Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

Stonechip resistance
As mentioned above, one of the most important requirements on primer surfacers today is an abil-
ity to absorb mechanical impact on the entire coating system. Developers responded to this with 
stonechip primer surfacers (a better term would be stonechip-resistant primer surfacers), both 
solvent-borne and water-borne. Virtually all car makers employ these types of primer surfacer on 
their car bodies. Stonechip resistance is influenced by the properties of adhesion and flexibility. Of 
course, if a stone hits the surface of a speeding car, it will cause damage; that cannot be avoided. 
However, as far as the risk of corrosion is concerned, it is important that the damage be minimal. 
Different criteria are employed for assessing the damage. Some coating customers stipulate very 
slight damage, while allowing the damage to extend as far as the substrate. Others specify that 
the different layers may be compromised but that the primer, or, better still, the primer and the 
primer surfacer layer, must remain intact. Accordingly, customers employ various methods to 
assess stonechip resistance.
One method simulates stonechipping by blasting the surface of the coating system with a defined 
quantity of real stones, steel scrap, screws, and the like. These are propelled from a compressed-
air gun or are dropped from a pipe of defined diameter and a specified height. The damage is 
judged on the basis of amount of material lost and the size of the damaged areas 
[82]
.
The other group of methods employs single shots. These may be falling steel balls or wedge shapes 
[83]
, or a small steel ball shot from an air-gun onto the surface of the coating layers 
[84]
. The tests are 
carried out at different temperatures 
[85]
because stonechipping is more problematic at low tem-
peratures than at ambient. The assessment is based on the amount of material removed and the 
damage done. A crucial factor is whether only the upper layers are damaged over a more or less 
extended area or whether the damage penetrates the entire system down to the substrate (steel) 
over a very small area. The different types of damage are shown schematically in Figure 3.5.4.
Damage down to the metal surface poses a corrosion risk while large damaged areas in the topcoat 
are more conspicuous. Of course, it is best to avoid both. As mentioned above, the different auto-
makers evaluate damage differently. The producers of primer surfacers therefore have to adapt 
their formulations to meet the various demands.
Why do paint layers absorb or cushion mechanical impact? Two reasons have been advanced. 
First, the film matrix absorbs the impact, which is transformed into kinetic and thermal energy. 
This occurs when the resins of the film matrix are of a pronounced elastomeric nature. However, 
such resins might not provide excellent filling power and topcoat holdout. It is therefore necessary 
to find a compromise. Impact energy can also be absorbed at interfaces. The type of pigmentation 
Figure 3.5.4: Different types of stonechipping
Primer surfacers

---

84
therefore has a marked effect on the stonechip resistance. It takes a great deal of energy to move 
pigment particles about in a flexible film matrix (for energy dissipation). The difficulty becomes 
particularly pronounced when extenders containing platelet particles are used that build up 
particle-particle interactions. To explain the effect of pigmentation in primer surfacer layers, 
consider the analogy of an asphalt road. The layers of the road must be flexible, but must also 
resist mechanical load. They are made from mixtures of gravel, sand, and asphalt. The gravel cor-
responds to the extenders in primer surfacers, the sand to the titanium dioxide, and the asphalt 
to the resin matrix (see Chapter 3.5.3 below).