Tests de dureté des peintures (crayon, indentation)

Les tests de dureté des peintures regroupent plusieurs techniques spécifiques d’évaluation de la résistance des films de peintures, d’émaux et de revêtements décoratifs aux sollicitations mécaniques de surface : dureté au crayon (pencil hardness), dureté par indentation Buchholz, dureté au pendule Persoz et König, essais de résistance à la rayure. Ce sont des méthodes qualitatives et semi-quantitatives qui caractérisent des propriétés fonctionnelles importantes du revêtement : résistance à l’abrasion, à la compression et aux dommages mécaniques typiques de l’usage du produit revêtu. Elles sont particulièrement utilisées dans les revêtements pour l’automobile, le mobilier, l’électroménager, l’emballage et la quincaillerie.

Essai de dureté au crayon

Le pencil hardness test (ISO 15184, ASTM D3363, JIS K 5600-5-4) utilise des crayons à écrire de dureté graduée normalisée (de 9B, très tendre, à 9H, très dure, en passant par B, HB, F, H, 2H, etc.). L’instrument d’essai est un support mécanique (pencil hardness tester) qui maintient le crayon à 45° par rapport à la surface et applique une charge constante de 750 g (selon l’ISO) pendant le mouvement de glissement. On commence par les crayons tendres et l’on augmente progressivement la dureté jusqu’à ce que le crayon laisse une rayure permanente dans le film ; la dureté du revêtement est classée comme la dureté du crayon le plus tendre qui laisse une entaille (gouge), ou comme la plus dure qui ne laisse aucune rayure.

Buchholz indentation test

L’essai Buchholz (ISO 2815) utilise un dispositif dédié qui applique pendant 30 secondes un cylindre affûté (à arête tranchante de largeur calibrée) sur la surface peinte sous un poids de 500 g. L’empreinte laissée est une fine ligne dont la longueur est mesurée avec un microscope à lentille 20× ; la valeur de dureté Buchholz est donnée par le rapport 100/L (où L est la longueur de l’empreinte en mm). Plus la dureté est élevée, plus l’empreinte est petite et plus la valeur Buchholz est grande. L’essai est particulièrement utilisé pour les revêtements automobiles, les émaux pour l’électroménager et les vernis pour le bois.

Dureté au pendule König et Persoz

L’essai au pendule Persoz (ISO 1522, méthode Persoz) et l’essai König utilisent un pendule oscillant qui repose sur deux petites billes (saphir ou acier) posées sur la surface peinte. Le pendule est mis en oscillation à partir d’un angle défini ; par frottement interne entre les billes et le film de peinture, l’amplitude de l’oscillation décroît au fil du temps. La valeur de dureté est le temps (en secondes) nécessaire pour que l’amplitude passe d’un angle initial à un angle final prédéfini. Les revêtements durs amortissent peu l’oscillation (temps longs, dureté élevée) ; les revêtements tendres l’amortissent rapidement (temps courts, dureté faible). Les méthodes Persoz et König diffèrent par leurs paramètres géométriques et leurs limites d’amplitude.

Applications

Les tests de dureté des peintures sont utilisés : dans le contrôle qualité de nouvelles formulations de peintures et d’émaux (R&D), dans la caractérisation des revêtements automobiles (clearcoat, basecoat), dans les revêtements pour l’électroménager et le mobilier, dans les peintures de sol, dans les revêtements pour emballages métalliques (boîtes alimentaires) et dans les finitions pour le bois. La dureté est un paramètre clé des spécifications commerciales du revêtement et influe sur la résistance à l’usure du produit fini.

Normes et étalonnage

Les normes principales sont : ISO 15184 (crayon), ASTM D3363 (États-Unis, crayon), ISO 2815 (Buchholz), ISO 1522 (pendule Persoz et König) et ASTM D4366. Les crayons pour le pencil hardness doivent être d’une marque certifiée (par exemple crayons Mitsubishi ou Mars Lumograph), de dureté définie selon les normes des crayons techniques. Le pendule exige des échantillons d’étalonnage en verre et en revêtements de référence pour la vérification périodique du bon fonctionnement de l’instrument. La température et l’humidité de l’environnement d’essai (typiquement 23 °C, 50 % HR) sont prescrites par les normes.