Kaplama ve Mürekkeplerin Yapışma ve Aşınma Dayanımını Ölçme Teknikleri – 1. Bölüm

Kaplama ve Mürekkeplerin Yapışma ve Aşınma Dayanımını Ölçme Teknikleri – 1. Bölüm

Bu yazı, kaplama ve mürekkeplerin yapışma ve aşınma dayanımını ölçme teknikleri konulu iki bölümlük serinin ilkidir. Bu ilk sayıda yapışma ele alınacaktır. İkinci bölüm, yeni ekipman ve ölçüm teknikleri dahil olmak üzere aşınma dayanımını ele alacaktır.

Kürlenmiş kaplama ve mürekkeplerin yapışması ve aşınma dayanımı iki kritik performans özelliğidir; bunların ölçülmesi ve kontrolü sağlam bir üretim için şarttır. Yapışma ve aşınma dayanımı birbirinden ayrı fiziksel özelliklerdir ve hata modu analizi sırasında sıklıkla yanlış teşhis edilir. Zayıf yapışma ve aşınma dayanımı; saha hatalarının, hurdanın ve yeniden işlemenin, düşük kârın ve memnuniyetsiz müşterilerin başlıca nedenleridir. Bu özellikleri ölçmek için teknikler mevcuttur. Bu makale çeşitli test yöntemlerini ve cihazlarını ele almaktadır. Bunlar arasında Taber Industries tarafından üretilen ve düz numunelerin yanı sıra konturlu yüzeylere sahip gerçek ürün şekillerini değerlendirmek üzere tasarlanmış yeni bir lineer aşındırıcı bulunmaktadır (ikinci bölüm). Bu yazıda anılan gibi ileri ölçüm teknikleri, üreticilerin üstün ürün performansı ve Altı Sigma proses mükemmelliğine ulaşmasına yardımcı olmaktadır.

Önemli çıkarımlar

• Yapışma ve aşınma farklı özelliklerdir. Bir kaplama birinden geçip diğerinde kalabilir ve hata analizinde bunlar sıklıkla birbirine karıştırılır.
• ASTM D3359 niteldir. Asgari bir değerin karşılandığını doğrular; bağlantı mukavemetini nicelendiremez.
• Bant değişkenliği gerçektir; bağımsız laboratuvarlar partiler arasında %50'ye varan farklar kaydetmiştir.
• Her iki standart da esnek veya yarı rijit plastikler üzerindeki kaplamalar için değil, metal ve beton gibi rijit altlık malzemeler için yazılmıştır.
• Prosedürün tutarlılığı, seçilen yöntemden daha önemlidir. Küçük farklılıklar istatistiksel olarak anlamlı farklar üretir.

Sıkça sorulan sorular

Yapışma ile aşınma dayanımı arasındaki fark nedir?

Bunlar birbirinden ayrı fiziksel özelliklerdir ve çoğu zaman birbirini dışlar. Kürlenmiş bir kaplama iyi yapışma ve zayıf aşınma direnci gösterebilir veya tersi olabilir. Yapışma, kohezyon, aşınma veya bunların bir kombinasyonundan hangi mekanizmanın gerçekten başarısız olduğunu belirlemek, mühendislik çözümünü belirler.

ASTM D3359 bant testi güvenilir midir?

Basit, ucuz ve yaygın olarak kullanılır, ancak niteldir. Gerçek bağlantı mukavemetini ölçmek yerine asgari bir yapışma değerinin karşılandığını belirler; kalibre edilmiş ekipman gerekmediği için doğruluk tasarım gereği operatöre bağlıdır. Ayrıca plastikler için değil, metal üzerindeki sünek kaplamalar için geliştirilmiştir.

Bant testi sonuçları laboratuvarlar arasında neden değişir?

Bant nedeniyle. Partilerin doğal yapışma değişkenliği vardır ve bağımsız laboratuvarlar %50'ye varan farklar kaydetmiştir. Orijinal 3M 710 bant üretimden kaldırıldı ve Permacel zaman içinde bant özelliklerini değiştirdi; bu da testi fiilen her türlü basınca duyarlı banda açtı.

ASTM D4541 sıyırma testini ne zaman tercih etmeliyim?

Nicel bir çekme sonucuna ihtiyaç duyduğunuzda. Standart dolly'leri barındırmak için genellikle üç inç veya daha büyük ürün boyutları gerektirdiğini, en az iki veya üç noktada test yapılması gerektiğini ve sabit hizalamalı, hidrolik ve pnömatik cihazların sonuçlarının önemli ölçüde farklılaştığını, bu nedenle bunlar arasında doğrudan karşılaştırma yapmanın pratik olmadığını unutmayın.

Sıyırma testi için dolly nasıl hazırlanmalıdır?

İşlenmiş veya uç frezelenmiş dolly yüzeyleri genellikle daha zayıf bağlantılar verir. Mikro yapı oluşturmak için yüzeyi Scotch-Brite pedi veya zımpara kağıdıyla hafifçe pürüzlendirin, ardından kum, yağ ve oksidasyonu gidermek için alkol ve kuru bezle temizleyin. Kaplama ile etkileşmeyecek bir yapıştırıcı kullanın.

Yapışma ve aşınma karşılaştırması

Kürlenmiş kaplama ve mürekkeplerin plastik altlık malzemeler üzerindeki en uygun yapışması ve aşınma dayanımı (direnci), kullanım ömrü boyunca dayanacak yüksek kaliteli ürünler üretmek için üretim sırasında sağlanmalıdır. Bu özellikler birbirine bağlı olabilir ancak çoğu zaman birbirini dışlar. Yani kürlenmiş kaplama ve mürekkepler iyi yapışma ile zayıf aşınma dayanımı veya zayıf yapışma ile iyi aşınma dayanımı gösterebilir. Yapışma ve aşınmanın doğru test edilmesi ve anlaşılması, şartnamelere uygunluğu güvence altına alır ve kaplama ile baskı sorunlarının çözümünde çok değerlidir. Hata mekanizmasının (yapışma (kohezyon), aşınma veya her ikisi) belirlenmesi, mühendislik proses çözümünü belirler. Bu özellikleri ölçmek ve analiz etmek için geleneksel test yöntemleri ve yeni cihazlar mevcuttur.

Yapışma test yöntemleri

ASTM D 3359 Bant Testi ile Yapışmanın Ölçülmesi için Standart Test Yöntemi, basitliği ve düşük maliyeti nedeniyle tarihsel olarak kaplama ve mürekkeplerin yapışmasını test etmek için belki de en bilinen ve en yaygın kullanılan yöntemdir. Bant testini gerçekleştirmenin en temel prosedürü şunları içerir:

• Bant seçiminde mutabakat sağlanması.
• Testten önce kaplama ve mürekkeplerin tamamen kürlenmesi.
• Filmde Yöntem A'ya göre “X” kesikleri veya Yöntem B'ye göre her yönde altı veya on bir kesikten oluşan kafes deseni açılması.
• Bant dağıtıcı makaradan iki tur bandın çıkarılıp atılması.
• Bandın parmakla yerine düzeltilmesi ve ardından bir kalemin ucundaki silgi veya benzeri ile sıkıca sürtülmesi (bandın altındaki renk, tam temasın iyi bir göstergesidir).
• Uygulamadan sonraki 60-120 saniye içinde, serbest ucun mümkün olduğunca 180 derecelik bir açıya yakın şekilde hızla (ani çekmeden) kendi üzerine geri çekilerek bandın çıkarılması.
• Kesik alanın kaplamanın altlık malzemeden kalkması açısından incelenmesi ve yapışmanın önceden belirlenmiş tanımlara ve resimli sınıflandırmalara (0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B) göre derecelendirilmesi.

ASTM D 3359'un ilk sürümleri 3M 710 ve Permacel bant kullanımına atıf yapıyordu. 3M ürününü üretimden kaldırdı ve Permacel yıllar içinde bant özelliklerini değiştirdi. ASTM alt komitesi, kullanıcılara güncel Permacel'in orijinal banda benzer sonuçlar verip vermediğini kontrol etmelerini önerdi. Bunun pratik olmadığı ortaya çıktı ve şirketlerin hemen her türlü basınca duyarlı banda yönelmesinin önünü açtı. Bugün birçok şirket, belirli ürün nişlerinin mümkün olduğunca benzer şekilde test edildiği (örneğin cep telefonları, bilgisayar klavyeleri, otomotiv bileşenleri vb.) ASTM D 3359'un kısaltılmış sürümlerini kullanmaktadır. Yaygın olarak kullanılan çeşitli teknikler ve basınca duyarlı bantlar gösterilmiştir.

Tekrarlanabilir ve yeniden üretilebilir sonuçların elde edilerek kabul edilebilir veya edilemez yapışmanın önyargısız belirlenebilmesi için bant testi yapılırken akılda tutulması gereken önemli hususlar vardır. Üretildiği haliyle bant partilerinin (makaralarının), özellikle zaman içinde, doğal bir yapışma değişkenliği vardır. Örneğin bağımsız laboratuvarlar yüzde 50'ye varan farklar kaydetmiştir. Bant testi niteldir ve yapışma bağlantısının gerçek mukavemetini nicel olarak kesin biçimde değerlendiremez (yalnızca asgari bir değer karşılanmıştır). Bununla birlikte göreceli yapışma performansı sağlar. Test yöntemi, başlangıçta plastik ürünlere uygulanan kaplama veya mürekkepler için değil, metal altlık malzemelere uygulanan sünek kaplamalar için geliştirilmiştir.

Çapraz kesme testi, tek veya çok katlı sistemlerin yapışmasını değerlendirmek için basit ve kolay öngörülebilir bir yöntemdir.

Prosedür

• Uygun bir takımla filmde altlık malzemeye kadar keserek kafes deseni açın
• Kesik üzerinde fırça kalemi veya bant kullanarak her biri 5 kez çapraz yönde fırçalayın ve Permacel bantla çıkarın
• Izgara alanını aydınlatmalı bir büyüteçle inceleyin

Çapraz kesme sonuçları

Yapışma aşağıdaki ölçeğe göre derecelendirilir:

*DIN 53151, Ekim 1994'te geçersiz kılınmıştır

Dolayısıyla esnek bir yapışkan bant, rijit bir metal yerine esnek veya yarı rijit bir plastiğe uygulandığında sıyrılma olgusu ve hata mekanizmaları farklıdır

Bantlardaki, taşıyıcı sertliğindeki ve yapıştırıcı reolojisindeki farklılıklar, aynı ürün test edildiğinde bile farklı sonuçlar verebilir. Belirli bir bant formülasyonu doğası gereği tüm kaplama ve plastiklere eşit şekilde yapışmaz. Yüzey dokusu da önemli bir faktördür. ASTM D 3359 tasarımı gereği basit olacak ve kalibre edilmiş ekipman gerektirmeyecek şekilde hazırlanmıştır. Dolayısıyla test doğruluğu operatöre bağlıdır.

ASTM D 4541 Taşınabilir Yapışma Test Cihazları Kullanılarak Kaplamaların Sıyırma Mukavemeti için Standart Test Yöntemi de iyi bilinen bir standarttır. Ancak ASTM D 3359'dan farklı olarak, sıyırma yapışma test cihazları olarak adlandırılan cihaz düzeneklerinin kullanılmasını gerektirir. Birkaç farklı cihaz modeli (sabit hizalamalı, hidrolik, pnömatik) anılmaktadır ve cihaz parametrelerine ve kullanıma bağlı olarak farklı sonuçlar verebilir. Çekme yapışma testi, bir yüzey alanının herhangi bir malzeme ayrılmadan taşıyabileceği en büyük dik kuvveti (çekme yönünde) veya yüzeyin önceden belirlenmiş bir kuvvette sağlam kalıp kalmadığını (geçti/kaldı) belirler. Aynı yüzeylerde üç modelle yapılan kapsamlı sektör testlerinin sonuçları önemli ölçüde farklılık gösterir ve bu da doğrudan karşılaştırmayı pratik olmaktan çıkarır.

Hangi sıyırma yapışma test cihazı kullanılırsa kullanılsın, prosedür bir yükleme düzeneğinin (“Dolly” olarak adlandırılır) bir yapıştırıcıyla kaplama yüzeyine dik olarak sabitlenmesiyle başlar. Yapıştırıcı kürlendikten sonra yükleme düzeneğine bir test aparatı bağlanır ve test yüzeyine dik çekme uygulayacak şekilde hizalanır. Yükleme düzeneğine uygulanan kuvvet, malzeme ayrılması “sıyrılması” gerçekleşene veya belirtilen değere ulaşılana kadar kademeli olarak artırılır.

Birden fazla kaplama uygulandığında, hata mekanizmasının niteliği, yani yapıştırıcı veya kohezif hata, belirlenecektir. Piyasada bulunan birçok cihazdan iki örnek aşağıda gösterilmiştir. A ve B şekilleri Elcometer 106 Sabit Hizalamalı aparatı, C ve D şekilleri ise Defelsko Hidrolik Kendinden Hizalamalı aparatı göstermektedir.

Herhangi bir sıyırma yapışma test cihazı için, doğru ve tekrarlanabilir sonuçlar elde etmede dolly'nin yüzey hazırlığı ve yapıştırıcı uygulaması önemlidir. Birçok dolly, satın alındığı haliyle pürüzsüz işlenmiş ve/veya uç frezelenmiş yüzeylere sahiptir; ancak bunlar genellikle daha zayıf bağlantılar verir. Sıyırma yapışma test cihazlarının bazı kullanıcıları, maksimum bağlantı mukavemeti için mikro yapılar oluşturmak üzere Scotch-Brite® pedi veya zımpara kağıdı kullanarak dolly yüzeyini hafifçe pürüzlü hale getirir. Dolly'nin “hazırlanmasından” sonra fazla kum, yağ ve oksidasyonu gidermek için temizlenmelidir (genellikle alkol ve kuru bez ile). Yaygın kullanılan bir yapıştırıcı, sıyırma testi yapılmadan önce 24 saate kadar kürlenme gerektirebilen iki bileşenli bir epoksi olan Araldite 2011'dir. Başka yapıştırıcılar da seçilebilir, ancak yapıştırıcının kaplamayı etkilememesi veya onunla etkileşmemesi çok önemlidir; aksi halde test sonuçlarının değeri minimum olacaktır.

Hangi sıyırma yapışma test cihazı kullanılırsa kullanılsın, bu testin yapılmasındaki en kritik husus, testin nasıl yapıldığının tutarlılığıdır. Prosedürdeki küçük farklılıklar bile istatistiksel olarak anlamlı veri sonuçlarına yol açar. Bu test yönteminin birçok kullanıcısı tek kullanımlık alüminyum dolly'ler kullanır. Belgelenmiş prosedürler, tutarsız kurulumdan kaynaklanan değişkenliği en aza indirmeye yardımcı olur.

ASTM D 4541 de metal, beton veya ahşap gibi rijit yapılar üzerindeki kaplamaları test etme özel amacıyla geliştirilmiştir. Nispeten küçük parçalarda yapılabilen ASTM D 3351'den farklı olarak ASTM D 4541, standart dolly boyutlarını barındırmak için genellikle üç inç veya daha büyük ürün boyutları gerektirir (özel dolly'ler satın alınabilse de). ASTM D 4541 prosedürü bir parça üzerinde en az 2-3 noktada yapılmalıdır; bu da küçük ürünler için pratik olmayabilir. ASTM D 3351, ASTM D 4541 veya diğer yapışma testlerinin kullanılmasına karar vermek her şirkete bağlıdır ve pazar nişinde yürütülen geçmiş testlerden etkilenebilir.

Test standartları ve proses mükemmelliği

Birçok şirket, bu yazıda ele alınan test yöntemlerinden bazılarını zorunluluktan kullanır; yani üretim proseslerinin belirli sektör standartlarına uygun olduğunu göstererek iş kazanmak için. Ne yazık ki üreticiler, müşterileri uygunsuz ürünleri iade edene kadar sahadaki hata sorunlarından çoğu zaman habersiz olabilir. Varsayılan olarak suç “zayıf yapışma”ya yüklenir. Yapışma ile aşınma hatalarının olası birçok nedeninin doğru anlaşılmasıyla mühendisler kritik kök nedenleri ustalıkla belirleyip düzeltici eylemleri uygulayabilir. Test yalnızca ürün geliştirme ve sorun giderme için ayrılmamalıdır. Sunulan yöntem ve teknikler ile Altı Sigma tekniklerinin kullanıldığı ürünlerin sürekli hat içi testi, sağlam bir üretimi güvence altına alır.

Teşekkürler

• 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, The Sabreen Group, Inc. (TSG)'in kurucusu ve başkanıdır. TSG; yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme, lazer markalama ve ürün güvenliği gibi plastik ikincil işleme proseslerinde uzmanlaşmış küresel bir mühendislik şirketidir. Daha fazla bilgi için ücretsiz (888) SABREEN numarasını arayın veya www.sabreen.com adresini ziyaret edin.

---