Abrieb- und Chemikalienprüfung für dekorierte Kunststoffe

Abrieb-, Chemikalien- und Sonnenschutzmittelbeständigkeit: Prüfung dekorierter Kunststoffe

Wichtigste Erkenntnisse

• Haftungsprüfungen sagen den Verschleiß nicht voraus. Eine Grafik kann jeden Klebebandtest bestehen und nach sechs Monaten unter dem Daumen verschwinden.
• Sonnenschutzmittel und Handdesinfektionsmittel sind die realen Chemikalien für Produkte, die angefasst werden – und stehen fast nie in der Spezifikation.
• Wählen Sie die Abriebart passend zum Einsatz: Rotations-, Linear- und Reibprüfung schädigen eine Oberfläche auf unterschiedliche Weise.
• Prüfen Sie die fertige dekorierte Oberfläche einschließlich eines etwaigen Decklacks, da der Decklack den Großteil der Haltbarkeit liefert.

Dekorierte Kunststoffoberflächen versagen selten durch Abblättern. Sie versagen, indem sie sich bei der Handhabung abnutzen, indem sie aufweichen, wenn jemand sie mit dem falschen Produkt reinigt, oder indem sie sich dort auflösen, wo eine Hand mit Sonnenschutzmittel sie wiederholt berührt hat. Qualifizierungsprogramme, die auf Haftungsprüfungen aufbauen, messen eine Eigenschaft, die nicht diejenige ist, die gefährdet ist.

Haftung und Haltbarkeit sind verschiedene Eigenschaften

Ein Klebeband- oder Gitterschnitttest fragt, ob die Beschichtung am Substrat haftet. Das ist eine notwendige Eigenschaft, aber ein schlechter Indikator für die Lebensdauer, denn der übliche Ausfallpfad beinhaltet gar keine Ablösung: Der Film wird von oben nach unten durch Abrieb fortschreitend abgetragen oder chemisch so weit abgebaut, dass er sich abwischen lässt.

Eine gedruckte Grafik kann daher jede Haftungsprüfung in jeder Qualifizierungsstufe bestehen und nach acht Monaten auf einem Produkt, das man in die Hand nimmt, dennoch unleserlich sein. Die Spezifikation hat durchgehend das Falsche gemessen.

Die Abriebart wählen

Abrieb ist kein einheitliches Phänomen, und die Normmethoden schädigen Oberflächen unterschiedlich.

Rotationsabrieb mit belasteten Rädern erzeugt eine Kombination aus gleitendem und rollendem Kontakt auf einer Kreisbahn und liefert ein allgemeines, reproduzierbares und weit verbreitetes Verschleißergebnis. Er eignet sich für ebene Bereiche und Vergleichsuntersuchungen.

Linearabrieb bewegt ein Abriebmittel entlang einer Bahn hin und her, was Wischen, Gleitkontakt und gerichteten Verschleiß besser abbildet und sich auch auf kleineren und konturierten Bereichen anwenden lässt.

Die kontrollierte Reibprüfung mit festgelegtem Tuch, Last, Medium und Hubzahl bildet Reinigung und Handkontakt am genauesten ab, insbesondere wenn das Medium das tatsächliche Reinigungsprodukt statt eines trockenen Abriebmittels ist.

Es kommt darauf an, die Art zu wählen, die dem realen Schaden ähnelt, denn Ergebnisse lassen sich nicht zwischen den Arten übertragen. Eine Beschichtung, die gegen Rotationsabrieb gut abschneidet, kann gegen lösemittelgetränktes Reiben schlecht abschneiden, und das Produkt erlebt, was auch immer seine Nutzer anwenden.

Die Chemikalien, die das Produkt tatsächlich erreichen

Chemikalienbeständigkeitspläne listen tendenziell Lösemittel und Industrieflüssigkeiten auf und lassen die Substanzen aus, die die meisten Feldausfälle bei Konsumgütern, medizinischen Produkten und Fahrzeuginnenraum-Produkten verursachen.

Sonnenschutzmittel ist der berüchtigtste Fall. Seine Bestandteile greifen viele Beschichtungen und bedruckte Filme aggressiv an; es gelangt auf die Hände, wird auf Oberflächen übertragen und bleibt dort. Im Freien genutzte oder im Sommer angefasste Produkte sind ihm routinemäßig ausgesetzt.

Handdesinfektionsmittel ist im medizinischen Bereich, im Gastgewerbe und im Konsumumfeld allgegenwärtig geworden, und Formulierungen mit hohem Alkoholgehalt weichen viele Tinten- und Beschichtungssysteme auf, insbesondere bei wiederholtem Kontakt.

Insektenschutzmittel mit DEET schädigt Kunststoffe und Beschichtungen gleichermaßen ungewöhnlich stark.

Reinigungs- und Desinfektionsprodukte in medizinischen Einrichtungen bedeuten wiederholten Kontakt mit quartären Ammoniumverbindungen, Alkoholen, Peroxiden und Bleichlösungen, häufig viele Male am Tag über Jahre.

Handcremes, Kosmetika und Speiseöle werden routinemäßig auf angefasste Produkte übertragen.

Diese in den Plan aufzunehmen, kostet fast nichts und rückt das Prüfprogramm deutlich näher an die Realität. Auch die Prüfmethode zählt: Eine Tropfenbelastung für eine feste Dauer prüft eines, während wiederholtes Wischen mit einem belasteten Tuch die Kombination aus chemischem Angriff und mechanischer Einwirkung prüft, die tatsächlich auftritt.

Die Oberfläche prüfen, die ausgeliefert wird

Trägt eine dekorierte Oberfläche einen schützenden Decklack, liefert dieser den Großteil der Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit des Produkts. Wird die bedruckte Schicht ohne ihn geprüft, misst man eine Oberfläche, die kein Kunde je berühren wird, und erhält Ergebnisse, die so pessimistisch sind, dass sie wertlos werden.

Umgekehrt muss die Prüfung die Stellen einschließen, an denen der Decklack am dünnsten ist – Kanten, Ecken, erhabene Merkmale, den Rand des dekorierten Bereichs –, weil dort das Versagen beginnt. Ebene Mittelbereiche eines Prüfplättchens überschätzen die Leistung systematisch.

Bedingungen so festlegen, dass Ergebnisse etwas bedeuten

Abrieb- und Chemikalienprüfnormen lassen sehr viel offen, und unterschiedliche Wahlmöglichkeiten ergeben unterschiedliche Zahlen. Eine Spezifikation, die eine Methode zitiert, ohne ihre Optionen festzulegen, führt zu Streit zwischen den Laboren von Lieferant und Kunde, der auf beiden Seiten völlig berechtigt ist.

Folgende Bedingungen müssen angegeben werden: Art des Abriebmittels oder Tuchs und sein Austausch- oder Auffrischungsintervall; aufgebrachte Last; Zyklenzahl oder Dauer; Hublänge und Geschwindigkeit bei Linearmethoden; Konditionierung der Proben vor der Prüfung; die Chemikalie, ihre Konzentration und die Kontaktmethode; und das Beurteilungskriterium – ob das Versagen durch sichtbare Veränderung, eine gemessene optische Eigenschaft oder durch Lesbarkeit definiert wird.

Der Zustand des Abriebmittels verdient besondere Aufmerksamkeit. Räder und Tücher verschleißen im Gebrauch, und ein Labor mit stark abgenutztem Abriebmittel erzielt systematisch bessere Ergebnisse als eines mit frischem Material. Die Festlegung von Austauschintervallen macht Ergebnisse über die Zeit und zwischen Standorten vergleichbar.

Ein Programm aufbauen, das unterscheidet

Der Zweck von Haltbarkeitsprüfungen während der Entwicklung ist die Auswahl zwischen Optionen, und das erfordert Prüfungen, die sie trennen. Ein Programm, in dem jeder Kandidat besteht, hat die Entscheidung nicht informiert.

Bis zum Versagen statt bis zu einem festen Endpunkt zu prüfen, ist die wirksamste Änderung: Die Angabe der Zyklenzahl, bei der jeder Kandidat unannehmbar wird, reiht sie und quantifiziert die Reserve, während ein Bestehen bei 500 Zyklen für alle drei nichts aussagt. Wo für die Serie ein festes Abnahmekriterium erforderlich ist, kann es danach festgelegt werden, in Kenntnis dessen, wo die Klippe tatsächlich liegt.

Die zweite ist die Kombination von Belastungen: Eine Probe zu altern, dann abzureiben und anschließend einer Chemikalie auszusetzen, bildet die Abfolge, die ein reales Produkt erlebt, weitaus besser ab als drei unabhängige Prüfungen an frischen Proben. Beschichtungen, die jede Prüfung einzeln bestehen und die Abfolge nicht, sind häufig, und das in der Entwicklung zu finden, ist erheblich günstiger, als es danach festzustellen.

Das Ergebnis konsistent beurteilen

Das schwächste Glied in den meisten Haltbarkeitsprogrammen ist nicht die Belastung, sondern die Beurteilung danach. „Unannehmbar“ ist eine Meinung, solange das Kriterium nicht definiert ist, und verschiedene Prüfer ziehen die Grenze bei fortschreitend abgenutzten Grafiken an unterschiedlichen Stellen.

Die instrumentelle Beurteilung beseitigt die Mehrdeutigkeit, wo sie verfügbar ist. Optische Dichte oder Kontrast vor und nach der Belastung quantifizieren den Verlust direkt. Die Glanzmessung erfasst Oberflächendegradation, die dem sichtbaren Verschleiß vorausgeht. Die Farbmessung quantifiziert die Verschiebung unter UV- und chemischer Belastung. Bei maschinenlesbaren Codes ist der Verifizierungsgrad vor und nach der Belastung das naheliegende Maß und bereits genormt.

Ist die visuelle Beurteilung unvermeidlich, braucht sie dieselbe Disziplin wie jede andere Merkmalsmessung: Referenzmuster, die die Abnahmegrenze definieren, kontrollierte Betrachtungsbedingungen und Betrachtungsabstand, mehr als einen Prüfer und eine regelmäßige Kontrolle, ob die Prüfer untereinander und mit sich selbst übereinstimmen. Ohne diese kann ein Haltbarkeitsprogramm viele Daten erzeugen und dennoch nicht zuverlässig zwischen einer Beschichtung unterscheiden, die hält, und einer, die nicht hält.

Weiterführende Informationen

• Haftung und Abriebbeständigkeit messen
• Haftung und Abriebbeständigkeit messen, Teil 2
• Spannungsrissbildung
• Auslegung eines Protokolls zur beschleunigten Alterung
• Eine durchsetzbare Spezifikation verfassen

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Häufig gestellte Fragen

Warum reicht die Haftungsprüfung für dekorierte Oberflächen nicht aus?

Weil sie misst, ob die Beschichtung haftet, nicht ob sie jahrelanges Berühren, Reinigen und Reiben übersteht. Abrieb trägt Material von einem gut haftenden Film fortschreitend ab, und chemischer Angriff weicht ihn auf oder löst ihn. Beides führt zum vollständigen Verlust der Grafik auf Oberflächen, die durchgehend einen Klebebandtest bestehen würden.

Welche Abriebprüfung sollte verwendet werden?

Die, die dem Schaden im Einsatz ähnelt. Rotationsabrieb mit belastetem Rad eignet sich für allgemeinen Verschleiß auf ebenen Bereichen; Linearabrieb bildet Wischen und Reiben in einer Richtung besser ab; eine kontrollierte Reibprüfung mit festgelegtem Tuch, Last und Medium bildet Reinigung und Handhabung am besten ab. Die falsche Art liefert eine Zahl, die nicht mit der Feldleistung korreliert.

Welche Chemikalien sollten einbezogen werden?

Die, denen das Produkt tatsächlich begegnet und die routinemäßig über die Spezifikation hinausgehen. Bei angefassten Konsum- und Medizinprodukten sind das Sonnenschutzmittel, Insektenschutzmittel, Handdesinfektionsmittel, Handcreme, Reinigungssprays und Desinfektionstücher. Bei Fahrzeuginnenräumen kommen Reinigungsprodukte und aus angrenzenden Materialien wandernde Weichmacher hinzu.

Sollte am Decklack oder an der Grafik geprüft werden?

An der fertigen Oberfläche, wie sie ausgeliefert wird, einschließlich eines etwaigen schützenden Decklacks, da der Decklack den Großteil der Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit liefert. Die Prüfung einer ungeschützten bedruckten Schicht misst etwas, das der Kunde nie berühren wird, und unterschätzt die Haltbarkeit erheblich.

Wie werden Ergebnisse zwischen Laboren vergleichbar?

Indem jede Bedingung festgelegt wird, die die Norm offenlässt: Abriebmitteltyp und Austauschintervall, aufgebrachte Last, Zyklenzahl, Hublänge und Geschwindigkeit, Konditionierung und Beurteilungskriterium. Allein unterschiedliche Abriebmittelchargen können Ergebnisse messbar verändern; deshalb ist ein Laborvergleich ohne vollständige Übereinstimmung der Bedingungen unzuverlässig.

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