鉛筆硬度試験とは？
鉛筆硬度試験は、ウォルフ・ウィルボーン試験とも呼ばれ、黒鉛鉛筆のさまざまな硬度値を用いて塗膜の硬度を評価します。鉛筆硬度試験は、材料表面の硬度を測定するためのシンプルで効果的な方法です。鉛筆をサンプルに押し込むと、その痕跡から塗膜の硬さがわかります。この試験は、その使いやすさと費用対効果の高さから、エレクトロニクスから自動車製造まで、さまざまな業界で広く利用されています。
鉛筆硬度試験のしくみ
鉛筆硬度試験では、9H（最も硬い）から9B（最も軟らかい）までの鉛筆を使用し、鉛筆の芯に含まれる粘土と黒鉛の量によって硬度を決定します。一般的には、鉛筆を試験面に45度の角度で当て、一定の力を加える。鉛筆の跡が残れば、その表面は鉛筆ほど硬くない。異なる鉛筆でこの作業を繰り返すことで、素材表面の正確な硬度を知ることができる。
硬度の等級付け：数値とHB黒鉛スケール
鉛筆の芯の硬さには2つのスケールがあります。数字が大きいほど芯は硬くなります。数値が低いほど芯は柔らかくなり、黒鉛がより多く素材に残り、マークが濃くなります。2つ目のスケールはHBグラファイト・スケールで、"H "は硬度を表し、"B "は黒さを表す。これらのスケールを理解することは、テストのニーズに合った鉛筆を選ぶ上で非常に重要です。
鉛筆試験によるフィルム硬度の標準試験方法
ASTM D3363は、鉛筆や製図用の芯を使って塗膜の硬度を評価するために考案された標準試験法です。この方法は塗膜の硬化も評価し、ASTM D7869のような他の試験と組み合わせることで、経時的な材料硬度の変化を特徴付けることができます。Interelectronixでは、ASTM D3363を包括的な塗料試験サービスに組み込み、お客様の塗料が最高基準を満たしていることを保証します。
鉛筆硬度試験による塗膜硬度の評価
この試験プロトコルの目的は、鉛筆硬度測定によって塗膜の硬度を測定することです。この方法では、硬度が既知の鉛筆で45度の角度に一定の力を加えながら傷をつけ、塗膜の表面美観を評価する。このプロセスを硬度の低い鉛筆で繰り返し、皮膜を削らない最も硬い鉛筆と、試料に傷をつけない最も硬い鉛筆を特定する。
ASTM D3363試験における考慮要素
ASTM D3363試験を実施する際には、フィルムの厚さや使用する鉛筆の種類など、いくつかの要因を考慮する必要があります。試料のサイズは、実験を2回実施するのに十分なものでなければなりません。一般的な試験条件は、温度23±2 °C（73.5±3.5°F）、相対湿度50±5%です。木質鉛筆の硬度は6B（最も軟らかい）から6H（最も硬い）まであり、正確な試験を行うには正しい硬度を選ぶことが重要である。
さまざまな産業における鉛筆硬度試験の重要性
例えばエレクトロニクス業界では、タッチスクリーン機器の耐久性はディスプレイ表面の硬度にかかっています。傷がつきにくい画面は、ユーザー体験を向上させるだけでなく、デバイスの寿命を延ばすことにもつながります。自動車メーカーは、ダッシュボードの素材や外装コーティングが日々の摩耗に耐えられるかどうかを確認するために、鉛筆硬度試験を利用しています。同様に、建設業界では、この試験はフロアコーティングやその他の材料の硬度を確認するのに役立ち、必要な耐久性基準を満たしていることを保証します。
セラミック・コーティングの硬度：鉛筆引っかき9H硬度試験
コーティングは通常、下地に支持された非常に薄い材料の層です。ワックス、ラッカー、アクリル、エナメル塗料など、下地の上に塗られたものはすべてコーティングとなる。硬い下地の上に塗られたコーティングは、当然その硬度を増す。例えば、セラミック・コーティングは車のクリア・コートの上に保護膜を形成し、有害な紫外線、花粉、鳥の糞、酸性雨、その他の有害要素から保護する。
硬度とは？
硬度とは、固体材料に圧縮力が加わったときの変形に対する抵抗力のことです。ある種の材料（例：金属）は、他の材料（例：プラスチック）よりも硬い。巨視的な硬さは、一般的に強い分子間結合によって特徴付けられるが、力を受けた固体材料の挙動はより複雑で、引っかき硬さ、圧痕硬さ、反発硬さなどが含まれる。硬度は、延性、弾性剛性、塑性、ひずみ、強度、靭性、粘弾性、粘度に大きく依存する。
スクラッチ硬さスケールの種類
スクラッチ硬さ試験は、傷や摩耗に対する材料の硬さを測定します。一般的なスケールは以下の通り：
- モース硬度スケール**：タルクを1、ダイヤモンドを10とした相対的なスクラッチ硬度。モース硬度計***：タルクを1、ダイヤモンドを10とした相対的なスクラッチ硬度。
- リッジウェイスケール**：モース硬度を修正したもので、ガーネットを10、ダイヤモンドを15とする。
- Wooddellの尺度**：Wooddellの尺度**：Ridgwayの尺度を耐摩耗性を用いて拡張したもので、南米産ブラウンダイヤモンドの硬度は42.4となる。
鉛筆硬度スケール：その仕組み
鉱物硬度計はコーティングやフィルムには適さないため、鉛筆硬度計を用いたASTMの標準的な方法が採用されました。モース硬度1～2Hの黒鉛鉛筆は、透明および顔料系有機塗膜の硬度測定に使用されます。この方法は、開発作業や生産管理には欠かせないものですが、使用する鉛筆やパネルの違いにより、試験所によって結果が異なることがあります。
鉛筆硬度試験の方法
試験には通常、25.4～38.1ミクロンの塗膜厚を用い、7日間乾燥させる。鉛筆を選び、約1/2インチの長さの線を引く。鉛筆が表面を傷つけた場合は、コーティングを傷つけない最初の鉛筆が特定されるまで、より柔らかい鉛筆を使用する。テストは一貫性を保つために繰り返される。10Hの鉛筆でも傷がつかないほど硬いコーティングもあり、10Hの評価を得る。
