Técnicas para medir a adesão e a durabilidade à abrasão de revestimentos e tintas – Parte 1

Técnicas para medir a adesão e a durabilidade à abrasão de revestimentos e tintas – Parte 1

Este é o primeiro de uma série de duas partes sobre técnicas para medir a adesão e a durabilidade à abrasão de revestimentos e tintas. Esta primeira edição examina a adesão. A Parte 2 aborda a durabilidade à abrasão, incluindo novos equipamentos e técnicas de medição.

A adesão e a durabilidade à abrasão de revestimentos e tintas curados são duas propriedades de desempenho críticas, e sua medição e controle são essenciais para uma fabricação robusta. Adesão e durabilidade à abrasão são propriedades físicas distintas e frequentemente diagnosticadas de forma errada na análise de modos de falha. Baixa adesão e baixa durabilidade à abrasão são as principais causas de falhas em campo, refugo e retrabalho, lucros menores e clientes insatisfeitos. Existem técnicas para medir essas propriedades. Este artigo aborda diversos métodos de teste e instrumentos. Entre eles está um novo abrasímetro linear da Taber Industries, projetado para avaliar formatos reais de produtos com superfícies contornadas, além de corpos de prova planos (Parte 2). Técnicas avançadas de medição como as citadas neste artigo ajudam os fabricantes a alcançar desempenho superior de produto e excelência de processo Six Sigma.

Principais conclusões

• Adesão e abrasão são propriedades diferentes. Um revestimento pode passar em uma e falhar na outra, e elas são rotineiramente confundidas na análise de falhas.
• A ASTM D3359 é qualitativa. Ela confirma que um mínimo foi atingido; não consegue quantificar a resistência da união.
• A variabilidade da fita é real — laboratórios independentes registraram diferenças de até 50% entre lotes.
• Ambas as normas foram escritas para substratos rígidos, como metal e concreto, e não para revestimentos sobre plásticos flexíveis ou semirrígidos.
• A consistência do procedimento importa mais do que o método escolhido. Pequenas variações produzem diferenças estatisticamente significativas.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre adesão e durabilidade à abrasão?

São propriedades físicas distintas, frequentemente mutuamente excludentes. Um revestimento curado pode apresentar boa adesão e baixa resistência à abrasão, ou o inverso. Identificar qual mecanismo realmente falhou — adesão, coesão, abrasão ou uma combinação — determina a correção de engenharia.

O teste de fita da ASTM D3359 é confiável?

É simples, barato e muito usado, mas qualitativo. Ele estabelece que um valor mínimo de adesão foi atingido, em vez de medir a resistência real da união, e a exatidão depende do operador por concepção, já que não exige equipamento calibrado. Ele também foi desenvolvido para revestimentos dúcteis sobre metal, e não para plásticos.

Por que os resultados do teste de fita variam entre laboratórios?

A fita. Os lotes têm variabilidade de adesão inerente, e laboratórios independentes notaram diferenças de até 50%. A fita 3M 710 original foi descontinuada e a Permacel alterou as propriedades da sua fita ao longo do tempo, o que na prática abriu o teste para qualquer fita sensível à pressão.

Quando devo usar o teste de arrancamento da ASTM D4541?

Quando você precisa de um resultado quantitativo de tração. Saiba que ele normalmente exige produtos de três polegadas ou mais para acomodar os dollies padrão, precisa ser feito em pelo menos dois ou três pontos, e que instrumentos de alinhamento fixo, hidráulicos e pneumáticos dão resultados que variam bastante — a comparação direta entre eles é impraticável.

Como o dolly deve ser preparado para um teste de arrancamento?

Faces de dolly usinadas ou fresadas normalmente produzem uniões mais fracas. Lixe levemente a superfície com uma esponja Scotch-Brite ou lixa para criar microestrutura e depois limpe com álcool e um pano seco para remover partículas, óleos e oxidação. Use um adesivo que não interaja com o revestimento.

Adesão versus abrasão

A adesão e a durabilidade à abrasão (resistência) ideais de revestimentos e tintas curados sobre substratos plásticos devem ser alcançadas durante a fabricação para produzir produtos de alta qualidade que durem por toda a sua vida útil. Essas propriedades podem ser interdependentes, mas muitas vezes são mutuamente excludentes. Ou seja, revestimentos e tintas curados podem apresentar boa adesão e baixa resistência à abrasão, ou baixa adesão e boa resistência à abrasão. Testar corretamente e entender a adesão e a abrasão garante a conformidade com as especificações e é inestimável na solução de problemas de revestimento e impressão. A identificação do mecanismo de falha — adesão (coesão), abrasão ou ambos — determinará a solução de engenharia de processo. Existem métodos de teste tradicionais e novos instrumentos para medir e analisar essas propriedades.

Métodos de teste de adesão

A ASTM D 3359, Standard Test Method for Measuring Adhesion by Tape Test, é historicamente talvez o método mais conhecido e mais usado para testar a adesão de revestimentos e tintas, por sua simplicidade e baixo custo. O procedimento mais básico do teste de fita inclui o seguinte:

• Acordo sobre a escolha da fita.
• Cura completa dos revestimentos e tintas antes do teste.
• Fazer cortes em "X" no filme conforme o Método A, ou um padrão em grade com seis ou onze cortes em cada direção conforme o Método B.
• Remover e descartar duas voltas de fita do rolo dispensador.
• Alisar a fita no lugar com o dedo e depois esfregar firmemente com a borracha na ponta de um lápis, ou similar (a cor sob a fita é um bom indicador de contato completo).
• Em 60 a 120 segundos após a aplicação, remover a fita puxando rapidamente a ponta livre de volta sobre si mesma (sem puxão brusco), o mais próximo possível de um ângulo de 180 graus.
• Inspecionar a área cortada quanto à remoção do revestimento do substrato e classificar a adesão com base em descrições e ilustrações predeterminadas (0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B).

As primeiras versões da ASTM D 3359 referenciavam o uso das fitas 3M 710 e Permacel. A 3M descontinuou o seu produto e, ao longo dos anos, a Permacel alterou as propriedades da sua fita. O subcomitê da ASTM recomendou que os usuários verificassem se a Permacel atual dá resultados comparáveis aos da fita original. Isso se mostrou impraticável e abriu as portas para que as empresas usassem praticamente qualquer fita sensível à pressão. Hoje, muitas empresas usam versões abreviadas da ASTM D 3359, em que nichos específicos de produtos são testados da forma mais semelhante possível, por exemplo: celulares, teclados de computador, componentes automotivos etc. Algumas técnicas e fitas sensíveis à pressão de uso comum são mostradas.

Há considerações importantes a ter em mente ao realizar o teste de fita, para obter resultados repetíveis e reprodutíveis que determinem, sem viés, se a adesão é aceitável ou inaceitável. Lotes (rolos) de fita, tal como fabricados, têm variabilidade de adesão inerente, especialmente ao longo do tempo. Por exemplo, laboratórios independentes notaram diferenças de até 50 por cento. O teste de fita é qualitativo e não consegue avaliar quantitativamente, com precisão, a resistência real da união adesiva (apenas que um valor mínimo foi atingido). No entanto, ele fornece o desempenho relativo de adesão. O método de teste foi originalmente desenvolvido para revestimentos dúcteis aplicados a substratos metálicos, e não para revestimentos ou tintas aplicados a produtos plásticos.

O teste de corte em grade é um método simples e de fácil previsão para avaliar a adesão de sistemas de camada única ou múltipla.

Procedimento

• Fazer um padrão em grade no filme com a ferramenta apropriada, cortando até o substrato
• Escovar 5 vezes em cada direção diagonal, usando uma caneta-pincel ou fita sobre o corte, e remover com fita Permacel
• Examinar a área da grade com uma lupa iluminada

Resultados do corte em grade

A adesão é classificada de acordo com a escala abaixo:

*A DIN 53151 foi retirada em outubro de 1994

Assim, quando uma fita adesiva flexível é aplicada a um plástico flexível ou semirrígido, em vez de a um metal rígido, o fenômeno de descolamento e os mecanismos de falha são diferentes

Diferenças entre fitas, rigidez do suporte e reologia do adesivo podem gerar resultados diferentes mesmo no mesmo produto testado. Uma dada formulação de fita não adere igualmente a todos os revestimentos e plásticos. A textura da superfície também é um fator importante. A ASTM D 3359, por concepção, foi feita para ser simples e não exigir equipamento calibrado. Assim, a exatidão do teste depende do operador.

A ASTM D 4541, Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers, também é uma norma bem conhecida. Diferentemente da ASTM D 3359, porém, ela exige o uso de aparelhos chamados testadores de adesão por arrancamento. Vários modelos de aparelhos são citados (alinhamento fixo, hidráulico, pneumático) e podem gerar resultados diferentes conforme os parâmetros e o uso do instrumento. O ensaio de adesão por tração determina a maior força perpendicular (em tração) que uma área de superfície suporta antes que qualquer material se desprenda, ou se a superfície permanece intacta em uma força predeterminada (aprovado/reprovado). Os resultados de extensos testes do setor com os três modelos em superfícies idênticas variam bastante, tornando impraticável a comparação direta.

Qualquer que seja o testador de adesão por arrancamento usado, o procedimento começa fixando com adesivo um dispositivo de carga (chamado "dolly") perpendicularmente à superfície do revestimento. Depois que o adesivo cura, um aparelho de teste é conectado ao dispositivo de carga e alinhado para aplicar tração normal à superfície de teste. A força aplicada ao dispositivo de carga é aumentada gradualmente até que ocorra o desprendimento do material ("arrancamento") ou até que o valor especificado seja atingido.

Quando várias camadas de revestimento são aplicadas, é possível determinar a natureza do mecanismo de falha, adesiva ou coesiva. Dois exemplos dos muitos dispositivos disponíveis comercialmente são mostrados abaixo. As figuras A e B mostram o aparelho de alinhamento fixo Elcometer 106 e as figuras C e D mostram o aparelho hidráulico autoalinhável da Defelsko.

Para qualquer testador de adesão por arrancamento, a preparação da superfície do dolly e a aplicação do adesivo são importantes para obter resultados exatos e reprodutíveis. Muitos dollies, tal como comprados, têm superfícies lisas usinadas e/ou fresadas, mas normalmente produzem uniões mais fracas. Alguns usuários de testadores de arrancamento modificam a superfície do dolly com uma esponja Scotch-Brite® ou lixa, para obter uma superfície levemente rugosa, criando microestruturas para a máxima resistência da união. Depois de "preparar" o dolly, ele deve ser limpo (geralmente com álcool e pano seco) para remover o excesso de partículas, óleos e oxidação. Um adesivo comum é o Araldite 2011, um epóxi de dois componentes que pode levar até 24 horas para curar antes de o teste de arrancamento ser realizado. Outros adesivos podem ser escolhidos, mas é fundamental que o adesivo não afete nem interaja com o revestimento, ou os resultados do teste terão valor mínimo.

Qualquer que seja o testador de adesão por arrancamento escolhido, o aspecto mais crítico deste teste é a consistência de como ele é conduzido. Mesmo pequenas variações no procedimento causarão resultados estatisticamente significativos. Muitos usuários deste método usam dollies descartáveis de alumínio. Procedimentos documentados ajudam a minimizar a variação causada por configurações inconsistentes.

A ASTM D 4541 também foi desenvolvida especificamente para testar revestimentos em estruturas rígidas, como metal, concreto ou madeira. Diferentemente da ASTM D 3351, que pode ser realizada em peças relativamente pequenas, a ASTM D 4541 normalmente exige produtos de três polegadas ou mais para acomodar os tamanhos padrão de dolly (embora seja possível comprar dollies personalizados). O procedimento da ASTM D 4541 deve ser realizado em pelo menos 2 a 3 pontos de uma peça, o que pode torná-lo impraticável para produtos pequenos. A decisão de usar a ASTM D 3351, a ASTM D 4541 ou outros testes de adesão cabe a cada empresa e pode ser influenciada pelos testes históricos realizados em seu nicho de mercado.

Normas de teste e excelência de processo

Muitas empresas usam alguns dos métodos de teste discutidos neste artigo por necessidade, ou seja, para conquistar negócios demonstrando que seus processos de fabricação estão em conformidade com normas específicas do setor. Infelizmente, os fabricantes muitas vezes só tomam conhecimento de problemas de falha em campo quando os clientes devolvem produtos não conformes. Por padrão, a culpa recai sobre a "baixa adesão". Com o entendimento adequado das muitas causas possíveis das falhas de adesão versus abrasão, os engenheiros podem identificar com habilidade as causas-raiz críticas e implementar ações corretivas. O teste não deve se restringir ao desenvolvimento de produtos e à resolução de problemas. O teste contínuo in-line dos produtos, usando os métodos e técnicas apresentados e as técnicas Six Sigma, garantirá uma fabricação robusta.

Agradecimentos

• 3M Corporation Industrial Tape & Specialties
• Division American Society of Testing and Materials International
• BYK Gardner
• Defelsko Corporation
• Elcometer Inc
• Gardner Company
• Permacel (Nitto Denko Company)

Scott R. Sabreen é fundador e presidente da The Sabreen Group, Inc. (TSG). A TSG é uma empresa global de engenharia especializada em processos de transformação secundária de plásticos – pré-tratamento de superfície, colagem, decoração e acabamento, marcação a laser e segurança de produtos. Para mais informações, ligue para o número gratuito (888) SABREEN ou acesse: www.sabreen.com.

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