कोटिंग्स और इंक के आसंजन व घिसाव-टिकाऊपन को मापने की तकनीकें – भाग 1
यह कोटिंग्स और इंक के आसंजन व घिसाव-टिकाऊपन को मापने की तकनीकों पर दो-भाग वाली श्रृंखला का पहला भाग है। इस पहले अंक में आसंजन की जाँच की जाएगी। दूसरे भाग में नए उपकरणों और मापन तकनीकों सहित घिसाव-टिकाऊपन पर चर्चा होगी।
क्योर्ड कोटिंग्स और इंक का आसंजन और घिसाव-टिकाऊपन दो महत्वपूर्ण प्रदर्शन गुण हैं, और सुदृढ़ विनिर्माण के लिए इनका मापन और नियंत्रण अनिवार्य है। आसंजन और घिसाव-टिकाऊपन अलग-अलग भौतिक गुण हैं और विफलता मोड विश्लेषण के दौरान अक्सर इनका ग़लत निदान हो जाता है। खराब आसंजन और घिसाव-टिकाऊपन फ़ील्ड विफलताओं, स्क्रैप व री-वर्क, कम मुनाफ़े और असंतुष्ट ग्राहकों के प्रमुख कारण हैं। इन गुणों को मापने की तकनीकें मौजूद हैं। यह लेख कई अलग-अलग परीक्षण विधियों और उपकरणों की चर्चा करता है। इनमें Taber Industries द्वारा निर्मित एक नया लीनियर एब्रेज़र भी है, जो समतल नमूनों के साथ-साथ उभार-गड्ढे वाली सतहों के वास्तविक उत्पाद आकारों का मूल्यांकन करने के लिए बनाया गया है (भाग दो)। इस आलेख में उद्धृत जैसी उन्नत मापन तकनीकें निर्माताओं को उत्कृष्ट उत्पाद प्रदर्शन और सिक्स-सिग्मा प्रक्रिया उत्कृष्टता प्राप्त करने में मदद कर रही हैं।
मुख्य बिंदु
- आसंजन और घिसाव अलग-अलग गुण हैं। कोई कोटिंग एक में पास और दूसरे में फ़ेल हो सकती है, और विफलता विश्लेषण में इन्हें नियमित रूप से आपस में मिला दिया जाता है।
- ASTM D3359 गुणात्मक है। यह पुष्टि करता है कि न्यूनतम मान पूरा हुआ; यह बंधन की मज़बूती को मात्रात्मक रूप से नहीं माप सकता।
- टेप की भिन्नता वास्तविक है — स्वतंत्र प्रयोगशालाओं ने बैचों के बीच 50% तक का अंतर दर्ज किया है।
- दोनों मानक कठोर सब्सट्रेट, धातु और कंक्रीट, के लिए लिखे गए थे, लचीले या अर्ध-कठोर प्लास्टिक पर कोटिंग्स के लिए नहीं।
- चुनी गई विधि से अधिक प्रक्रिया की एकरूपता मायने रखती है। मामूली भिन्नताएँ भी सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर पैदा करती हैं।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
आसंजन और घिसाव-टिकाऊपन में क्या अंतर है?
ये अलग-अलग भौतिक गुण हैं जो अक्सर परस्पर अनन्य होते हैं। क्योर्ड कोटिंग में अच्छा आसंजन पर खराब घिसाव-प्रतिरोध, या इसका उलटा हो सकता है। यह पहचानना कि वास्तव में कौन-सी क्रियाविधि विफल हुई — आसंजन, संसंजन, घिसाव या उनका संयोजन — इंजीनियरिंग समाधान तय करता है।
क्या ASTM D3359 टेप परीक्षण विश्वसनीय है?
यह सरल, सस्ता और व्यापक रूप से प्रयुक्त है, पर गुणात्मक है। यह स्थापित करता है कि आसंजन का न्यूनतम मान पूरा हुआ, न कि वास्तविक बंधन मज़बूती को मापता है, और सटीकता डिज़ाइन से ही ऑपरेटर पर निर्भर है, क्योंकि किसी कैलिब्रेटेड उपकरण की आवश्यकता नहीं होती। इसे धातु पर तन्य (डक्टाइल) कोटिंग्स के लिए विकसित किया गया था, प्लास्टिक के लिए नहीं।
प्रयोगशालाओं के बीच टेप परीक्षण के परिणाम अलग-अलग क्यों आते हैं?
टेप के कारण। बैचों में आसंजन की अंतर्निहित भिन्नता होती है, और स्वतंत्र प्रयोगशालाओं ने 50% तक के अंतर दर्ज किए हैं। मूल 3M 710 टेप बंद कर दिया गया और Permacel ने समय के साथ अपने टेप के गुण बदल दिए, जिससे यह परीक्षण व्यावहारिक रूप से किसी भी दाब-संवेदी टेप के लिए खुल गया।
मुझे ASTM D4541 पुल-ऑफ़ परीक्षण कब उपयोग करना चाहिए?
जब आपको मात्रात्मक तन्यता परिणाम चाहिए। ध्यान रखें कि मानक डॉली के लिए इसमें आम तौर पर तीन इंच या उससे बड़े उत्पाद आकार चाहिए, कम से कम दो या तीन स्थानों पर परीक्षण आवश्यक है, और फ़िक्स्ड-अलाइनमेंट, हाइड्रोलिक और न्यूमेटिक उपकरणों के परिणाम काफ़ी भिन्न होते हैं — इसलिए उनकी सीधी तुलना अव्यावहारिक है।
पुल-ऑफ़ परीक्षण के लिए डॉली को कैसे तैयार करें?
मशीन्ड या एंड-मिल्ड डॉली सतहें आम तौर पर कमज़ोर बंधन देती हैं। सूक्ष्म संरचना बनाने के लिए सतह को Scotch-Brite पैड या सैंडपेपर से हल्का खुरदरा करें, फिर कण, तेल और ऑक्सीकरण हटाने के लिए अल्कोहल और सूखे कपड़े से साफ़ करें। ऐसा चिपकाने वाला पदार्थ उपयोग करें जो कोटिंग से अभिक्रिया न करे।
आसंजन बनाम घिसाव
क्योर्ड कोटिंग्स और इंक का प्लास्टिक सब्सट्रेट पर इष्टतम आसंजन और घिसाव-टिकाऊपन (प्रतिरोध) विनिर्माण के दौरान ही प्राप्त होना चाहिए, ताकि ऐसे उच्च-गुणवत्ता वाले उत्पाद बनें जो अपने पूरे सेवा-जीवन तक टिकें। ये गुण परस्पर निर्भर हो सकते हैं, पर अक्सर परस्पर अनन्य होते हैं। यानी क्योर्ड कोटिंग्स और इंक में अच्छा आसंजन पर खराब घिसाव-प्रतिरोध, या खराब आसंजन पर अच्छा घिसाव-प्रतिरोध दिख सकता है। आसंजन और घिसाव की उचित जाँच और समझ विनिर्देशों के अनुपालन को सुनिश्चित करती है और कोटिंग व प्रिंटिंग की समस्याएँ हल करने में अमूल्य है। विफलता की क्रियाविधि की पहचान, आसंजन (संसंजन), घिसाव या दोनों, इंजीनियरिंग प्रक्रिया के समाधान को तय करेगी। इन गुणों को मापने और विश्लेषित करने के लिए ऐतिहासिक परीक्षण विधियाँ और नए उपकरण उपलब्ध हैं।
आसंजन परीक्षण विधियाँ
ASTM D 3359 (टेप परीक्षण द्वारा आसंजन मापन की मानक परीक्षण विधि) अपनी सरलता और कम लागत के कारण ऐतिहासिक रूप से संभवतः कोटिंग्स और इंक के आसंजन परीक्षण की सबसे प्रसिद्ध और व्यापक रूप से प्रयुक्त विधि है। टेप परीक्षण करने की सबसे बुनियादी प्रक्रिया में निम्नलिखित शामिल हैं:
- टेप के चयन पर सहमति।
- परीक्षण से पहले कोटिंग्स और इंक का पूरी तरह क्योर होना।
- विधि A के अनुसार फ़िल्म में “X” कट बनाना या विधि B के अनुसार प्रत्येक दिशा में छह या ग्यारह कट वाला जालीदार पैटर्न बनाना।
- रोल डिस्पेंसर से टेप के दो लपेट हटाकर फेंक देना।
- टेप को उँगली से दबाकर बैठाना और फिर पेंसिल के सिरे पर लगे इरेज़र या उसी तरह की चीज़ से मज़बूती से रगड़ना (टेप के नीचे का रंग पूर्ण संपर्क का अच्छा संकेतक है)।
- लगाने के 60-120 सेकंड के भीतर, टेप के खुले सिरे को झटका दिए बिना तेज़ी से यथासंभव 180 डिग्री के कोण के निकट अपने ऊपर पीछे की ओर खींचकर हटाना।
- कटे हुए क्षेत्र में सब्सट्रेट से कोटिंग के हटने का निरीक्षण करना और पूर्व-निर्धारित विवरणों व चित्रित वर्गीकरणों (0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B) के सापेक्ष आसंजन की रेटिंग करना।
ASTM D 3359 के शुरुआती संस्करणों में 3M 710 और Permacel टेप के उपयोग का संदर्भ था। 3M ने अपना उत्पाद बंद कर दिया, और वर्षों में Permacel ने अपने टेप के गुण बदल दिए। ASTM उप-समिति ने उपयोगकर्ताओं को सलाह दी कि वे जाँचें कि वर्तमान Permacel मूल टेप जैसे तुलनीय परिणाम देता है या नहीं। यह अव्यावहारिक सिद्ध हुआ और कंपनियों के लिए लगभग किसी भी प्रकार के दाब-संवेदी टेप के उपयोग का रास्ता खुल गया। आज कई कंपनियाँ ASTM D 3359 के संक्षिप्त संस्करणों का उपयोग करती हैं, जिनमें विशिष्ट उत्पाद क्षेत्रों का परीक्षण यथासंभव समान रूप से किया जाता है, जैसे सेलुलर फ़ोन, कंप्यूटर कीबोर्ड, ऑटोमोटिव घटक आदि। कई सामान्यतः प्रयुक्त तकनीकें और दाब-संवेदी टेप दिखाए गए हैं।
टेप परीक्षण करते समय कुछ महत्वपूर्ण बातें ध्यान में रखनी चाहिए, ताकि बिना पूर्वाग्रह के स्वीकार्य या अस्वीकार्य आसंजन निर्धारित करने के लिए दोहराने योग्य और पुनरुत्पादित परिणाम प्राप्त हो सकें। निर्मित टेप के बैचों (रोल) में, विशेषकर समय के साथ, आसंजन की अंतर्निहित भिन्नता होती है। उदाहरण के लिए, स्वतंत्र प्रयोगशालाओं ने 50 प्रतिशत तक के अंतर दर्ज किए हैं। टेप परीक्षण गुणात्मक है और चिपकाने वाले बंधन की वास्तविक मज़बूती का मात्रात्मक आकलन सटीक रूप से नहीं कर सकता (केवल न्यूनतम मान पूरा हुआ)। हालाँकि, यह सापेक्ष आसंजन प्रदर्शन अवश्य देता है। इस परीक्षण विधि को मूल रूप से धातु सब्सट्रेट पर लगी तन्य कोटिंग्स के लिए विकसित किया गया था, प्लास्टिक उत्पादों पर लगी कोटिंग्स या इंक के लिए नहीं।
| टेप | रेज़िन | स्टील पर आसंजन | निर्माता |
|---|---|---|---|
| Scotch 600 Transparent | ऐक्रेलिक | 25 oz/in | 3M |
| Scotch 610 Cellophane | रबर | 43 oz/in | 3M |
| Scotch 810 Magic Tape | ऐक्रेलिक | 25 oz/in | 3M |
| Lithographers 616 Tape | रबर | 36 oz/in | 3M |
| Scotch 893 Filament Tape | रबर | 55 oz/in | 3M |
| Permacel 99 | रबर | 52 oz/in | Nitto Denko |
क्रॉस-कट परीक्षण एकल- या बहु-कोट प्रणालियों के आसंजन के मूल्यांकन की एक सरल और आसानी से पूर्वानुमेय विधि है।
प्रक्रिया
- उपयुक्त औज़ार से फ़िल्म में सब्सट्रेट तक काटते हुए जालीदार पैटर्न बनाएँ
- ब्रश पेन या टेप का उपयोग करके कट पर प्रत्येक विकर्ण दिशा में 5 बार ब्रश करें और Permacel टेप से हटाएँ
- रोशनी वाले आवर्धक (मैग्निफ़ायर) से ग्रिड क्षेत्र की जाँच करें
क्रॉस-कट परिणाम
आसंजन की रेटिंग नीचे दिए गए पैमाने के अनुसार की जाती है:
| मानक | ||
|---|---|---|
| ASTM | D 3002 | D 3359 |
| DIN EN | ISO | 2409 |
*DIN 53151 अक्टूबर 1994 में वापस ले लिया गया था
इसलिए, जब कठोर धातु के बजाय लचीले या अर्ध-कठोर प्लास्टिक पर लचीला चिपकने वाला टेप लगाया जाता है, तो पील की घटना और विफलता की क्रियाविधियाँ भिन्न होती हैं
टेप, बैकिंग की कठोरता और चिपकाने वाले पदार्थ की रियोलॉजी में अंतर के कारण, एक ही उत्पाद के परीक्षण में भी अलग-अलग परिणाम आ सकते हैं। कोई दिया गया टेप फ़ॉर्मूलेशन स्वभाव से सभी कोटिंग्स और प्लास्टिक से समान रूप से नहीं चिपकता। सतह की बनावट भी एक महत्वपूर्ण कारक है। ASTM D 3359 को डिज़ाइन से ही सरल बनाया गया था और इसमें कैलिब्रेटेड उपकरण की आवश्यकता नहीं होती। इसलिए परीक्षण की सटीकता ऑपरेटर पर निर्भर है।
ASTM D 4541 (पोर्टेबल आसंजन परीक्षकों का उपयोग करके कोटिंग्स की पुल-ऑफ़ मज़बूती की मानक परीक्षण विधि) भी एक सुप्रसिद्ध मानक है। हालाँकि ASTM D 3359 के विपरीत, इसमें पुल-ऑफ़ आसंजन परीक्षक कहलाने वाले उपकरण के उपयोग की आवश्यकता होती है। कई अलग-अलग उपकरण मॉडलों (फ़िक्स्ड अलाइनमेंट, हाइड्रोलिक, न्यूमेटिक) का उल्लेख है, और उपकरण के पैरामीटर व उपयोग के अनुसार वे अलग परिणाम दे सकते हैं। तन्यता आसंजन परीक्षण या तो वह अधिकतम लंबवत बल (तनाव में) निर्धारित करता है जिसे कोई सतह क्षेत्र किसी भी पदार्थ के अलग होने से पहले सह सकता है, या यह कि पूर्व-निर्धारित बल पर सतह अक्षुण्ण रहती है या नहीं (पास/फ़ेल)। समान सतहों पर तीनों मॉडलों के साथ किए गए व्यापक उद्योग परीक्षणों के परिणाम काफ़ी भिन्न होते हैं, जिससे सीधी तुलना अव्यावहारिक हो जाती है।
चाहे कोई भी पुल-ऑफ़ आसंजन परीक्षक उपयोग किया जाए, प्रक्रिया एक लोडिंग फ़िक्सचर (जिसे “डॉली” कहते हैं) को चिपकाने वाले पदार्थ से कोटिंग की सतह के लंबवत जोड़ने से शुरू होती है। चिपकाने वाले पदार्थ के क्योर होने के बाद, एक परीक्षण उपकरण को लोडिंग फ़िक्सचर से जोड़ा जाता है और परीक्षण सतह के अभिलंबवत तनाव लगाने के लिए संरेखित किया जाता है। लोडिंग फ़िक्सचर पर लगाया गया बल तब तक धीरे-धीरे बढ़ाया जाता है जब तक कि या तो सामग्री का अलग होना “पुल-ऑफ़” न हो जाए या निर्दिष्ट मान प्राप्त न हो जाए।
जब कई कोटिंग्स लगाई जाती हैं, तो विफलता की क्रियाविधि की प्रकृति, चिपकाने वाली (एडहेसिव) या संसंजन (कोहेसिव) विफलता, निर्धारित की जाएगी। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध अनेक उपकरणों में से दो उदाहरण नीचे दिखाए गए हैं। आकृतियाँ A और B में Elcometer 106 फ़िक्स्ड अलाइनमेंट उपकरण और आकृतियाँ C और D में Defelsko हाइड्रोलिक सेल्फ-अलाइनिंग उपकरण दिखाया गया है।
किसी भी पुल-ऑफ़ आसंजन परीक्षक के लिए, सटीक और पुनरुत्पादित परिणाम प्राप्त करने हेतु डॉली की सतह की तैयारी और चिपकाने वाले पदार्थ का अनुप्रयोग महत्वपूर्ण है। खरीदे जाने पर कई डॉली में चिकनी मशीन्ड और/या एंड-मिल्ड सतहें होती हैं, लेकिन वे आम तौर पर कमज़ोर बंधन देती हैं। पुल-ऑफ़ आसंजन परीक्षकों के कुछ उपयोगकर्ता अधिकतम बंधन मज़बूती के लिए सूक्ष्म संरचनाएँ बनाते हुए हल्की खुरदरी सतह देने हेतु Scotch-Brite® पैड या सैंडपेपर से डॉली की सतह को संशोधित करते हैं। डॉली को “ड्रेस” करने के बाद, अतिरिक्त कण, तेल और ऑक्सीकरण हटाने के लिए उसे साफ़ करना (आम तौर पर अल्कोहल और सूखे कपड़े से) आवश्यक है। प्रयुक्त एक सामान्य चिपकाने वाला पदार्थ Araldite 2011 है, जो दो-घटक एपॉक्सी है और पुल परीक्षण करने से पहले क्योर होने में 24 घंटे तक का समय ले सकता है। अन्य चिपकाने वाले पदार्थ भी चुने जा सकते हैं, लेकिन यह सर्वोपरि है कि चिपकाने वाला पदार्थ कोटिंग को प्रभावित न करे या उससे अभिक्रिया न करे, अन्यथा परीक्षण परिणामों का मूल्य न्यूनतम होगा।
चाहे उपयोग के लिए कोई भी पुल-ऑफ़ आसंजन परीक्षक चुना जाए, इस परीक्षण को करने का सबसे महत्वपूर्ण पहलू परीक्षण की एकरूपता है। प्रक्रिया में मामूली भिन्नता भी सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण डेटा परिणाम पैदा करेगी। इस परीक्षण विधि के कई उपयोगकर्ता डिस्पोज़ेबल एल्यूमीनियम डॉली का उपयोग करते हैं। प्रलेखित प्रक्रियाएँ असंगत सेटअप से होने वाली भिन्नता को कम करने में मदद करेंगी।
ASTM D 4541 भी धातु, कंक्रीट या लकड़ी जैसी कठोर संरचनाओं पर कोटिंग्स के परीक्षण के विशिष्ट उद्देश्य से विकसित किया गया था। ASTM D 3351 के विपरीत, जिसे अपेक्षाकृत छोटे पुर्ज़ों पर किया जा सकता है, ASTM D 4541 में मानक डॉली आकारों को समायोजित करने के लिए आम तौर पर तीन इंच या उससे बड़े उत्पाद आकार चाहिए (हालाँकि कस्टम डॉली खरीदी जा सकती हैं)। ASTM D 4541 प्रक्रिया पुर्ज़े पर कम से कम 2-3 स्थानों पर की जानी चाहिए, जो छोटे उत्पादों के लिए इसे अव्यावहारिक बना सकती है। ASTM D 3351, ASTM D 4541 या अन्य आसंजन परीक्षणों के उपयोग का निर्णय प्रत्येक कंपनी पर निर्भर करता है और अपने बाज़ार क्षेत्र में किए गए ऐतिहासिक परीक्षणों से प्रभावित हो सकता है।
परीक्षण मानक और प्रक्रिया उत्कृष्टता
कई कंपनियाँ इस आलेख में चर्चित कुछ परीक्षण विधियों का उपयोग आवश्यकतावश करती हैं, अर्थात् यह दर्शाकर व्यवसाय हासिल करने के लिए कि उनकी विनिर्माण प्रक्रियाएँ विशिष्ट उद्योग मानकों के अनुरूप हैं। दुर्भाग्य से, निर्माताओं को अक्सर फ़ील्ड विफलता की समस्याओं का पता तभी चलता है जब उनके ग्राहक अनुपालन न करने वाले उत्पाद लौटाते हैं। डिफ़ॉल्ट रूप से “खराब आसंजन” को दोष दिया जाता है। आसंजन बनाम घिसाव विफलताओं के कई संभावित कारणों की उचित समझ से इंजीनियर मूल कारणों की कुशलता से पहचान कर सुधारात्मक कार्रवाई लागू कर सकते हैं। परीक्षण केवल उत्पाद विकास और समस्या-निवारण तक सीमित नहीं रहना चाहिए। प्रस्तुत विधियों और तकनीकों तथा सिक्स सिग्मा तकनीकों से उत्पादों का सतत इन-लाइन परीक्षण सुदृढ़ विनिर्माण सुनिश्चित करेगा।
आभार
- 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) के संस्थापक और अध्यक्ष हैं। TSG एक वैश्विक इंजीनियरिंग कंपनी है, जो द्वितीयक प्लास्टिक विनिर्माण प्रक्रियाओं – सतह पूर्व-उपचार, बंधन, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग, लेज़र मार्किंग और उत्पाद सुरक्षा – में विशेषज्ञता रखती है। अधिक जानकारी के लिए टोल-फ़्री (888) SABREEN पर कॉल करें या www.sabreen.com पर जाएँ।
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Scott Sabreen — अध्यक्ष एवं मुख्य अभियंता, 30 वर्षों से अधिक का अनुभव। अपने अनुप्रयोग और SABREEN समाधानों पर निःशुल्क एवं बिना किसी बाध्यता के चर्चा करने हेतु आज ही हमसे संपर्क करें। अपनी सबसे कठिन चुनौतियाँ हमें सौंपें।
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