。這樣就和ISO的說明一致。
另外,google直接搜尋出來個結果,日本幾乎所有有關「引っかき硬度試験」的網站,用的都是uni!看來八九不離十確定是uni。目前uni系列鉛筆總共有17種硬度:6B-9H
這真的很有趣,ISO和JIS都推薦使用市售的產品來進行測試。而且uni 的等級還比Hi-uni 還低。我猜制定這份文件的時候應該是以工具入手的容易度優先吧。
不過用這個方法,雖然工具入手方便又便宜,但是還是有風險。
「鉛筆法」便宜方便的代價
JIS K 5600-5-4開頭就寫到,這是一個便宜、方便的方法。但是一分錢一分貨,選用便宜的市售鉛筆來做測試,可能會有較大的誤差。
根據三菱鉛筆的說明,uni 鉛筆的硬度是跟據日本產業規格JIS S 6006 「鉛筆,色鉛筆及びそれらに用いるしん」制定的。而該規格的硬度定義是透過「筆芯的抗彎強度」和筆跡顏色的濃淡度決定的。也就是說,用在製造鉛筆硬度的HB,可能和「造成刮傷的硬度」的定義有點不一樣。
進行刮痕硬度測試時,靠的是鉛筆筆芯的「皮膜」(最外層)和樣品摩擦的。三菱鉛筆表示,uni鉛筆在製造時並沒有對該鉛筆的皮膜硬度做保證,同時強調該公司的鉛筆都是以筆記的用途製造的,每一批鉛筆硬度雖然能大致相同,但不同批之間可能還是有些微落差。
那有沒有刮痕硬度測試專用的鉛筆?
答案是有的。最常見的大概就是日本一般財團法人日本塗料検査協会的「鉛筆引っかき値用鉛筆」
如果真的需要嚴密的測量結果,可以和日本塗料檢查協會購買該協會測試過的鉛筆,但只有6H-6B. 順帶一提該協會的鉛筆也是用三菱鉛筆的uni 來做測試的。
另外,7H-9H可以買一般市售的uni就可以了,因為該協會表示,目前JIS K 5600-5-4只包含6B-6H, 7H-9H並沒有檢查。
下面這個圖的黑點是市售的鉛筆硬度,白點是檢查過的鉛筆硬度。可以看到兩者的差異。

台灣也有好幾家儀器商有賣這個鉛筆,大家可以上google去找看看。
結論
1.鉛筆法是一個被國際標準認證過方法
2.測試樣品必須要完全平面
3.鉛筆的選擇有提供一些市面上容易買到的建議,台灣最常見的應該是三菱鉛筆的uni
4.測試儘量用同一個製造商製造的為主,也可以混用,委託方和測試方說好就好。
5.市售鉛筆的硬的準確度還是有差,有需要可以買日本塗料協會驗證過的鉛筆。
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