Técnicas para medir a adesão e a durabilidade à abrasão de revestimentos e tintas – Parte 2

Técnicas para medir a adesão e a durabilidade à abrasão de revestimentos e tintas – Parte 2

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

Como discutido na Parte 1 Adesão — Plastics Decorating "Technology Feature", janeiro/fevereiro de 2005, a adesão e a durabilidade à abrasão de revestimentos e tintas curados são duas propriedades de desempenho críticas. 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. 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. 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

• O abrasímetro linear testa formatos reais de produtos — convexos, côncavos ou planos — enquanto o abrasímetro rotativo exige corpos de prova planos.
• O papel abrasivo se degrada durante o armazenamento. Não compre mais do que seis meses de uso; papel antigo absorve umidade e abrade menos.
• ASTM D4060, D6037, F1478, SAE J365 e Ford BN108-02 referenciam o Taber Rotary Abraser.
• Os resultados vêm da perda de massa, da contagem de ciclos ou do rompimento visual até uma camada inferior de cor contrastante.
• A fixação é responsabilidade do usuário. Não existe padrão universal para prender um produto; o que importa é a rigidez durante o teste.

Perguntas frequentes

É possível testar a abrasão em produtos curvos ou contornados?

Sim, com um abrasímetro linear. Acessórios intercambiáveis são montados em um eixo estriado flutuante que sobe e desce, de modo que o acessório acompanhe contornos convexos, côncavos ou planos. O abrasímetro rotativo tradicional não consegue testar geometrias contornadas diretamente.

Por quanto tempo o papel abrasivo continua utilizável?

Os técnicos recomendam não comprar mais do que seis meses de uso. O papel antigo é menos abrasivo porque absorve umidade, por isso deve ser armazenado em local fresco e seco. Como referência, papel de 11/16 polegada de largura em núcleo de 2 polegadas produz cerca de 1.800 ciclos, e um rolo de fita de poliéster de 1/4 de polegada produz cerca de 3.400 ciclos.

Quais normas ASTM se aplicam ao teste de abrasão de revestimentos?

O Taber Rotary Abraser é referenciado na ASTM D4060 para revestimentos orgânicos, na D6037 para resistência ao marcamento por abrasão a seco de revestimentos de alto brilho e na F1478 para imagens de copiadoras e impressoras, além da SAE J365 e da Ford BN108-02. O abrasímetro da Norman Tool está em conformidade com a ASTM F2357 para chaves de membrana.

Como os resultados de abrasão são quantificados?

Pela perda de massa em um número especificado de ciclos, pelo número de ciclos necessário para remover uma unidade de espessura do revestimento, ou visualmente, em comparação com padrões predeterminados, quando o revestimento se desgastou até o substrato ou até uma camada contrastante. Os revestimentos devem estar totalmente curados antes do teste.

Como fixar um produto para o teste de abrasão linear?

Não existe padrão universal, dada a diversidade de produtos testáveis. O usuário final escolhe uma garra ou dispositivo de fixação adequado — às vezes uma morsa comum, às vezes algo mais elaborado. O requisito essencial é que o produto permaneça rígido durante todo o teste.

Métodos de teste de abrasão

Existem inúmeros métodos de teste de abrasão e, como no teste de adesão, cada empresa deve decidir qual(is) método(s) avalia(m) melhor o seu produto específico. Muitos setores citam requisitos ASTM específicos, conforme a aplicação de mercado do produto. A Norman Tool Abrader é a fabricante original do conhecido testador de desgaste por abrasão "RCA". Desde 1964, a Norman Tool, Inc. fabrica, distribui e exporta testadores de desgaste por abrasão usados para testar a resistência à abrasão e ao desgaste de acabamentos orgânicos pintados ou galvanizados, folhas metálicas e legendas impressas em teclados. É muito usado nos setores automotivo, de eletrodomésticos, de celulares e de revestimento de plásticos. Ao longo dos anos, o sistema foi continuamente aprimorado em precisão e facilidade de uso.

Este instrumento é um testador de abrasão por contato pontual e pode testar produtos (reais) planos e côncavos. Os pesos são de 55 gramas, 175 gramas e 275 gramas. O princípio de funcionamento e o objetivo do teste é desgastar um acabamento aplicado sobre qualquer substrato por meio de peso (carga). O ponto de desgaste completo é aquele em que ocorre uma imperfeição ou o rompimento da camada superior, expondo uma segunda superfície ou revestimento de cor ou tom contrastante. O método de operação é o seguinte: o corpo de prova com o revestimento a ser abradido é colocado em um dispositivo de fixação preso à placa-base do testador, para que não se mova durante a abrasão. O material abrasivo, o papel, é então passado pela máquina e fixado ao conjunto do eixo de enrolamento. Concluídas as instruções de configuração, o contador é zerado e os motores são ligados para iniciar o ciclo de teste. Em uma contagem de ciclos predeterminada, a máquina é parada e o eixo vertical é levantado para avaliar a área testada. A máquina também pode operar em ciclo contínuo. Cada placa de corpo de prova enviada a clientes em todo o mundo é pré-verificada quanto à exatidão e reprodutibilidade com base no "Master RCA Abrasion Wear Tester" da Norman Tool.

Alguns técnicos recomendam enfaticamente não comprar papel para mais de seis meses de uso. O papel antigo é menos abrasivo por ter absorvido umidade. Armazene o papel em ambiente fresco e seco. O papel de 11/16" de largura x 8" de diâmetro externo em núcleo de 2", sem óleo, produz cerca de 1.800 ciclos. O rolo de fita de poliéster de 1/4" de largura produz cerca de 3.400 ciclos. O papel só pode ser adquirido da Norman Tool. A Norman Tool Abrader está em conformidade com a ASTM F 2357, Standard Test Methods for Determining the Abrasion Resistance of Inks and Coatings on Membrane Switches Using the Norman Tool "RCA" Abrader. A Norman Tool tem um novo aparelho pneumático de teste de dedo.

A Taber Industries fabrica instrumentos de abrasão e desgaste desde 1941. O Taber Rotary Abraser original (mostrado abaixo) foi projetado para testar corpos de prova planos em velocidade constante, inclusive os pintados, revestidos ou impressos. Produtos com geometrias contornadas não podem ser testados diretamente com este aparelho.

Montados em uma mesa giratória, os corpos de prova são submetidos à ação de desgaste por fricção de rodas abrasivas com carga. Acionadas pela amostra de teste, as rodas produzem marcas de abrasão que formam um padrão de arcos cruzados sobre um anel circular.

A resistência à abrasão pode ser calculada pela perda de massa em um número especificado de ciclos de abrasão, pelo número de ciclos necessário para remover uma quantidade unitária de espessura do revestimento, ou visualmente, pela quantidade de revestimento removido em comparação com padrões predeterminados. Para resultados exatos, os revestimentos ou tintas dos corpos de prova devem estar totalmente curados. Além disso, são descritos procedimentos para o correto acabamento da superfície das rodas antes de cada ensaio.

O Rotary Abraser é referenciado em diversas normas, incluindo ASTM D 4060, Standard Test Method for Abrasion Resistance of Organic Coatings by the Taber Abraser, ASTM D 6037, Standard Test Methods for Dry Abrasion Mar Resistance of High Gloss Coatings, ASTM F 1478, Standard Test Method for Determination of Abrasion Resistance of Images Produced from Copiers and Printers (Taber Method), SAE J365, Method of Testing Resistance To Scuffing of Trim Materials, e o método de teste BN108-02 da Ford Motor Company, Resistance to Abrasion – Taber Abraser.

A geração mais recente de máquinas de teste de abrasão é o Taber Linear Abraser Modelo 5700 (mostrado à esquerda). Este novo abrasímetro linear foi desenvolvido para permitir o teste de produtos reais.

Com movimento linear alternado, acessórios intercambiáveis são montados na extremidade de um eixo estriado flutuante. Conforme o braço executa os ciclos, o eixo sobe ou desce de modo que o acessório acompanhe os contornos do formato do produto – convexo, côncavo ou plano.

A Taber Industries lançou recentemente uma nova versão do seu abrasímetro linear, o Modelo 5750. Foram adicionados muitos recursos novos e avançados, incluindo a) visor digital, b) alinhamento por guia a laser, c) carga mínima de 60 gramas, d) velocidade de curso variável de 2 a 75, com seis botões predefinidos, e e) novos acessórios para maior versatilidade de testes.

Usando materiais de roda Taber padrão do setor, a resistência ao desgaste de materiais, inclusive plásticos, é testada com movimento linear. Como no Taber Rotary Abraser, o Wearaser™, o material deve ser refaceado antes do uso. Os modelos de máquina 5700/5750 têm um modo Reface automático e programável.

O comprimento do curso, a velocidade e a carga podem ser personalizados para qualquer teste. Os controles programáveis permitem testar até um número predefinido de ciclos de curso ou continuamente, até a remoção do revestimento/da impressão. O cabeçote de acessório universal permite ao usuário selecionar meios abrasivos certificados pela ASTM, ou usar o próprio material abrasivo, que pode ser específico de um setor. Os Linear Abrasers Modelos 5700/5750 também podem ser configurados para testes de riscamento, fricção, moeda (Dime, Nickel etc.) e crockmeter. Como em muitos testadores de abrasão, os resultados podem ser determinados por perda de massa ou por padrões visuais, quando o revestimento superficial foi desgastado até o material do substrato ou parte dele (rompimento).

O teste de crock (transferência de cor) consiste em avaliar o pano de crock para determinar quanta cor foi transferida para o pano, e está incorporado à ASTM D 6279, Standard Test Method for Rub Abrasion Resistance of High Gloss Coatings, e à ASTM F 1319, Standard Test Method for Determination of Abrasion and Smudge Resistance of Images Produced from Business Copy Products. A Taber busca atualmente certificações ASTM adicionais para os Linear Abrasers Modelos 5700/5750.

Dada a diversidade de produtos que podem ser testados no abrasímetro linear, não há padrão universal para fixar um produto na posição de teste. O usuário final determina uma garra ou dispositivo de fixação adequado ao produto. Em alguns casos, usa-se uma morsa comum. Para outros produtos, podem ser necessários dispositivos de fixação mais elaborados. O importante é que o produto permaneça rígido durante o teste.

Além do Norman RCA Abrasion Wear Tester e dos Abrasers Rotativo e Linear da Taber discutidos neste artigo, há inúmeros aparelhos de teste de adesão e abrasão em catálogos e na literatura do setor. Esses métodos, aceitos internacionalmente, incluem a ASTM D 3363, Standard Test for Film Hardness by Pencil Test; o Balanced Beam Scrape Adhesion and Mar Tester para a ASTM D 2197, Standard Test Method for Adhesion of Organic Coatings by Scrape Adhesion, e a D5178-98(2002), Standard Test Method for Mar Resistance of Organic Coatings; e o teste de abrasão ABREX® em superfícies impressas/revestidas sob a influência de diferentes fluidos (suor, loção, óleos), por meio de movimento simulado de contato de dedo/mão, conforme a DIN EN 60068-2-70. O ABREX® é um instrumento novo, sobre o qual havia informações limitadas na época em que este artigo foi escrito.

Além desses testes, muitas empresas desenvolvem procedimentos internos usando sistemas digitais sofisticados de teste, como equipamentos Com-Ten e Instron, incorporando muitos métodos de procedimentos ASTM. Conforme o uso previsto do produto, os testes de desempenho também podem incluir testes de resistência química e a solventes, imersão em água seguida de teste de fita, testes em lava-louças e máquinas de lavar etc. As empresas costumam usar vários métodos de teste durante o desenvolvimento e a fabricação do produto.

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

• American Society of Testing and Materials International
• BYK Gardner
• Gardner Company
• Norman Tool, Inc
• Taber Industries

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 e www.plasticslasermarking.com.

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