เทคนิคการวัดการยึดเกาะและความทนทานต่อการขัดสีของสารเคลือบและหมึกพิมพ์ – ตอนที่ 2

เทคนิคการวัดการยึดเกาะและความทนทานต่อการขัดสีของสารเคลือบและหมึกพิมพ์ – ตอนที่ 2

นี่คือตอนที่สองของบทความสองตอนว่าด้วยเทคนิคการวัดการยึดเกาะและความทนทานต่อการขัดสีของสารเคลือบและหมึกพิมพ์ ตอนนี้พิจารณาความทนทานต่อการขัดสี รวมถึงอุปกรณ์และเทคนิคการวัดใหม่ ๆ

ดังที่กล่าวไว้ในตอนที่ 1 การยึดเกาะ — Plastics Decorating ‘Technology Feature’ ฉบับมกราคม/กุมภาพันธ์ 2005 การยึดเกาะและความทนทานต่อการขัดสีของสารเคลือบและหมึกพิมพ์ที่บ่มแล้วเป็นคุณสมบัติเชิงสมรรถนะที่สำคัญสองประการ คุณสมบัติเหล่านี้อาจพึ่งพากัน แต่มักไม่ไปด้วยกัน กล่าวคือ สารเคลือบและหมึกพิมพ์ที่บ่มแล้วอาจมีการยึดเกาะดีแต่ทนการขัดสีไม่ดี หรือยึดเกาะไม่ดีแต่ทนการขัดสีดี การทดสอบและความเข้าใจเรื่องการยึดเกาะและการขัดสีอย่างถูกต้องช่วยให้มั่นใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนด และมีคุณค่าอย่างยิ่งในการแก้ปัญหาการเคลือบและการพิมพ์ การระบุกลไกความล้มเหลว ไม่ว่าจะเป็นการยึดเกาะ (โคฮีชัน) การขัดสี หรือทั้งสองอย่าง จะกำหนดแนวทางแก้ปัญหาด้านกระบวนการทางวิศวกรรม บทความนี้กล่าวถึงวิธีทดสอบและเครื่องมือหลายแบบ ในนั้นมีเครื่องขัดสีเชิงเส้นรุ่นใหม่ของ Taber Industries ซึ่งออกแบบมาเพื่อประเมินรูปทรงผลิตภัณฑ์จริงที่มีพื้นผิวโค้ง รวมถึงชิ้นทดสอบแบบเรียบ เทคนิคการวัดขั้นสูงเช่นที่อ้างถึงในบทความนี้ช่วยให้ผู้ผลิตบรรลุสมรรถนะผลิตภัณฑ์ที่เหนือกว่าและความเป็นเลิศของกระบวนการระดับซิกส์ซิกมา

ประเด็นสำคัญ

• เครื่องขัดสีเชิงเส้นทดสอบรูปทรงผลิตภัณฑ์จริงได้ ทั้งแบบนูน แบบเว้า หรือแบบเรียบ ขณะที่เครื่องขัดสีแบบหมุนต้องใช้ชิ้นทดสอบแบบเรียบ
• กระดาษขัดเสื่อมสภาพขณะจัดเก็บ ไม่ควรซื้อเกินปริมาณที่ใช้ได้หกเดือน กระดาษเก่าดูดความชื้นและขัดสีได้น้อยลง
• ASTM D4060, D6037, F1478, SAE J365 และ Ford BN108-02 ล้วนอ้างอิงเครื่องขัดสีแบบหมุน Taber
• ผลได้จากน้ำหนักที่สูญเสีย จำนวนรอบ หรือการสังเกตด้วยสายตาว่าทะลุถึงชั้นล่างที่มีสีตัดกัน
• การจับยึดชิ้นงานเป็นหน้าที่ของผู้ใช้ ไม่มีมาตรฐานสากลสำหรับการจับยึดผลิตภัณฑ์ สิ่งสำคัญคือความแข็งแรงมั่นคงขณะทดสอบ

คำถามที่พบบ่อย

ทดสอบการขัดสีบนผลิตภัณฑ์ที่โค้งหรือมีรูปทรงได้หรือไม่

ได้ ด้วยเครื่องขัดสีเชิงเส้น อุปกรณ์เสริมที่สลับเปลี่ยนได้ติดตั้งกับเพลาสไปลน์แบบลอยตัวที่ยกขึ้นและลดลงได้ เพื่อให้อุปกรณ์เสริมตามพื้นผิวแบบนูน เว้า หรือเรียบ เครื่องขัดสีแบบหมุนดั้งเดิมไม่สามารถทดสอบรูปทรงโค้งได้โดยตรง

กระดาษขัดใช้งานได้นานเท่าใด

ช่างเทคนิคแนะนำไม่ให้ซื้อเกินปริมาณที่ใช้ได้หกเดือน กระดาษเก่าขัดสีได้น้อยลงเพราะดูดความชื้น จึงควรเก็บในที่เย็นและแห้ง โดยประมาณ กระดาษกว้าง 11/16 นิ้วบนแกน 2 นิ้วให้ประมาณ 1,800 รอบ และม้วนเทปโพลีเอสเทอร์กว้าง 1/4 นิ้วให้ประมาณ 3,400 รอบ

มาตรฐาน ASTM ใดใช้กับการทดสอบการขัดสีของสารเคลือบ

เครื่องขัดสีแบบหมุน Taber ถูกอ้างอิงใน ASTM D4060 สำหรับสารเคลือบอินทรีย์ D6037 สำหรับความต้านทานรอยขีดข่วนจากการขัดสีแบบแห้งของสารเคลือบความเงาสูง และ F1478 สำหรับภาพจากเครื่องถ่ายเอกสารและเครื่องพิมพ์ รวมถึง SAE J365 และ Ford BN108-02 เครื่องขัดสี Norman Tool สอดคล้องกับ ASTM F2357 สำหรับสวิตช์เมมเบรน

ผลการขัดสีวัดเป็นเชิงปริมาณอย่างไร

ด้วยน้ำหนักที่สูญเสียที่จำนวนรอบที่กำหนด ด้วยจำนวนรอบที่ต้องใช้เพื่อลอกสารเคลือบหนึ่งหน่วยความหนา หรือด้วยการสังเกตเทียบกับมาตรฐานที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเมื่อสารเคลือบสึกทะลุถึงวัสดุรองรับหรือชั้นที่มีสีตัดกัน สารเคลือบต้องบ่มให้สมบูรณ์ก่อนการทดสอบ

ควรจับยึดผลิตภัณฑ์อย่างไรสำหรับการทดสอบการขัดสีเชิงเส้น

ไม่มีมาตรฐานสากล เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่ทดสอบได้มีความหลากหลาย ผู้ใช้ปลายทางเลือกแคลมป์หรืออุปกรณ์จับยึดที่เหมาะสม บางครั้งใช้ปากกาจับชิ้นงานมาตรฐาน บางครั้งใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อนกว่า ข้อกำหนดสำคัญคือผลิตภัณฑ์ต้องอยู่นิ่งแข็งแรงตลอดการทดสอบ

วิธีทดสอบการขัดสี

มีวิธีทดสอบการขัดสีมากมาย และเช่นเดียวกับการทดสอบการยึดเกาะ แต่ละบริษัทต้องตัดสินใจว่าวิธีใดประเมินผลิตภัณฑ์เฉพาะของตนได้ดีที่สุด หลายอุตสาหกรรมอ้างข้อกำหนด ASTM เฉพาะตามการใช้งานในตลาดของผลิตภัณฑ์ Norman Tool Abrader เป็นผู้ผลิตดั้งเดิมของเครื่องทดสอบการสึกหรอจากการขัดสี “RCA” ที่รู้จักกันดี ตั้งแต่ปี 1964 Norman Tool, Inc. ผลิต จัดจำหน่าย และส่งออกเครื่องทดสอบการสึกหรอจากการขัดสี ซึ่งใช้ทดสอบความต้านทานต่อการขัดสีและการสึกหรอของผิวเคลือบอินทรีย์แบบทาสีหรือชุบ ฟอยล์ และตัวอักษรบนปุ่มกดที่พิมพ์ด้วยหมึก นิยมใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า โทรศัพท์มือถือ และการเคลือบพลาสติก ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ระบบได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเพื่อความแม่นยำและความสะดวกในการใช้งาน

เครื่องมือนี้เป็นเครื่องทดสอบการขัดสีแบบสัมผัสจุด และสามารถทดสอบผลิตภัณฑ์ (จริง) ที่เรียบและเว้าได้ น้ำหนักถ่วงมี 55 กรัม 175 กรัม และ 275 กรัม หลักการทำงานและวัตถุประสงค์ของการทดสอบคือการขัดผิวเคลือบที่ทาบนวัสดุรองรับใด ๆ ให้ทะลุด้วยน้ำหนัก (แรงกด) ณ จุดที่เกิดตำหนิหรือสึกทะลุชั้นเคลือบบน เพื่อเผยพื้นผิวหรือสารเคลือบชั้นที่สองที่มีสีหรือเฉดสีตัดกัน ถือเป็นจุดที่สึกทะลุ วิธีการทำงานคือ วางชิ้นทดสอบที่มีสารเคลือบที่จะขัดบนอุปกรณ์จับยึดซึ่งติดกับแผ่นฐานของเครื่องทดสอบ เพื่อไม่ให้เคลื่อนที่ระหว่างการขัด จากนั้นร้อยวัสดุขัด คือกระดาษ ผ่านเครื่องและยึดกับชุดเพลาม้วน หลังทำตามคำแนะนำการตั้งค่าเสร็จ ตั้งตัวนับเป็นศูนย์ และเปิดมอเตอร์เพื่อเริ่มรอบการทดสอบ เมื่อถึงจำนวนรอบที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เครื่องจะหยุด และยกเพลาแนวตั้งขึ้นเพื่อประเมินพื้นที่จุดที่ทดสอบ เครื่องยังสามารถทำงานเป็นรอบต่อเนื่องได้ ชิ้นทดสอบแต่ละแผ่นที่ส่งให้ลูกค้าทั่วโลกได้รับการตรวจสอบความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำล่วงหน้าโดยอ้างอิง “Master RCA Abrasion Wear Tester” ของ Norman Tool

ช่างเทคนิคบางรายแนะนำอย่างยิ่งว่าไม่ควรซื้อกระดาษเกินปริมาณที่ใช้ได้หกเดือน กระดาษเก่าขัดสีได้น้อยลงเพราะดูดความชื้น ควรเก็บกระดาษในสภาพแวดล้อมที่เย็นและแห้ง กระดาษขนาดกว้าง 11/16” x เส้นผ่านศูนย์กลางนอก 8” บนแกน 2” แบบไม่ชุบน้ำมัน ให้ประมาณ 1,800 รอบ เทปกระดาษ ม้วนเทปโพลีเอสเทอร์กว้าง 1/4” ให้ประมาณ 3,400 รอบ สามารถจัดหากระดาษได้จาก Norman Tool เท่านั้น Norman Tool Abrader สอดคล้องกับ ASTM F 2357 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการหาความต้านทานการขัดสีของหมึกพิมพ์และสารเคลือบบนสวิตช์เมมเบรนโดยใช้เครื่องขัดสี Norman Tool “RCA” Norman Tool มีอุปกรณ์ทดสอบนิ้วแบบนิวเมติกรุ่นใหม่

Taber Industries ผลิตเครื่องมือวัดการขัดสีและการสึกหรอมาตั้งแต่ปี 1941 เครื่องขัดสีแบบหมุน Taber รุ่นดั้งเดิม (แสดงด้านล่าง) ออกแบบมาเพื่อทดสอบชิ้นทดสอบแบบเรียบที่ความเร็วคงที่ รวมถึงชิ้นที่ผ่านการทาสี เคลือบ หรือพิมพ์ ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปทรงโค้งไม่สามารถทดสอบโดยตรงด้วยเครื่องนี้ได้

ชิ้นทดสอบที่ติดตั้งบนแท่นหมุนจะได้รับการเสียดสีจากล้อขัดที่มีน้ำหนักถ่วง ล้อที่ขับเคลื่อนด้วยชิ้นตัวอย่างทดสอบทำให้เกิดรอยขัดที่เป็นรูปแบบของส่วนโค้งไขว้กันบนวงแหวนกลม

ความต้านทานต่อการขัดสีคำนวณได้จากน้ำหนักที่สูญเสียที่จำนวนรอบการขัดสีที่กำหนด เป็นจำนวนรอบที่ต้องใช้เพื่อลอกสารเคลือบหนึ่งหน่วยความหนา หรือด้วยสายตาจากปริมาณสารเคลือบที่ถูกลอกเมื่อเทียบกับมาตรฐานที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เพื่อให้ได้ผลที่แม่นยำ สารเคลือบหรือหมึกพิมพ์บนชิ้นทดสอบต้องบ่มให้สมบูรณ์ นอกจากนี้ ยังมีการอธิบายขั้นตอนการปรับผิวล้อให้เหมาะสมก่อนการทดสอบแต่ละครั้ง

เครื่องขัดสีแบบหมุนถูกอ้างอิงในมาตรฐานจำนวนมาก รวมถึง ASTM D 4060 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับความต้านทานการขัดสีของสารเคลือบอินทรีย์ด้วยเครื่องขัดสี Taber, ASTM D 6037 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับความต้านทานรอยขีดข่วนจากการขัดสีแบบแห้งของสารเคลือบความเงาสูง, ASTM F 1478 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการหาความต้านทานการขัดสีของภาพที่ได้จากเครื่องถ่ายเอกสารและเครื่องพิมพ์ (วิธี Taber), SAE J365 วิธีทดสอบความต้านทานการถลอกของวัสดุตกแต่ง และวิธีทดสอบ Ford Motor Company BN108-02 ความต้านทานต่อการขัดสี – เครื่องขัดสี Taber

เครื่องทดสอบการขัดสีรุ่นล่าสุดคือ Taber Linear Abraser Model 5700 (แสดงทางซ้าย) เครื่องขัดสีเชิงเส้นรุ่นใหม่นี้พัฒนาขึ้นเพื่อให้ทดสอบผลิตภัณฑ์จริงได้

ใช้การเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบสลับไปมา โดยติดตั้งอุปกรณ์เสริมที่สลับเปลี่ยนได้ที่ปลายเพลาสไปลน์แบบลอยตัว เมื่อแขนเคลื่อนเป็นรอบ เพลาจะยกขึ้นหรือลดลงเพื่อให้อุปกรณ์เสริมตามพื้นผิวของรูปทรงผลิตภัณฑ์ ทั้งแบบนูน เว้า หรือเรียบ

Taber Industries เพิ่งเปิดตัวเครื่องขัดสีเชิงเส้นรุ่นใหม่ Model 5750 โดยเพิ่มคุณสมบัติใหม่ขั้นสูงมากมาย ได้แก่ a) จอแสดงผลดิจิทัล b) การจัดแนวด้วยเลเซอร์นำทาง c) น้ำหนักต่ำสุด 60 กรัม d) ความเร็วช่วงชักแปรผัน 2-75 พร้อมปุ่มตั้งค่าล่วงหน้าหกปุ่ม และ e) อุปกรณ์เสริมใหม่เพื่อความหลากหลายในการทดสอบ

โดยใช้วัสดุล้อ Taber มาตรฐานอุตสาหกรรม ทดสอบความต้านทานการสึกหรอของวัสดุ รวมถึงพลาสติก ด้วยการเคลื่อนที่เชิงเส้น เช่นเดียวกับเครื่องขัดสีแบบหมุน Taber ที่ใช้ Wearaser™ ต้องปรับผิววัสดุก่อนใช้งาน เครื่องรุ่น 5700/5750 มีโหมดปรับผิว (Reface) อัตโนมัติที่ตั้งโปรแกรมได้

สามารถกำหนดความยาวช่วงชัก ความเร็ว และน้ำหนักให้เหมาะกับการทดสอบใดก็ได้ ตัวควบคุมที่ตั้งโปรแกรมได้ช่วยให้ทดสอบตามจำนวนรอบช่วงชักที่ตั้งไว้ หรือต่อเนื่องจนกว่าสารเคลือบ/งานพิมพ์จะหลุด หัวอุปกรณ์เสริมแบบสากลช่วยให้ผู้ใช้เลือกสื่อขัดที่ได้รับการรับรอง ASTM หรือใช้วัสดุขัดของตนเองที่อาจเฉพาะกับอุตสาหกรรมใดอุตสาหกรรมหนึ่ง เครื่องขัดสีเชิงเส้นรุ่น 5700/5750 ยังกำหนดค่าสำหรับการทดสอบรอยขีดข่วน การถู เหรียญ (Dime, Nickel เป็นต้น) และเครื่องทดสอบ Crockmeter ได้ เช่นเดียวกับเครื่องทดสอบการขัดสีหลายรุ่น สามารถกำหนดผลด้วยน้ำหนักที่สูญเสียหรือมาตรฐานทางสายตาเมื่อผิวเคลือบสึกถึงวัสดุรองรับหรือบางส่วนของวัสดุนั้น (breakthrough)

Crock (การถ่ายโอนสี) คือการประเมินผ้า crocking เพื่อดูว่ามีสีถ่ายโอนไปติดผ้าเท่าใด และรวมอยู่ใน ASTM D 6279 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับความต้านทานการขัดสีจากการถูของสารเคลือบความเงาสูง และ ASTM F 1319 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการหาความต้านทานการขัดสีและรอยเปื้อนของภาพที่ได้จากผลิตภัณฑ์สำเนาเอกสารธุรกิจ ปัจจุบัน Taber กำลังดำเนินการขอการรับรอง ASTM เพิ่มเติมสำหรับเครื่องขัดสีเชิงเส้นรุ่น 5700/5750

ด้วยความหลากหลายของผลิตภัณฑ์ที่ทดสอบได้บนเครื่องขัดสีเชิงเส้น จึงไม่มีมาตรฐานสากลสำหรับการจับยึดผลิตภัณฑ์เข้าตำแหน่งเพื่อทดสอบ ผู้ใช้ปลายทางเป็นผู้กำหนดแคลมป์หรืออุปกรณ์จับยึดที่เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์ ในบางกรณีใช้ปากกาจับชิ้นงานมาตรฐาน สำหรับผลิตภัณฑ์อื่นอาจต้องใช้อุปกรณ์จับยึดที่ซับซ้อนกว่า ประเด็นสำคัญคือผลิตภัณฑ์ต้องอยู่ในตำแหน่งที่แข็งแรงมั่นคงระหว่างการทดสอบ

นอกจาก Norman RCA Abrasion Wear Tester และเครื่องขัดสีแบบหมุนและเชิงเส้นของ Taber ที่กล่าวถึงในบทความนี้แล้ว ยังมีอุปกรณ์ทดสอบการยึดเกาะและการขัดสีนับไม่ถ้วนในแคตตาล็อกและเอกสารของอุตสาหกรรม วิธีที่ยอมรับในระดับสากลเหล่านี้ ได้แก่ ASTM D 3363 การทดสอบมาตรฐานสำหรับความแข็งของฟิล์มด้วยดินสอ, Balanced Beam Scrape Adhesion and Mar Tester สำหรับ ASTM D 2197 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการยึดเกาะของสารเคลือบอินทรีย์ด้วยการขูด และ D5178-98(2002) วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับความต้านทานรอยขีดข่วนของสารเคลือบอินทรีย์ และการทดสอบการขัดสีด้วย ABREX® บนพื้นผิวที่พิมพ์/เคลือบภายใต้อิทธิพลของของเหลวต่าง ๆ (เหงื่อ โลชั่น น้ำมัน) ผ่านการเคลื่อนที่จำลองการสัมผัสของนิ้ว/มือตาม DIN EN 60068-2-70 ABREX® เป็นเครื่องมือใหม่ซึ่งมีข้อมูลจำกัดในขณะที่เขียนเอกสารนี้

นอกจากการทดสอบเหล่านี้ หลายบริษัทพัฒนาขั้นตอนภายในองค์กรโดยใช้ระบบทดสอบดิจิทัลที่ซับซ้อน เช่น อุปกรณ์ Com-Ten และ Instron ซึ่งรวมวิธีดำเนินการตาม ASTM หลายวิธี ตามการใช้งานที่ตั้งใจไว้ของผลิตภัณฑ์ การทดสอบสมรรถนะอาจรวมถึงการทดสอบความต้านทานสารเคมีและตัวทำละลาย การแช่น้ำตามด้วยการทดสอบด้วยเทป การทดสอบด้วยเครื่องล้างจานและเครื่องซักผ้า เป็นต้น บริษัทต่าง ๆ มักใช้หลายวิธีทดสอบระหว่างการพัฒนาและการผลิตผลิตภัณฑ์

มาตรฐานการทดสอบและความเป็นเลิศของกระบวนการ

หลายบริษัทใช้วิธีทดสอบบางวิธีที่กล่าวถึงในบทความนี้ด้วยความจำเป็น กล่าวคือเพื่อให้ได้ธุรกิจโดยแสดงว่ากระบวนการผลิตเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรมเฉพาะ น่าเสียดายที่ผู้ผลิตมักไม่ทราบปัญหาความล้มเหลวในการใช้งานจริงจนกว่าลูกค้าจะส่งคืนผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด โดยปริยาย “การยึดเกาะที่ไม่ดี” มักถูกโทษ เมื่อเข้าใจสาเหตุที่เป็นไปได้หลายประการของความล้มเหลวด้านการยึดเกาะเทียบกับการขัดสีอย่างถูกต้อง วิศวกรจะระบุสาเหตุรากเหง้าที่สำคัญได้อย่างชำนาญและดำเนินการแก้ไข

ไม่ควรสงวนการทดสอบไว้เฉพาะการพัฒนาผลิตภัณฑ์และการแก้ไขปัญหา การทดสอบผลิตภัณฑ์ในสายการผลิตอย่างต่อเนื่องด้วยวิธีและเทคนิคที่นำเสนอ ร่วมกับเทคนิค Six Sigma จะช่วยให้การผลิตแข็งแกร่ง

กิตติกรรมประกาศ

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

Scott R. Sabreen เป็นผู้ก่อตั้งและประธานของ The Sabreen Group, Inc. (TSG) ซึ่งเป็นบริษัทวิศวกรรมระดับโลกที่เชี่ยวชาญกระบวนการผลิตพลาสติกขั้นที่สอง ได้แก่ การปรับสภาพพื้นผิว การยึดติด การตกแต่งและการเก็บงานผิว การมาร์กด้วยเลเซอร์ และความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ สอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่หมายเลขโทรฟรี (888)-SABREEN หรือเยี่ยมชม www.sabreen.com และ www.plasticslasermarking.com

---