تقنيات قياس متانة الالتصاق والتآكل الاحتكاكي للطلاءات والأحبار – الجزء 2

تقنيات قياس متانة الالتصاق والتآكل الاحتكاكي للطلاءات والأحبار – الجزء 2

هذا هو الجزء الثاني من سلسلة من جزأين حول تقنيات قياس متانة الالتصاق والتآكل الاحتكاكي للطلاءات والأحبار. ويتناول هذا العدد متانة مقاومة التآكل الاحتكاكي، بما في ذلك المعدات وتقنيات القياس الجديدة.

كما ورد في الجزء 1 الالتصاق — «الميزة التقنية» في Plastics Decorating، عدد يناير/فبراير 2005، فإن الالتصاق ومتانة مقاومة التآكل الاحتكاكي للطلاءات والأحبار المعالجة خاصيتا أداء حاسمتان. وقد تكون هاتان الخاصيتان مترابطتين، لكنهما كثيرًا ما تتعارضان. أي أن الطلاءات والأحبار المعالجة قد تُظهر التصاقًا جيدًا ومقاومة تآكل ضعيفة، أو التصاقًا ضعيفًا ومقاومة تآكل جيدة. ويضمن الاختبار السليم وفهم الالتصاق والتآكل الاحتكاكي المطابقة للمواصفات، وهو لا يُقدَّر بثمن في حل مشكلات الطلاء والطباعة. ويحدد تشخيص آلية الفشل — الالتصاق (التماسك) أو التآكل الاحتكاكي أو كليهما — الحل الهندسي للعملية. وتتناول هذه المقالة عدة طرق اختبار وأجهزة مختلفة، منها جهاز تآكل خطي جديد من Taber Industries صُمم لتقييم أشكال المنتجات الفعلية ذات الأسطح المنحنية إضافة إلى العينات المسطحة. وتساعد تقنيات القياس المتقدمة كتلك المذكورة في هذه المقالة الشركات المصنّعة على تحقيق أداء متفوق للمنتج وتميز في العمليات وفق ستة سيجما.

أهم النقاط

• يختبر جهاز التآكل الخطي أشكال المنتجات الفعلية — محدبة أو مقعّرة أو مسطحة — بينما يحتاج الجهاز الدوار إلى عينات مسطحة.
• يتدهور الورق الكاشط أثناء التخزين. لا تشتروا أكثر من كمية تكفي ستة أشهر من الاستخدام؛ فالورق القديم يمتص الرطوبة وتقل قدرته على الكشط.
• تشير المعايير ASTM D4060 وD6037 وF1478 وSAE J365 وFord BN108-02 جميعها إلى جهاز Taber Rotary Abraser.
• تُستخلص النتائج من فقدان الوزن أو عدد الدورات أو الاختراق المرئي إلى طبقة سفلية متباينة.
• تثبيت العينة مسؤولية المستخدم. لا يوجد معيار عام لتثبيت المنتج؛ والمهم هو صلابة المنتج أثناء الاختبار.

الأسئلة الشائعة

هل يمكن اختبار التآكل الاحتكاكي على المنتجات المنحنية أو ذات الأسطح المتعرجة؟

نعم، باستخدام جهاز تآكل خطي. فالملحقات القابلة للتبديل تُركَّب على عمود مخدد حر التعويم يرتفع وينخفض ليتبع الملحق الأسطح المحدبة أو المقعّرة أو المسطحة. ولا يستطيع الجهاز الدوار التقليدي اختبار الأشكال الهندسية المنحنية مباشرة.

ما المدة التي يبقى فيها الورق الكاشط صالحًا للاستخدام؟

يوصي الفنيون بعدم شراء أكثر من كمية تكفي ستة أشهر من الاستخدام. فالورق القديم أقل قدرة على الكشط لأنه يمتص الرطوبة، لذا يجب تخزينه في مكان بارد وجاف. وكمؤشر تقريبي، ينتج ورق بعرض 11/16 بوصة على قلب بقطر 2 بوصة نحو 1,800 دورة، وبكرة شريط البوليستر بعرض 1/4 بوصة نحو 3,400 دورة.

ما معايير ASTM المطبقة على اختبار التآكل الاحتكاكي للطلاءات؟

يُشار إلى جهاز Taber Rotary Abraser في المعيار ASTM D4060 للطلاءات العضوية، وD6037 لمقاومة خدش التآكل الجاف للطلاءات عالية اللمعان، وF1478 للصور الناتجة عن آلات النسخ والطابعات، إضافة إلى SAE J365 وFord BN108-02. ويتوافق جهاز Norman Tool للتآكل مع المعيار ASTM F2357 لمفاتيح الأغشية.

كيف تُحدَّد كمّيًا نتائج التآكل الاحتكاكي؟

بفقدان الوزن عند عدد دورات محدد، أو بعدد الدورات اللازم لإزالة وحدة من سماكة الطلاء، أو بصريًا مقارنةً بمعايير محددة مسبقًا عندما يتآكل الطلاء حتى الركيزة أو طبقة متباينة. ويجب أن تكون الطلاءات قد اكتمل معالجتها تمامًا قبل الاختبار.

كيف يجب تثبيت المنتج لاختبار التآكل الخطي؟

لا يوجد معيار عام نظرًا لتنوع المنتجات القابلة للاختبار. فيختار المستخدم النهائي مشبكًا أو أداة تثبيت مناسبة — أحيانًا ملزمة قياسية وأحيانًا شيئًا أكثر تعقيدًا. والشرط الأساسي أن يبقى المنتج صلبًا ثابتًا طوال الاختبار.

طرق اختبار التآكل الاحتكاكي

توجد طرق كثيرة لاختبار التآكل الاحتكاكي، وكما في اختبار الالتصاق، يجب على كل شركة أن تقرر أي طريقة أو طرق تقيّم منتجها المحدد على أفضل وجه. وتشير صناعات كثيرة إلى متطلبات ASTM معينة بحسب تطبيق المنتج في السوق. وجهاز Norman Tool Abrader هو الجهة المصنّعة الأصلية لجهاز اختبار تآكل البلى «RCA» المعروف. ومنذ عام 1964 تقوم Norman Tool, Inc. بتصنيع أجهزة اختبار تآكل البلى وتوزيعها وتصديرها، وتُستخدم لاختبار مقاومة التشطيبات العضوية المطلية أو المطلية كهربائيًا، والرقائق، وأحرف لوحات المفاتيح المطبوعة بالحبر للتآكل والبلى. وتُستخدم عادة في صناعات السيارات والأجهزة المنزلية والهواتف الخلوية وطلاء البلاستيك. وعلى مر السنين جرى تحديث النظام باستمرار لتحسين الدقة وسهولة الاستخدام.

هذا الجهاز مختبِر تآكل بتماس نقطي، وقادر على اختبار المنتجات (الفعلية) المسطحة والمقعّرة. والأوزان المستخدمة هي 55 غرامًا و175 غرامًا و275 غرامًا. والمبدأ التشغيلي للاختبار وغايته هو تآكل طبقة التشطيب المطبقة على أي ركيزة بفعل الوزن (الحمل). وتكون نقطة الاختراق عند ظهور عيب أو تآكل الطبقة العليا حتى تنكشف طبقة أو سطح ثانٍ بلون أو درجة لونية متباينة. وتتمثل طريقة التشغيل في وضع العينة ذات الطلاء المراد كشطه على أداة تثبيت متصلة بالقاعدة السفلية للجهاز بحيث لا تتحرك أثناء الكشط. ثم يُمرَّر مادة الكشط، وهي الورق، عبر الجهاز ويُثبَّت على مجموعة عمود اللف. وبعد استكمال تعليمات الإعداد، يُصفَّر العداد وتُشغَّل المحركات لبدء دورة الاختبار. وعند عدد دورات محدد مسبقًا يتوقف الجهاز ويُرفع العمود الرأسي لتقييم منطقة البقعة المختبَرة. ويمكن أيضًا تشغيل الجهاز بدورات متواصلة. وتخضع كل لوحة عينة تُرسل إلى العملاء في أنحاء العالم للتحقق المسبق من الدقة وقابلية التكرار استنادًا إلى «جهاز RCA الرئيسي لاختبار تآكل البلى» لدى Norman Tool.

يوصي بعض الفنيين بشدة بعدم شراء الورق لأكثر من ستة أشهر من الاستخدام. فالورق القديم أقل قدرة على الكشط لأنه امتص الرطوبة. خزّنوا الورق في بيئة باردة وجافة. وينتج ورق بعرض 11/16 بوصة وقطر خارجي 8 بوصات على قلب 2 بوصة، غير مزيّت، نحو 1,800 دورة. وتنتج بكرة شريط بوليستر بعرض 1/4 بوصة نحو 3,400 دورة. ولا يمكن الحصول على الورق إلا من Norman Tool. ويتوافق جهاز Norman Tool للتآكل مع المعيار ASTM F 2357 لطرق الاختبار القياسية لتحديد مقاومة الأحبار والطلاءات على مفاتيح الأغشية للتآكل باستخدام جهاز Norman Tool «RCA» للتآكل. ولدى Norman Tool جهاز جديد لاختبار الإصبع الهوائي.

تصنّع Taber Industries أجهزة قياس التآكل والبلى منذ عام 1941. وصُمم جهاز Taber Rotary Abraser الأصلي (الظاهر أدناه) لاختبار العينات المسطحة بسرعة ثابتة، بما فيها المطلية أو المدهونة أو المطبوعة. ولا يمكن اختبار المنتجات ذات الأشكال الهندسية المنحنية مباشرة بهذا الجهاز.

تُثبَّت العينات على قرص دوار وتتعرض لفعل الاحتكاك والبلى بواسطة عجلات كاشطة محمّلة بالأوزان. وتدور العجلات بفعل عينة الاختبار فتُحدث علامات كشط تشكّل نمطًا من الأقواس المتقاطعة على حلقة دائرية.

يمكن حساب مقاومة التآكل بفقدان الوزن عند عدد محدد من دورات الكشط، أو بعدد الدورات اللازم لإزالة قدر معين من سماكة الطلاء، أو بصريًا بمقدار الطلاء المزال مقارنةً بمعايير محددة مسبقًا. ولأجل نتائج دقيقة، يجب أن تكون الطلاءات أو الأحبار على عينات الاختبار قد اكتمل معالجتها تمامًا. كما تُوصف إجراءات لتهيئة سطح العجلات بالشكل السليم قبل كل تجربة.

يُشار إلى Rotary Abraser في معايير كثيرة، منها ASTM D 4060 طريقة الاختبار القياسية لمقاومة الطلاءات العضوية للتآكل بجهاز Taber، وASTM D 6037 طرق الاختبار القياسية لمقاومة خدش التآكل الجاف للطلاءات عالية اللمعان، وASTM F 1478 طريقة الاختبار القياسية لتحديد مقاومة الصور الناتجة عن آلات النسخ والطابعات للتآكل (طريقة Taber)، وSAE J365 طريقة اختبار مقاومة مواد التجهيز الداخلي للخدش، وطريقة اختبار Ford Motor Company BN108-02 مقاومة التآكل – جهاز Taber.

أحدث أجيال أجهزة اختبار التآكل هو Taber Linear Abraser Model 5700 (الظاهر على اليسار). وقد طُوّر هذا الجهاز الخطي الجديد لإتاحة اختبار المنتجات الفعلية.

تُركَّب ملحقات قابلة للتبديل في نهاية عمود مخدد حر التعويم بحركة خطية ترددية. وعند دوران الذراع، يرتفع العمود أو ينخفض بحيث يتبع الملحق أسطح شكل المنتج — محدبة أو مقعّرة أو مسطحة.

طرحت Taber Industries مؤخرًا نسخة جديدة من جهازها الخطي، هي الطراز 5750. وقد أُضيفت إليه ميزات جديدة ومتقدمة كثيرة، منها أ) شاشة رقمية، ب) محاذاة بمرشد ليزري، ج) حد أدنى للحمل قدره 60 غرامًا، د) سرعة شوط متغيرة من 2 إلى 75 مع ستة أزرار ضبط مسبق، هـ) ملحقات جديدة لتنوع الاختبار.

وباستخدام مواد عجلات Taber المعتمدة في الصناعة، تُختبر مقاومة المواد للبلى، ومنها البلاستيك، بحركة خطية. وكما في جهاز Taber Rotary Abraser وWearaser™، يجب إعادة تسوية سطح المادة قبل الاستخدام. وللطرازين 5700/5750 وضع تلقائي قابل للبرمجة لإعادة التسوية.

يمكن تخصيص طول الشوط والسرعة والحمل لأي اختبار. وتتيح أدوات التحكم القابلة للبرمجة إجراء الاختبار لعدد محدد مسبقًا من دورات الشوط أو بشكل متواصل حتى إزالة الطلاء أو الطباعة. ويتيح رأس الملحق العام للمستخدم اختيار وسائط كاشطة معتمدة وفق ASTM، أو استخدام مادة كاشطة خاصة به قد تكون فريدة لصناعة معينة. ويمكن أيضًا تهيئة الجهازين الخطيين 5700/5750 لاختبارات الخدش والفرك والعملات المعدنية (Dime وNickel وغيرها) وجهاز الكروك (crockmeter). وكما في كثير من أجهزة اختبار التآكل، يمكن تحديد النتائج بفقدان الوزن أو بمعايير بصرية عندما يتآكل الطلاء السطحي حتى مادة الركيزة أو جزء منها (الاختراق).

يتضمن اختبار الكروك (انتقال اللون) تقييم قطعة القماش المستخدمة لمعرفة مقدار اللون المنتقل إليها، وهو مدرج في المعيار ASTM D 6279 طريقة الاختبار القياسية لمقاومة الطلاءات عالية اللمعان لتآكل الفرك، والمعيار ASTM F 1319 طريقة الاختبار القياسية لتحديد مقاومة الصور الناتجة عن منتجات النسخ المكتبي للتآكل والتلطخ. وتسعى Taber حاليًا إلى الحصول على اعتمادات ASTM إضافية للجهازين الخطيين 5700/5750.

نظرًا لتنوع المنتجات التي يمكن اختبارها على الجهاز الخطي، لا يوجد معيار عام لتثبيت المنتج في موضعه للاختبار. ويحدد المستخدم النهائي مشبكًا أو أداة تثبيت مناسبة للمنتج. وفي بعض الحالات تُستخدم ملزمة قياسية، وقد تلزم أدوات تثبيت أكثر تعقيدًا لمنتجات أخرى. والمهم أن يبقى المنتج في وضع صلب ثابت أثناء الاختبار.

إضافة إلى جهاز Norman RCA لاختبار تآكل البلى وأجهزة Taber الدوارة والخطية المذكورة في هذه المقالة، توجد أعداد لا حصر لها من أجهزة اختبار الالتصاق والتآكل في كتالوجات الصناعة ومراجعها. وتشمل هذه الطرق المقبولة دوليًا ASTM D 3363 الاختبار القياسي لصلادة الطبقة باختبار القلم؛ وجهاز Balanced Beam لاختبار الالتصاق بالكشط والخدش وفق ASTM D 2197 طريقة الاختبار القياسية لالتصاق الطلاءات العضوية بالكشط وD5178-98(2002) طريقة الاختبار القياسية لمقاومة الطلاءات العضوية للخدش؛ واختبار التآكل بجهاز ABREX® على الأسطح المطبوعة/المطلية تحت تأثير سوائل مختلفة (العرق والمستحلبات الجلدية والزيوت) عبر محاكاة حركة تماس الإصبع/اليد وفق DIN EN 60068-2-70. وABREX® جهاز جديد لم تتوفر عنه سوى معلومات محدودة وقت كتابة هذه الورقة.

إضافة إلى هذه الاختبارات، تطور شركات كثيرة إجراءات داخلية باستخدام أنظمة اختبار رقمية متطورة مثل معدات Com-Ten وInstron، تتضمن كثيرًا من طرق إجراءات ASTM. وبحسب الاستخدام المقصود للمنتج، قد يشمل اختبار الأداء أيضًا اختبارات مقاومة المواد الكيميائية والمذيبات، والغمر في الماء متبوعًا باختبار الشريط اللاصق، واختبارات غسالة الصحون والغسالة، وغيرها. وتستخدم الشركات كثيرًا طرق اختبار متعددة أثناء تطوير المنتج وتصنيعه.

معايير الاختبار وتميز العمليات

تستخدم شركات كثيرة بعض طرق الاختبار التي نوقشت في هذه المقالة بدافع الضرورة، أي للفوز بأعمال بإثبات مطابقة عمليات التصنيع لديها لمعايير صناعية محددة. وللأسف، قد لا تدرك الشركات المصنّعة مشكلات الفشل الميداني إلا عندما يعيد عملاؤها منتجات غير مطابقة. وتُلقى اللائمة افتراضيًا على «ضعف الالتصاق». وبفهم سليم للأسباب الكثيرة المحتملة لحالات فشل الالتصاق مقابل التآكل الاحتكاكي، يستطيع المهندسون تحديد الأسباب الجذرية الحاسمة بمهارة وتنفيذ الإجراءات التصحيحية.

ينبغي ألا يقتصر الاختبار على تطوير المنتج واستكشاف الأعطال. فالاختبار المستمر للمنتجات على خط الإنتاج باستخدام الطرق والتقنيات المعروضة وأساليب ستة سيجما يضمن تصنيعًا متينًا.

شكر وتقدير

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

Scott R. Sabreen هو مؤسس The Sabreen Group, Inc. (TSG) ورئيسها. وTSG شركة هندسية عالمية متخصصة في عمليات التصنيع الثانوي للبلاستيك — المعالجات الأولية للسطح، والربط، والتزيين والتشطيب، والوسم بالليزر، وأمن المنتج. لمزيد من المعلومات، اتصلوا على الرقم المجاني (888)-SABREEN أو زوروا www.sabreen.com وwww.plasticslasermarking.com.

---