塑料 划痕损伤和划痕可见性的定量评估-编制说明

《塑料划痕损伤和划痕可见性的定量评估》国家标准

编制说明

一工作任务来源

国家标准化管理委员会于2021年12月下达了国家标准《塑料划

痕损伤和划痕可见性的定量评估》的制定任务，计划编号为

20214933-T-606，项目周期24个月。本标准由中国石油和化学工业联

会提出，由全国塑料标准化技术委员会（SAC/TC15）归口。

本标准主导起草单位为成都产品质量检验研究院有限责任公司，

中蓝晨光成都检测技术有限公司、四川大学、西南交通大学等单位参

与。

二行业和产品概况

高分子材料已大量应用于建材、包装、汽车等领域，由于其表面

划痕性能差，与尖锐物体相互作用时，容易形成划痕，表面划痕及机

理研究己经引起学术界和工业界的高度关注。高分子材料表面的划痕

行为对产品性能主要有三方面影响：产品外观、耐久性和安全性。其

中，产品外观涉及产品表面质量和美观，例如汽车内外饰件、电子产

品外壳、包装及标签、眼镜镜片、手表表镜等由高分子材料加工成型

的配件，极易因人为的划痕而影响产品整体的美观和价值。产品表面

划痕的出现会导致材料在紫外光辐射、热、氧、水（酸碱）、高低温

交替、填埋等恶劣的环境因素下使用时，材料老化及失效的速度会大

大加快，有效服役区间会明显缩短。即使有涂层保护，涂层遭受外力

2

划痕时，其防护作用也会大大降低，甚至失效，不能有效保证内层材

料的正常使用寿命。另外，食品包装材料，特别是高温蒸煮型多层复

合高阻隔包装膜、袋，因其可以大大延长食品的货架期而被广泛采用。

多层复合高阻隔包装膜、袋的阻隔性能主要由外层高阻隔高分子材料

保障，包装材料在食品封装、蒸煮加工、运输过程中受外界作用产生

划痕，导致其外层材料阻隔性能下降，进而影响食品货架期，危害消

费者安全。除此之外，对于存储设备，如光盘、硬盘等，由于高速旋

转引起的划痕，可能导致重要数据的丢失，带来不可挽回的损失。

因此，表征高分子材料的划痕性能，特别是在GB/T41878-2022

《塑料划痕性能的测定》的基础上补充和完善高分子材料划痕损伤

和划痕可见性的国家标准，对于评价高分子材料的划痕性能以及改善

产品划痕性能尤为重要。

三制修订目的意义

当前广泛使用的各种塑料制品划痕性能的测试方法由汽车行业

发展而来。划痕试验是汽车内外饰件表面质量控制的常规检测项目，

主要是检查各种汽车内外饰件表面受到硬物(钥匙、硬币等)划痕等应

力作用时发生的变化，例如塑料表面划痕引起的变色、光泽改变。工

业界常用的塑料划痕测试方法主要有五指划痕试验、十字划痕试验、

硬度试验笔划痕、摩擦色牢度划痕、Taber摩擦仪划痕等。

3

图1目前常用的划痕试验

(a)五指划痕试验；(b)摩擦试验；(c)十字划痕试验；（d）铅笔划痕；（e）Taber摩擦仪

图2仪器化的划痕试验

五指划痕试验即以5个金属手指状的划痕头在不同载荷下划过

材料表面形成刮痕，测试完成后在光线充足的环境下目视比较刮痕的

可见度；十字划痕试验是以固定载荷及间距在材料表面划网格，测定

刮痕处的颜色变化，用ΔL*值代表的发白程度来表征材料的耐划痕性

能，ΔL*值越大说明材料的耐划痕性能越差；硬度试验笔划痕法通过

采用硬度笔不同规格的弹簧达到所需的载荷，其评价方法同五指划痕

测试评价方法一致；摩擦色牢度划痕试验是将干摩擦布和湿摩擦布

(水、酒精、肥皂水和汽油等)在一定的载荷下与着色塑料制件进行摩

擦，然后参照沾色灰度卡对摩擦布的沾色程度进行评级；Taber摩擦

4

仪划痕试验采用Taber摩擦试验仪安装专用划痕头，测试时将开孔圆

形样品固定在样品台上划痕规定的圈数，然后采用目视评价法检查样

品表面的损伤程度。以上划痕实验方法虽被工业界广泛采用，但其评

价结果因多采用定性参数，只能加载恒定载荷，载荷不能连续变化，

不能定量得到导致破坏的载荷和速率，难以对材料的表面划痕行为深

入分析。GB/T41878-2022《塑料划痕性能的测定》通过施加线性

增长载荷，将划痕可见性、划痕破坏形式与试验载荷、切向划痕力、

划痕距离、临界法向载荷等参数建立了对应关系。

在上述测试方法的基础上，结合划痕的人眼感知程度，本标准采

用三维颜色模型（如：HSI模型）定量分析划痕损伤和划痕可见性。

划痕可改变光在试样表面的吸收和反射，因此，划痕形貌的变化与可

感知的颜色变化一致。HSI模型反映了人的视觉系统感知彩色的方式，

以色调、饱和度和强度三种基本特征量来感知颜色，而且它是一种主

观视觉模型，与人感知颜色的结果一一对应。因此，HSI模型被广泛

应用于人的视觉系统的图像表示和处理系统中。

图3不同类型的颜色模型

色调H(Hue)：与光波的波长有关，它表示人的感官对不同颜色

的感受，如红色、绿色、蓝色等，它也可表示一定范围的颜色，如暖

5

色、冷色等。饱和度S(Saturation)：表示颜色的纯度，纯光谱色是

完全饱和的，加入白光会稀释饱和度。饱和度越大，颜色看起来就会

越鲜艳，反之亦然。亮度I(Intensity)：对应成像亮度和图像灰度，

是颜色的明亮程度。划痕损伤的严重程度可通过划痕轨迹上三维颜色

模型的三个颜色坐标值表示（例如：HSI颜色模型中的H、S、I三项

式），进而建立了一种采用颜色坐标值定量评估划痕损伤和划痕可见

性的方法。

该方法包括单次损伤和多次损伤两种试验。首先，通过施加恒定

载荷或线性增长载荷，采用面接触刮头或线接触刮头在试样表面形成

划痕。然后，扫描划痕，生成数字化的划痕图像。最后，结合图像分

析软件定量评估划痕损坏和划痕可见性。

该标准转化后，丰富了国内高分子材料划痕性能表征方法，有利

于高分子材料划痕损伤和划痕可见性的定量评估，在汽车、包装、建

材等领域都有很好的推广价值。

四标准制订的原则

结合中国现有国情，加快和国际接轨的步伐，提高塑料行业的国

际竞争力的原则；积极采纳国内优质产品指标和先进技术，有利于促

进技术进步，提高产品稳定性的原则；遵循一致性、协调性、易用性

原则。

五国内外标准情况调研

目前常用的塑料划痕测试方法主要是各大汽车制造商的企业标

准，涉及五指划痕试验法和十字划痕试验法，以及GB/T41878-2022

6

塑料划痕性能的测定、ASTMD7027-20采用仪器化划痕仪评估聚合

物覆层和塑料耐划痕性的标准试验方法（StandardTestMethodfor

EvaluationofScratchResistanceofPolymericCoatingsand

PlasticsUsinganInstrumentedScratchMachine）、SN/T4449-2016

汽车内饰材料耐刮擦试验方法、EN438-2：2016装饰用高压层压板

(HPL)热固性树脂基板材(通常称为层压制品)第2部分:性能的测

定（High-pressuredecorativelaminates(HPL)-Sheetsbasedon

thermosettingresins(usuallycalledlaminates)-Part2:

Determinationofproperties）。

类似的标准还有：EN16094:2021层压地板微划痕性能的测定

方法（Laminatefloorcoverings-Testmethodforthe

determinationofmicro-scratchresistance）、ISO20502:2005精

细陶瓷(高级陶瓷、高级工业陶瓷).用划痕试验测定陶瓷涂层的粘附

性（Fineceramics(advancedceramics,advancedtechnical

ceramics)—Determinationofadhesionofceramiccoatingsby

scratchtesting）、ISO1518-1:2019色漆和清漆耐划痕性的测定第

1部分负荷恒定法（Paintsandvarnishes—Determinationof

scratchresistance—Part1:Constant-loadingmethod）、ISO

1518-2:2019色漆和清漆耐划痕性的测定第2部分负荷改变法

（Paintsandvarnishes—Determinationofscratchresistance

—Part2:Variable-loadingmethod）、GB/T9279.1-2015色漆和

清漆耐划痕性的测定第1部分负荷恒定法、GB/T9279.2-2015色

7

漆和清漆耐划痕性的测定第2部分负荷改变法、GB/T6739-2006

色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度。

与上述测试方法不同，ISO17541：2014建立了一种划痕损坏和

划痕可见性的定量评估方法。该方法包括单次损伤和多次损伤两种试

验。首先，通过施加恒定载荷或线性增长载荷，采用面接触刮头或线

接触刮头在试样表面形成划痕。然后，扫描划痕，生成数字化的划痕

图像。最后，结合图像分析软件定量评估划痕损坏和划痕可见性。通

过线性递增地施加法向载荷，从而在材料表面的划痕路径上形成持续

变化的损伤形貌。仪器化的划痕机试验通过加载连续载荷或调节划痕

速度测试试样表面开始破坏或产生划痕的临界法向载荷条件。

ISO17541：2014首次发布于2014年，2020年进行了审查和确

认，目前此版本为有效版本。

六标准制定工作过程

6.1标准制定准备工作

2019年开始着手标准调研，收集了相关文献资料，对图像分析

软件进行了相关培训，并进一步校准了标准译文，加工了满足本文件

要求的刮头。

6.2制定过程

2022年2月22日顺利召开了《塑料划痕损伤和划痕可见性的

定量评估》国家标准视频工作会议，中蓝晨光成都检测技术有限公司、

成都产品质量检验研究院有限责任公司等共2个单位的3名代表参加

会议。本次会议由塑料标委秘书长陈敏剑同志主持。标准起草单位介

8

绍了《塑料划痕损伤和划痕可见性的定量评估》标准文本译文，与

会代表一起对内容进行讨论，商定了工作方案和进度，并形成如下意

见：进一步完善标准文本，调整文本结构，并将“等同采用”调整为

“修改采用”；尽快开展验证试验。

2022年4月至11月，反复调整设备工装及试验参数，通过测试

不同材质的塑料板材，得到验证数据。同时开发专用软件，便于后期

的结果处理。期间多次修改标准文本，并对文本结构进行了大幅度调

整，并增加了附录A（资料性）“结构编号对照一览表”，将原ISO标

准附录A和附录B分别调整为本文件的附录B和附录C。

6.3征求意见

6.4预审会

6.5送审稿的编制

经预审会讨论，形成送审稿。

6.6送审稿

9

6.7报批稿

在评审会意见的基础上，对送审稿做了修改，形成报批稿。

七标准主要内容确定

本标准修改采用ISO17541：2014《塑料划痕损伤和划痕可见性

的定量评估》。

八主要试验验证的分析（验证试验详见附件）

8.1试验方案

表1试验方案

单次损伤试验多次损伤试验

划痕可见性

参数划痕损伤(SDI)划痕损伤(SDI)

(SVI)

[ΔD,Ss（或Rs）][Lnorm,Ss（或Rs）]

[Ic，Sc，Rs]

刮头类型类型1或类型2类型2类型2

试验载1N至70N，1N

10N，50N10N，50N

试验条荷至160N

件试验速

1mm/s，100mm/s1mm/s，100mm/s1mm/s，100mm/s

度

样品PP（红、黄、黑）、PMMA（红、黄、黑）

长宽均不小于150

试样尺寸长度不小于150mm，厚度大于2mm

mm，厚度大于2mm

8.2验证过程

验证试验详见附件。

8.3验证试验结论

恒定载荷模式下，根据材料类型设定不同的最大载荷，通过划痕

仪获得划痕曲线，获得了塑料试样的划痕数据，扫描划痕，生成数字

10

化的划痕图像，结合图像分析软件定量评估塑料划痕损伤。线性增长

载荷模式下，根据材料类型设定不同的最大载荷，通过划痕仪获得划

痕曲线，获得了塑料试样的划痕数据，扫描划痕，生成数字化的划痕

图像，结合图像分析软件定量评估塑料划痕损伤。不同颜色的同种材

料划痕损伤和划痕可见性有差异，与人眼感知的差异类似，不同材料

的划痕性能差异明显。本方法可定量分析塑料材料划痕性能。恒定载

荷和线性增长载荷模式下，试验载荷（法向力）的选择应根据划痕是

否出现中度到重度的划痕破坏为准，仅仅出现擦痕时（表面的轻微破

坏）无法评估划痕。

九有关本标准说明

（1）本标准名称为《塑料划痕损伤和划痕可见性的定量评估》。

（2）本标准为首次制定。

（3）本标准适用于表面涂覆和未涂覆的热塑性模塑材料和热固

性模塑材料。

（4）本标准编写格式按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则—

第1部分：标准化文件的结构和起草规则》要求结合国情起草本标准。

十与现行法律、法规和强制性标准的关系

本标准属于方法标准，不涉及生产安全、环境保护、节约能源等

方面的法律法规要求，也不属于食品卫生安全、人身安全等强制性国

家标准，所以本标准与国家现行法律法规和强制性国家标准规定无冲

突。

11

十一重大分歧意见的处理

无

十二贯彻标准的要求和措施建议

本标准发布后，国内相关生产企业和用户单位应认真贯彻新标

准，促进行业技术进步，保证和提高产品质量。建议在相关行业会议

上介绍该标准的内容，使业内各企业熟悉该标准。

十三废止现行有关标准的建议

无

十四其他应予以说明的事项

无

12

塑料划痕损伤和划痕可见性的定量评估

（征求意见稿）

试验报告

标准编制组

2023年3月

目录

一、试验方案...................................................................................................................................1

二、划痕可见性（线性增长载荷）...............................................................................................2

2.1PMMA（100mm/s）.......................................................................................................2

2.1.1黑色PMMA............................................................................................................2

2.1.2红色PMMA............................................................................................................3

2.1.3黄色PMMA............................................................................................................4

2.2PP（100mm/s）................................................................................................................5

2.2.1黑色PP...................................................................................................................5

2.2.2红色PP...................................................................................................................6

2.2.3黄色PP...................................................................................................................6

2.3PP（1mm/s）....................................................................................................................7

2.3.1黑色PP...................................................................................................................7

2.3.2红色PP...................................................................................................................8

2.3.3黄色PP...................................................................................................................8

三、划痕损伤（恒定载荷）...........................................................................................................9

3.1PMMA（100mm/s）.........................................................................................................9

3.1.1黑色PMMA............................................................................................................9

3.1.2红色PMMA............................................................................................................9

3.1.3黄色PMMA............................................................................................................9

3.2PP（100mm/s）................................................................................................................9

3.2.1黑色PP.................................................................................................................10

3.2.2红色PP.................................................................................................................10

3.2.3黄色PP.................................................................................................................11

3.3PP（1mm/s）..................................................................................................................12

3.3.1黑色PP.................................................................................................................12

3.3.2红色PP.................................................................................................................13

3.3.3黄色PP.................................................................................................................13

四、验证试验结论.........................................................................................................................14

1

一、试验方案

试验方案见表1。

表1试验方案

单次损伤试验多次损伤试验

参数划痕损伤(SDI)划痕可见性(SVI)划痕损伤(SDI)

[ΔD,Ss（或Rs）][Ic，Sc，Rs][Lnorm,Ss（或Rs）]

刮头类型类型1或类型2类型2类型2

试验载荷10N，50N1N至70N，1N至160N10N，50N

试验条件

试验速度1mm/s，100mm/s1mm/s，100mm/s1mm/s，100mm/s

样品PP（红、黄、黑）、PMMA（红、黄、黑）

试样尺寸长度不小于150mm，厚度大于2mm长宽均不小于150mm，厚度大于2mm

1

二、划痕可见性（线性增长载荷）

2.1PMMA（100mm/s）

线性增长载荷1-70N、1-160N，划痕速度100mm/s，划痕长度

100mm。

2.1.1黑色PMMA

2

2.1.2红色PMMA

3

2.1.3黄色PMMA

4

2.2PP（100mm/s）

线性增长载荷1-70N，划痕速度100mm/s，划痕长度100mm。

2.2.1黑色PP

5

2.2.2红色PP

2.2.3黄色PP

6

2.3PP（1mm/s）

线性增长载荷1-70N，划痕速度1mm/s，划痕长度70mm。

2.3.1黑色PP

7

2.3.2红色PP

2.3.3黄色PP

8

三、划痕损伤（恒定载荷）

3.1PMMA（100mm/s）

恒定载荷100N（设备最大恒定载荷），划痕速度100mm/s，划

痕长度100mm。

3.1.1黑色PMMA

3.1.2红色PMMA

3.1.3黄色PMMA

3.2PP（100mm/s）

恒定载荷20N、50N，划痕速度100mm/s，划痕长度100mm。

9

3.2.1黑色PP

20N

50N

3.2.2红色PP

20N

50N

10

3.2.3黄色PP

20N

50N

11

3.3PP（1mm/s）

恒定载荷50N，划痕速度1mm/s，划痕长度70mm。

3.3.1黑色PP

12

3.3.2红色PP

3.3.3黄色PP

13

四、验证试验结论

恒定载荷模式下，根据材料类型设定不同的载荷，通过划痕仪获

得划痕曲线，获得了塑料试样的划痕数据，扫描划痕，生成数字化的

划痕图像，结合图像分析软件定量评估塑料划痕损伤。线性增长载荷

模式下，根据材料类型设定不同的最大载荷，通过划痕仪获得划痕曲

线，获得了塑料试样的划痕数据，扫描划痕，生成数字化的划痕图像，

结合图像分析软件定量评估塑料划痕损伤。不同颜色的同种材料划痕

损伤和划痕可见性有差异，不同材料的划痕性能差异明显。本方法可

定量分析塑料材料划痕性能。恒定载荷和线性增长载荷模式下，试验

载荷（法向力）的选择应根据划痕是否出现中度到重度的划痕破坏为

准，仅出现擦痕时无法评估划痕。

14

塑料划痕损伤和划痕可见性的定量评估

（征求意见稿）

编制说明

编制日期：2023年3月

《塑料划痕损伤和划痕可见性的定量评估》国家标准

编制说明

一工作任务来源

国家标准化管理委员会于2021年12月下达了国家标准《塑料划

痕损伤和划痕可见性的定量评估》的制定任务，计划编号为

20214933-T-606，项目周期24个月。本标准由中国石油和化学工业联

会提出，由全国塑料标准化技术委员会（SAC/TC15）归口。

本标准主导起草单位为成都产品质量检验研究院有限责任公司，

中蓝晨光成都检测技术有限公司、四川大学、西南交通大学等单位参

与。

二行业和产品概况

高分子材料已大量应用于建材、包装、汽车等领域，由于其表面

划痕性能差，与尖锐物体相互作用时，容易形成划痕，表面划痕及机

理研究己经引起学术界和工业界的高度关注。高分子材料表面的划痕

行为对产品性能主要有三方面影响：产品外观、耐久性和安全性。其

中，产品外观涉及产品表面质量和美观，例如汽车内外饰件、电子产

品外壳、包装及标签、眼镜镜片、手表表镜等由高分子材料加工成型

的配件，极易因人为的划痕而影响产品整体的美观和价值。产品表面

划痕的出现会导致材料在紫外光辐射、热、氧、水（酸碱）、高低温

交替、填埋等恶劣的环境因素下使用时，材料老化及失效的速度会大

大加快，有效服役区间会明显缩短。即使有涂层保护，涂层遭受外力

2

划痕时，其防护作用也会大大降低，甚至失效，不能有效保证内层材

料的正常使用寿命。另外，食品包装材料，特别是高温蒸煮型多层复

合高阻隔包装膜、袋，因其可以大大延长食品的货架期而被广泛采用。

多层复合高阻隔包装膜、袋的阻隔性能主要由外层高阻隔高分子材料

保障，包装材料在食品封装、蒸煮加工、运输过程中受外界作用产生

划痕，导致其外层材料阻隔性能下降，进而影响食品货架期，危害消

费者安全。除此之外，对于存储设备，如光盘、硬盘等，由于高速旋

转引起的划痕，可能导致重要数据的丢失，带来不可挽回的损失。

因此，表征高分子材料的划痕性能，特别是在GB/T41878-2022

《塑料划痕性能的测定》的基础上补充和完善高分子材料划痕损伤

和划痕可见性的国家标准，对于评价高分子材料的划痕性能以及改善

产品划痕性能尤为重要。

三制修订目的意义

当前广泛使用的各种塑料制品划痕性能的测试方法由汽车行业

发展而来。划痕试验是汽车内外饰件表面质量控制的常规检测项目，

主要是检查各种汽车内外饰件表面受到硬物(钥匙、硬币等)划痕等应

力作用时发生的变化，例如塑料表面划痕引起的变色、光泽改变。工

业界常用的塑料划痕测试方法主要有五指划痕试验、十字划痕试验、

硬度试验笔划痕、摩擦色牢度划痕、Taber摩擦仪划痕等。

3

图1目前常用的划痕试验

(a)五指划痕试验；(b)摩擦试验；(c)十字划痕试验；（d）铅笔划痕；（e）Taber摩擦仪

图2仪器化的划痕试验

五指划痕试验即以5个金属手指状的划痕头在不同载荷下划过

材料表面形成刮痕，测试完成后在光线充足的环境下目视比较刮痕的

可见度；十字划痕试验是以固定载荷及间距在材料表面划网格，测定

刮痕处的颜色变化，用ΔL*值代表的发白程度来表征材料的耐划痕性

能，ΔL*值越大说明材料的耐划痕性能越差；硬度试验笔划痕法通过

采用硬度笔不同规格的弹簧达到所需的载荷，其评价方法同五指划痕

测试评价方法一致；摩擦色牢度划痕试验是将干摩擦布和湿摩擦布

(水、酒精、肥皂水和汽油等)在一定的载荷下与着色塑料制件进行摩

擦，然后参照沾色灰度卡对摩擦布的沾色程度进行评级；Taber摩擦

4

仪划痕试验采用Taber摩擦试验仪安装专用划痕头，测试时将开孔圆

形样品固定在样品台上划痕规定的圈数，然后采用目视评价法检查样

品表面的损伤程度。以上划痕实验方法虽被工业界广泛采用，但其评

价结果因多采用定性参数，只能加载恒定载荷，载荷不能连续变化，

不能定量得到导致破坏的载荷和速率，难以对材料的表面划痕行为深

入分析。GB/T41878-2022《塑料划痕性能的测定》通过施加线性

增长载荷，将划痕可见性、划痕破坏形式与试验载荷、切向划痕力、

划痕距离、临界法向载荷等参数建立了对应关系。

在上述测试方法的基础上，结合划痕的人眼感知程度，本标准采

用三维颜色模型（如：HSI模型）定量分析划痕损伤和划痕可见性。

划痕可改变光在试样表面的吸收和反射，因此，划痕形貌的变化与可

感知的颜色变化一致。HSI模型反映了人的视觉系统感知彩色的方式，

以色调、饱和度和强度三种基本特征量来感知颜色，而且它是一种主

观视觉模型，与人感知颜色的结果一一对应。因此，HSI模型被广泛

应用于人的视觉系统的图像表示和处理系统中。

图3不同类型的颜色模型

色调H(Hue)：与光波的波长有关，它表示人的感官对不同颜色

的感受，如红色、绿色、蓝色等，它也可表示一定范围的颜色，如暖

5

色、冷色等。饱和度S(Saturation)：表示颜色的纯度，纯光谱色是

完全饱和的，加入白光会稀释饱和度。饱和度越大，颜色看起来就会

越鲜艳，反之亦然。亮度I(Intensity)：对应成像亮度和图像灰度，

是颜色的明亮程度。划痕损伤的严重程度可通过划痕轨迹上三维颜色

模型的三个颜色坐标值表示（例如：HSI颜色模型中的H、S、I三项

式），进而建立了一种采用颜色坐标值定量评估划痕损伤和划痕可见

性的方法。

该方法包括单次损伤和多次损伤两种试验。首先，通过施加恒定

载荷或线性增长载荷，采用面接触刮头或线接触刮头在试样表面形成

划痕。然后，扫描划痕，生成数字化的划痕图像。最后，结合图像分

析软件定量评估划痕损坏和划痕可见性。

该标准转化后，丰富了国内高分子材料划痕性能表征方法，有利

于高分子材料划痕损伤和划痕可见性的定量评估，在汽车、包装、建

材等领域都有很好的推广价值。