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印刷品耐磨性测定综合耐磨试验机法标准实施规程（D5181-24）
📋 概述与适用范围
ASTM D5181-24 标准由国际材料与试验协会（ASTM）下属 D01 油漆及相关涂层与材料委员会及其 D01.56 印刷油墨分技术委员会直接负责，于 2024 年 7 月批准发布。该标准取代了早期版本，本次修订重点在于细化试验精度要求和更新引用文件。标准全称为“Standard Practice for Abrasion Resistance of Printed Matter by the GA-CAT Comprehensive Abrasion Tester”，中译即“采用综合耐磨试验机测定印刷品耐磨性的标准实施规程”。
本规程适用于所有平面基材上带有印刷图形的制品，包括包装标签、书籍封面、目录封面、杂志封面、条码、瓦楞纸箱以及其他容器表面装饰。标准明确不适用于粉末涂层类表面，因为粉体涂层在摩擦过程中易产生剥落行为，与该测试方法的力学作用模式不匹配。在引用文件方面，本标准条款引用了 ASTM E171/E171M《柔性阻隔包装调节与测试规程》，要求试验前试样和受体按照该标准进行温湿度预平衡，以确保测试环境条件的一致性和可重复性。
规定的数值采用国际单位制（SI），括号内给出的英制单位仅作为参考信息。标准还遵循了 WTO/TBT 《关于制定国际标准、指南和建议的原则的决定》中确立的标准化国际准则，适用于国际贸易中印刷品耐磨性能的仲裁性测试。
💡 标准适用范围的核心限制条件是：测试面必须为平面，且印刷层厚度均匀。对于曲面或纹路明显的基材，此方法的夹持效果和受力均匀性会下降，应当采用其他专门标准。
⚙️ 试验原理与方法
测试原理是将印刷试样与受体面对面接触，夹持在专用夹具中，施加一定的法向力，然后使二者沿同一轨迹进行相对往复滑动。经过规定的周期后，通过目视或仪器评价试样表面印刷层的破损程度以及受体上转移的油墨或涂层量，从而评定印刷品的耐磨性能。
标准规定的核心设备为综合耐磨试验机（GA-CAT 型），该机器具有独立的驱动系统，能控制滑动频率、行程距离、试验次数及夹持力。设备关键部件包括平板托架、上夹具（含调平机构）以及配重负载块。
试样制备过程如下：从待测印刷品上切取约 102 mm × 114 mm 的试片。同样准备受体一片（可为同种未印刷的基材片，或进行面对背测试时可用另一张同种印刷品），尺寸相同。另取两片同样尺寸的泡沫片材，厚度为 2 mm。组装顺序：下层泡沫片→受体→印刷试样（印刷面朝向受体）→上层泡沫片，然后将整个叠层装入夹具中，施加已知夹紧力。接着设定滑动频率、行程长度和总测试时间（或滑动次数）。标准中不强制规定具体数值，而是鼓励用户根据实际流通环境确定参数，例如模拟运输过程的振动频率和间距。测试结束后，在标准光源下观察试样的磨损区域（划痕、磨损、模糊等）并评估受体上的转移物密度。
每次测试至少应进行三个平行样，并以中值或平均值作为最终结果。
⚠️ 注意：泡沫片材的厚度公差直接影响夹持压力均匀性。标准要求泡沫厚度为 2 mm（允许 ±0.5 mm），且每片应在使用 10 次后更换，因为泡沫永久变形会导致局部压力偏移。
📊 技术参数与指标
下表列出了标准中所涉及的关键尺寸参数及推荐材料规格。
| 🟦 项目 | 📏 尺寸 / 规格 | 📐 厚度 | 🎯 其他要求 |
|---|---|---|---|
| 受体 | 102 mm × 114 mm（4 in. × 4½ in.） | 与基材相同 | 未印刷或同种印刷品 |
| 泡沫片材（2 片） | 102 mm × 114 mm（4 in. × 4½ in.） | 每片 2 mm（约 0.08 in.） | 材质密度适中，能产生均匀弹性支承 |
| 试样 | 102 mm × 114 mm（4 in. × 4½ in.） | 原基材 | 印刷面完整无损伤 |
对于试验机设定参数，标准未规定固定值，但根据行业实践，通常滑动频率为 2 Hz～5 Hz，行程距离 50 mm～100 mm，夹持力为 1 kg～5 kg（约 10 N～50 N）。这些数值应由相关方协商确定，并在试验报告中记录。
下表为标准适用范围涵盖的材料类型汇总：
| ⚡ 类别 | 典型示例 | 是否推荐 |
|---|---|---|
| 纸张/卡纸印刷品 | 标签、书籍封面、目录、杂志封面 | 是 |
| 瓦楞纸箱印刷 | 运输外箱表面的图形 | 是 |
| 塑料薄膜印刷 | 柔性包装标签 | 是 |
| 条码或OCR码 | 一维/二维码印刷 | 是 |
| 粉末涂层 | 粉末喷涂的金属/塑料件 | 否（不适用） |
✅ 成功要点：使用同种未印刷基材作为受体，可单独测量油墨的转移特性；使用同种印刷品作为受体则可模拟包装堆叠中印刷面对印刷面的实际磨损场景。
🔬 工程应用与注意事项
在实际质量管控中，本标准常用于供应商与用户之间的耐磨性能验收。当包装制品在运输、仓储过程中发生堆叠、振动时，印刷表面会与其他表面反复摩擦，导致图案模糊、条码不可读或涂层脱落。本标准提供了一种快速、可重复的实验室加速对比方法，可在数十分钟内预测数月流通的磨损程度。
工程实施中有几个关键要点：①试样的状态调节必须严格遵循 E171/E171M，在（23 ± 2）°C 和（50 ± 5）% 相对湿度下调至少 24 小时，因为纸张和许多聚合物的摩擦系数受水分影响显著。② 受体的选择直接影响结果，若目的是评价油墨对纸面的附着力，应使用标准磨损纸（按 ASTM D5181 中规定的磨损性一致的受体）；若评价面‑面摩擦，则使用同种印刷品。③ 泡沫片材的硬度和厚度要统一，否则压力分布不均会导致局部过度磨损。④ 测试结束后，除了目视评级，还可使用光学密度计或图像分析系统量化转移密度，提高判断的客观性。
标准明确指出，耐磨性不仅与油墨和基材有关，还受温湿度、包装紧实度等因素影响。因此，在比较不同批次或不同材料时，必须严格控制相同的试验条件。对于摩擦方向性敏感的图案（如条形码线条方向），应使滑动方向与条码线条垂直，以模拟最严苛的摩擦场景。
🛑 关键注意：切勿使用本标准测试粉末涂层或高粗糙度表面，因为泡沫片无法充分贴合，会导致压力集中在凸点，产生非代表性的磨料磨损。若必须测试，请参考 ASTM D6037 等专门方法。
❓ 常见问题解答
🔍 问：何时应选择同种印刷品作为受体进行面对背测试？
答：当包装在实际储存中印刷面与相邻包装的印刷面直接接触时（例如标签堆叠、书籍封面相对），应使用面对背测试。这一设置能更真实地模拟印刷层之间的相互磨损，如油墨粘连、转移等现象。
答：当包装在实际储存中印刷面与相邻包装的印刷面直接接触时（例如标签堆叠、书籍封面相对），应使用面对背测试。这一设置能更真实地模拟印刷层之间的相互磨损，如油墨粘连、转移等现象。
💡 问：为什么要在试样上下两侧均放置泡沫片材？
答：泡沫片材的作用是缓冲夹紧力，使试样与受体之间的接触压力均匀分布，避免因基材厚度不均或夹具刚性导致的局部应力集中。上下各一片可以进一步平衡两侧的弹性力，确保整个接触区域压强一致。
答：泡沫片材的作用是缓冲夹紧力，使试样与受体之间的接触压力均匀分布，避免因基材厚度不均或夹具刚性导致的局部应力集中。上下各一片可以进一步平衡两侧的弹性力，确保整个接触区域压强一致。
⚡ 问：测试结果如何评定和记录？
答：通常对试样进行磨损面积占比、模糊程度、条码读出成功率等定性或半定量评估；同时对受体上转移的油墨密度进行对照卡比对或密度计测量。报告应记录设定参数、调节条件、受体类型、磨损等级以及任何异常现象。
答：通常对试样进行磨损面积占比、模糊程度、条码读出成功率等定性或半定量评估；同时对受体上转移的油墨密度进行对照卡比对或密度计测量。报告应记录设定参数、调节条件、受体类型、磨损等级以及任何异常现象。
📌 问：试验前为何需要按 E171/E171M 进行调节？
答：印刷基材（特别是纸张和某些薄膜）的摩擦系数和机械强度对湿度极其敏感。若不经调节直接测试，不同环境下的结果可能差异很大。E171/E171M 提供了标准的（23±2）°C 和（50±5）%RH 调节环境，确保结果具有实验室间的可比性。
答：印刷基材（特别是纸张和某些薄膜）的摩擦系数和机械强度对湿度极其敏感。若不经调节直接测试，不同环境下的结果可能差异很大。E171/E171M 提供了标准的（23±2）°C 和（50±5）%RH 调节环境，确保结果具有实验室间的可比性。
🎯 问：本方法与 Taber 耐磨测试有何不同？
答：Taber 测试使用旋转摩擦轮，适用于涂层表面的磨耗评估，但难以模拟印刷品对印刷品的平动摩擦模式。D5181 采用线性往复摩擦，更贴近运输中标签或封面的滑动磨损，并且能同时收集转移物，特别适合油墨、上光油及层压膜的附着强度评价。
答：Taber 测试使用旋转摩擦轮，适用于涂层表面的磨耗评估，但难以模拟印刷品对印刷品的平动摩擦模式。D5181 采用线性往复摩擦，更贴近运输中标签或封面的滑动磨损，并且能同时收集转移物，特别适合油墨、上光油及层压膜的附着强度评价。
