טכניקות למדידת הידבקות ועמידות בשחיקה של ציפויים ודיו – חלק 1

טכניקות למדידת הידבקות ועמידות בשחיקה של ציפויים ודיו – חלק 1

זהו החלק הראשון בסדרה בת שני חלקים על טכניקות למדידת הידבקות ועמידות בשחיקה של ציפויים ודיו. גיליון ראשון זה עוסק בהידבקות. החלק השני יעסוק בעמידות בשחיקה, לרבות ציוד וטכניקות מדידה חדשים.

הידבקות ועמידות בשחיקה של ציפויים ודיו שעברו ריפוי הן שתי תכונות ביצוע קריטיות, ומדידתן ובקרתן חיוניות לייצור יציב ואיתן. הידבקות ועמידות בשחיקה הן תכונות פיזיקליות נפרדות, ולעיתים קרובות הן מאובחנות באופן שגוי בניתוח אופני כשל. הידבקות ירודה ועמידות בשחיקה ירודה הן מהגורמים המובילים לכשלים בשטח, לפסולת ולעבודה חוזרת, לרווחיות נמוכה יותר וללקוחות לא מרוצים. קיימות טכניקות למדידת תכונות אלה. מאמר זה עוסק בכמה שיטות בדיקה ומכשירים שונים, ובהם מכשיר שחיקה ליניארי חדש של Taber Industries, שנועד להעריך צורות מוצר אמיתיות בעלות משטחים מעוקלים, וכן דגימות שטוחות (חלק שני). טכניקות מדידה מתקדמות כמו אלה שמוזכרות במאמר מסייעות ליצרנים להשיג ביצועי מוצר מעולים ומצוינות תהליכית ברמת שש סיגמא.

עיקרי הדברים

• הידבקות ושחיקה הן תכונות שונות. ציפוי יכול לעבור בדיקה אחת ולהיכשל באחרת, ובניתוח כשלים מבלבלים ביניהן באופן שגרתי.
• ASTM D3359 היא בדיקה איכותנית. היא מאשרת שהושג ערך מינימלי, אך אינה מסוגלת לכמת את חוזק ההדבקה.
• שונות הסרט היא אמיתית – מעבדות עצמאיות רשמו הבדלים של עד 50% בין אצוות.
• שני התקנים נכתבו למצעים קשיחים, מתכת ובטון, ולא לציפויים על פלסטיק גמיש או חצי קשיח.
• עקביות הנוהל חשובה יותר מהשיטה שנבחרה. סטיות קלות מפיקות הבדלים מובהקים סטטיסטית.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין הידבקות לעמידות בשחיקה?

אלה תכונות פיזיקליות נפרדות שלעיתים קרובות סותרות זו את זו. ציפוי שעבר ריפוי יכול להציג הידבקות טובה ועמידות ירודה בשחיקה, או להפך. זיהוי המנגנון שנכשל בפועל – הידבקות, קוהזיה, שחיקה או שילוב שלהם – קובע את הפתרון ההנדסי.

האם בדיקת הסרט לפי ASTM D3359 אמינה?

היא פשוטה, זולה ונפוצה, אך איכותנית. היא קובעת שהושג ערך הידבקות מינימלי ואינה מודדת את חוזק ההדבקה בפועל, והדיוק שלה תלוי במפעיל מעצם התכנון, שכן אין צורך בציוד מכויל. היא גם פותחה לציפויים רכים (משיכים) על מתכת ולא לפלסטיק.

מדוע תוצאות בדיקת הסרט משתנות בין מעבדות?

הסרט. לאצוות סרט יש שונות הידבקות טבועה, ומעבדות עצמאיות רשמו הבדלים של עד 50%. סרט 3M 710 המקורי הופסק, ו-Permacel שינתה את תכונות הסרט שלה עם השנים, מה שפתח למעשה את הבדיקה לכל סרט רגיש ללחץ.

מתי כדאי להשתמש בבדיקת עקירה לפי ASTM D4541 במקום זאת?

כאשר נדרשת תוצאה כמותית של מתיחה. שימו לב שהיא דורשת בדרך כלל מוצרים בגודל שלושה אינץ' ומעלה כדי להתאים לתבניות (dollies) תקניות, נדרשת בדיקה בשניים או שלושה מקומות לפחות, ומכשירים בעלי יישור קבוע, הידראוליים ופנאומטיים נותנים תוצאות השונות זו מזו במידה ניכרת – השוואה ישירה ביניהם אינה מעשית.

כיצד יש להכין את התבנית (dolly) לבדיקת עקירה?

פני תבנית מעובדים בכרסום או בחריטה מניבים בדרך כלל הדבקות חלשות יותר. יש לחספס קלות את המשטח בספוגית Scotch-Brite או בנייר זכוכית כדי ליצור מיקרו-מבנה, ואז לנקות באלכוהול ובמטלית יבשה כדי להסיר גרגרים, שמנים וחמצון. יש להשתמש בדבק שאינו מגיב עם הציפוי.

הידבקות מול שחיקה

יש להשיג הידבקות ועמידות בשחיקה מיטביות של ציפויים ודיו שעברו ריפוי על מצעי פלסטיק כבר במהלך הייצור, כדי לייצר מוצרים איכותיים שיחזיקו מעמד לאורך כל חיי השירות שלהם. תכונות אלה עשויות להיות תלויות זו בזו, אך לעיתים קרובות הן סותרות. כלומר, ציפויים ודיו שעברו ריפוי יכולים להציג הידבקות טובה ועמידות בשחיקה ירודה, או הידבקות ירודה ועמידות בשחיקה טובה. בדיקה נכונה והבנה של הידבקות ושחיקה מבטיחות עמידה במפרטים ויקרות ערך לפתרון בעיות ציפוי והדפסה. זיהוי מנגנון הכשל – הידבקות (קוהזיה), שחיקה או שניהם – יקבע את הפתרון ההנדסי לתהליך. קיימות שיטות בדיקה היסטוריות ומכשור חדש למדידה וניתוח של תכונות אלה.

שיטות בדיקת הידבקות

ASTM D 3359 – שיטת בדיקה תקנית למדידת הידבקות בבדיקת סרט – היא ככל הנראה השיטה הידועה והנפוצה ביותר מבחינה היסטורית לבדיקת הידבקות של ציפויים ודיו, בשל פשטותה ועלותה הנמוכה. הנוהל הבסיסי ביותר לביצוע בדיקת הסרט כולל את השלבים הבאים:

• הסכמה על בחירת הסרט.
• ריפוי מלא של הציפויים והדיו לפני הבדיקה.
• ביצוע חתכי "X" בשכבה לפי שיטה A, או דוגמת סריג עם שישה או אחד עשר חתכים בכל כיוון לפי שיטה B.
• הסרה והשלכה של שתי כריכות סרט מגליל המתקן.
• החלקת הסרט למקומו באצבע ולאחר מכן שפשוף חזק בעזרת מחק בקצה עיפרון או כלי דומה (הצבע שמתחת לסרט הוא אינדיקטור טוב למגע מלא).
• תוך 60-120 שניות מהחלת הסרט, הסרתו בעזרת משיכה מהירה (ללא תנועה מרוטה) של הקצה החופשי לאחור על עצמו, בזווית הקרובה ככל האפשר ל-180 מעלות.
• בדיקת אזור החתכים לגילוי הסרת ציפוי מהמצע, ודירוג ההידבקות ביחס לתיאורים ולאיורים שנקבעו מראש (סיווגים 0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B).

בגרסאות המוקדמות של ASTM D 3359 צוין השימוש בסרטי 3M 710 ו-Permacel. חברת 3M הפסיקה את ייצור המוצר, ובמהלך השנים Permacel שינתה את תכונות הסרט שלה. ועדת המשנה של ASTM המליצה למשתמשים לבדוק אם ה-Permacel הנוכחי נותן תוצאות דומות לסרט המקורי. הדבר התברר כבלתי מעשי ופתח את הדלת לחברות להשתמש כמעט בכל סרט רגיש ללחץ. חברות רבות משתמשות כיום בגרסאות מקוצרות של ASTM D 3359, שבהן נבדקות נישות מוצר מסוימות בצורה דומה ככל האפשר, למשל טלפונים סלולריים, מקלדות מחשב, רכיבי רכב ועוד. מוצגות כמה טכניקות וסרטים רגישים ללחץ נפוצים.

יש שיקולים חשובים שיש לזכור בעת ביצוע בדיקת הסרט כדי להשיג תוצאות ניתנות לחזרה ולשחזור, ולקבוע הידבקות מקובלת או בלתי מקובלת ללא הטיה. לאצוות (גלילים) של סרט כפי שהן מיוצרות יש שונות הידבקות טבועה, במיוחד לאורך זמן. לדוגמה, מעבדות עצמאיות רשמו הבדלים של עד 50 אחוז. בדיקת הסרט היא איכותנית ואינה יכולה להעריך כמותית ובדייקנות את חוזק ההדבקה בפועל (הושג רק ערך מינימלי). עם זאת, היא מספקת ביצועי הידבקות יחסיים. שיטת הבדיקה פותחה במקור לציפויים משיכים המוחלים על מצעי מתכת, ולא לציפויים או דיו המוחלים על מוצרי פלסטיק.

בדיקת החתך הצולב היא שיטה פשוטה וצפויה בקלות להערכת הידבקות של מערכות בעלות שכבה אחת או כמה שכבות.

נוהל

• יצירת דוגמת סריג בשכבה בעזרת הכלי המתאים, בחיתוך עד המצע
• הברשה בכיוון אלכסוני 5 פעמים בכל כיוון, בעזרת עט מברשת או סרט מעל החתך, והסרה בעזרת סרט Permacel
• בחינת אזור הסריג בעזרת זכוכית מגדלת מוארת

תוצאות חתך צולב

ההידבקות מדורגת בהתאם לסולם שלהלן:

*תקן DIN 53151 בוטל באוקטובר 1994

לכן, כאשר סרט דבק גמיש מוחל על פלסטיק גמיש או חצי קשיח, ולא על מתכת קשיחה, תופעת הקילוף ומנגנוני הכשל שונים

הבדלים בסרטים, בקשיחות הגב וברילוגיה של הדבק עשויים להניב תוצאות שונות גם על אותו מוצר הנבדק. לניסוח סרט נתון אין הידבקות שווה לכל הציפויים והפלסטיקים. גם מרקם פני השטח הוא גורם חשוב. ASTM D 3359 תוכננה במכוון כפשוטה וללא צורך בציוד מכויל. לפיכך, דיוק הבדיקה תלוי במפעיל.

ASTM D 4541 – שיטת בדיקה תקנית לחוזק עקירה של ציפויים באמצעות מכשירי בדיקת הידבקות ניידים – היא אף היא תקן ידוע. עם זאת, בניגוד ל-ASTM D 3359, היא דורשת שימוש במכשור המכונה בוחני הידבקות בעקירה. מצוינים כמה דגמי מכשירים (יישור קבוע, הידראולי, פנאומטי) העשויים להניב תוצאות שונות בהתאם לפרמטרים של המכשיר ולאופן השימוש בו. בדיקת ההידבקות במתיחה קובעת את הכוח האנכי הגדול ביותר (במתיחה) שאזור פני שטח יכול לשאת לפני שמתנתק חומר כלשהו, או האם פני השטח נותרים שלמים בכוח שנקבע מראש (עובר/נכשל). תוצאות מבדיקות תעשייתיות נרחבות בשלושת הדגמים על משטחים זהים משתנות במידה ניכרת, ולכן השוואה ישירה אינה מעשית.

ללא קשר לבוחן ההידבקות בעקירה שבו משתמשים, הנוהל מתחיל בהדבקת אביזר העמסה (המכונה "Dolly") בניצב לפני הציפוי באמצעות דבק. לאחר ריפוי הדבק, מחברים מכשיר בדיקה לאביזר ההעמסה ומיישרים אותו להפעלת מתיחה בניצב לפני הבדיקה. הכוח המופעל על אביזר ההעמסה מוגבר בהדרגה עד להתרחשות ניתוק חומר ("עקירה") או עד להשגת הערך שנקבע.

כאשר מוחלים ציפויים מרובים, יזוהה אופי מנגנון הכשל – כשל דביק או כשל קוהסיבי. להלן שתי דוגמאות מתוך ההתקנים הרבים הזמינים מסחרית. איורים A ו-B מציגים את מכשיר Elcometer 106 בעל היישור הקבוע, ואיורים C ו-D מציגים את המכשיר ההידראולי בעל היישור העצמי של Defelsko.

בכל אחד מבוחני ההידבקות בעקירה, הכנת פני התבנית (dolly) והחלת הדבק חשובות להשגת תוצאות מדויקות וניתנות לשחזור. תבניות רבות, כפי שהן נרכשות, בעלות פני שטח חלקים מעובדים בכרסום או בחריטה, אך הן מניבות בדרך כלל הדבקות חלשות יותר. משתמשים מסוימים בבוחני הידבקות בעקירה משנים את פני התבנית בעזרת ספוגית Scotch-Brite® או נייר זכוכית כדי לקבל משטח מחוספס מעט, היוצר מיקרו-מבנים לחוזק הדבקה מרבי. לאחר "הכנת" התבנית יש לנקותה (בדרך כלל באלכוהול ובמטלית יבשה) כדי להסיר עודפי גרגרים, שמנים וחמצון. דבק נפוץ הוא Araldite 2011, אפוקסי דו-רכיבי שעשוי לדרוש עד 24 שעות ריפוי לפני ביצוע בדיקת העקירה. ניתן לבחור דבקים אחרים, אך חובה שהדבק לא ישפיע על הציפוי ולא יגיב איתו, אחרת ערך תוצאות הבדיקה יהיה מזערי.

ללא קשר לבוחן ההידבקות בעקירה שנבחר, ההיבט הקריטי ביותר בביצוע בדיקה זו הוא העקביות באופן ביצועה. אפילו סטיות קלות בנוהל יגרמו לתוצאות מובהקות סטטיסטית. משתמשים רבים בשיטת בדיקה זו נוהגים להשתמש בתבניות אלומיניום חד-פעמיות. נהלים מתועדים יסייעו למזער שונות הנובעת מהתקנה לא עקבית.

ASTM D 4541 פותחה גם היא למטרה ספציפית של בדיקת ציפויים על מבנים קשיחים כגון מתכת, בטון או עץ. בניגוד ל-ASTM D 3351, שניתן לבצעה על חלקים קטנים יחסית, ASTM D 4541 דורשת בדרך כלל מוצרים בגודל שלושה אינץ' ומעלה כדי להתאים לגדלי תבניות תקניים (אם כי ניתן לרכוש תבניות מותאמות). יש לבצע את נוהל ASTM D 4541 בשניים עד שלושה מקומות לפחות בחלק, מה שעלול להפוך אותה לבלתי מעשית למוצרים קטנים. ההחלטה אם להשתמש ב-ASTM D 3351, ב-ASTM D 4541 או בבדיקות הידבקות אחרות נתונה לכל חברה, והיא עשויה להיות מושפעת מבדיקות היסטוריות שנערכו בנישת השוק שלה.

תקני בדיקה ומצוינות תהליכית

חברות רבות משתמשות בחלק משיטות הבדיקה שנדונו במאמר זה מתוך צורך, כלומר כדי לזכות בעסקאות באמצעות הוכחה שתהליכי הייצור שלהן עומדים בתקני ענף מסוימים. למרבה הצער, יצרנים לעיתים קרובות אינם מודעים לבעיות כשל בשטח עד שלקוחותיהם מחזירים מוצרים שאינם תואמים. כברירת מחדל מואשמת "הידבקות ירודה". באמצעות הבנה נכונה של הסיבות האפשריות הרבות לכשלי הידבקות לעומת כשלי שחיקה, מהנדסים יכולים לזהות במיומנות את שורשי הבעיה הקריטיים וליישם פעולות מתקנות. אין להסתפק בשימוש בבדיקות רק בפיתוח מוצרים ובאיתור ופתרון תקלות. בדיקה רציפה של מוצרים בקו הייצור באמצעות השיטות והטכניקות שהוצגו וטכניקות Six Sigma תבטיח ייצור יציב ואיתן.

תודות

• 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 הוא מייסד ונשיא The Sabreen Group, Inc. (TSG). TSG היא חברה הנדסית גלובלית המתמחה בתהליכי ייצור משניים של פלסטיק – טיפולים מקדימים בפני השטח, הדבקה, עיטור וגימור, סימון בלייזר והגנה על מוצרים. למידע נוסף התקשרו בחינם ל-(888) SABREEN או בקרו ב-www.sabreen.com.

---