Pruebas de abrasión y químicas en plásticos decorados

Pruebas de resistencia a la abrasión, a los químicos y al protector solar en plásticos decorados

Puntos clave

• La prueba de adhesión no predice el desgaste. Un gráfico puede pasar todas las pruebas de cinta y desaparecer bajo un pulgar en seis meses.
• El protector solar y el desinfectante de manos son los químicos reales de los productos manipulados, y casi nunca están en la especificación.
• Haga coincidir el modo de abrasión con el servicio: las pruebas rotativa, lineal y de frotado dañan la superficie de maneras distintas.
• Pruebe la superficie decorada terminada, incluida cualquier capa final (topcoat), ya que esta aporta la mayor parte de la durabilidad.

Las superficies decoradas de plástico rara vez fallan por desprendimiento. Fallan por desgaste durante la manipulación, por ablandamiento cuando alguien las limpia con el producto equivocado, o por disolución donde una mano con protector solar las tocó repetidamente. Los programas de calificación basados en pruebas de adhesión miden una propiedad que no es la que está en riesgo.

La adhesión y la durabilidad son propiedades distintas

Una prueba de cinta o de rejilla (cross-hatch) pregunta si el recubrimiento está adherido al sustrato. Es una propiedad necesaria y un mal predictor de la vida útil, porque la vía de falla más común no implica desprendimiento alguno: la película se elimina progresivamente de arriba hacia abajo por abrasión, o se degrada químicamente hasta que puede limpiarse.

Por lo tanto, un gráfico impreso puede pasar todas las pruebas de adhesión, en cada etapa de la calificación, y aun así quedar ilegible después de ocho meses en un producto que las personas sostienen. La especificación estuvo midiendo lo incorrecto todo el tiempo.

Cómo elegir un modo de abrasión

La abrasión no es un fenómeno único y los métodos estándar dañan las superficies de maneras diferentes.

La abrasión rotativa con ruedas cargadas aplica una combinación de contacto deslizante y rodante sobre una trayectoria circular, y produce un resultado de desgaste general reproducible y ampliamente utilizado. Es adecuada para áreas planas y trabajo comparativo.

La abrasión lineal mueve un abrasivo de ida y vuelta a lo largo de una trayectoria, lo que representa mejor el limpiado, el contacto deslizante y el desgaste direccional, y puede aplicarse en áreas más pequeñas y con contornos.

La prueba de frotado controlado, con un paño, una carga, un medio y un número de pasadas especificados, es la que más se parece a la limpieza y al contacto con las manos, en particular cuando el medio es el producto de limpieza real y no un abrasivo seco.

Seleccionar el modo que se parezca al daño real es importante, porque los resultados no se transfieren de un modo a otro. Un recubrimiento que se desempeña bien frente a la abrasión rotativa puede hacerlo mal frente al frotado con solvente, y el producto experimentará el que apliquen sus usuarios.

Los químicos que realmente llegan al producto

Las tablas de resistencia química tienden a enumerar solventes y fluidos industriales y omiten las sustancias que causan la mayoría de las fallas en campo en productos de consumo, médicos e interiores automotrices.

El protector solar es el más notorio. Sus componentes atacan agresivamente muchos recubrimientos y películas impresas, y llega en las manos, se transfiere a las superficies y se queda ahí. Los productos usados al aire libre o manipulados en verano lo reciben de forma rutinaria.

El desinfectante de manos se ha vuelto omnipresente en entornos médicos, de hospitalidad y de consumo, y las formulaciones con alto contenido de alcohol ablandan muchos sistemas de tintas y recubrimientos, en particular con contacto repetido.

El repelente de insectos con DEET es inusualmente dañino tanto para los plásticos como para los recubrimientos.

Los productos de limpieza y desinfección en entornos médicos implican contacto repetido con compuestos de amonio cuaternario, alcoholes, peróxidos y soluciones de cloro, con frecuencia muchas veces al día durante años.

Las cremas para manos, los cosméticos y los aceites de alimentos se transfieren de forma rutinaria a los productos manipulados.

Agregar estas sustancias a la tabla cuesta casi nada y acerca sustancialmente el programa de pruebas a la realidad. El método de prueba también importa: una exposición puntual durante un tiempo fijo prueba una cosa, mientras que el limpiado repetido con un paño cargado prueba la combinación de ataque químico y acción mecánica que realmente ocurre.

Pruebe la superficie que se envía

Cuando una superficie decorada lleva una capa final protectora (topcoat), esta aporta la mayor parte de la resistencia a la abrasión y a los químicos del producto. Probar la capa impresa sin ella mide una superficie que ningún cliente tocará jamás y da resultados tan pesimistas que resultan inútiles.

A la inversa, las pruebas deben incluir las ubicaciones donde la capa final es más delgada —bordes, esquinas, relieves, el límite del área decorada— porque ahí es donde se inicia la falla. Las zonas centrales planas de una placa de prueba sobrestiman sistemáticamente el desempeño.

Cómo especificar las condiciones para que los resultados signifiquen algo

Las normas de pruebas de abrasión y químicas dejan muchas cosas abiertas, y diferentes decisiones producen números distintos. Una especificación que cita un método sin fijar sus opciones generará disputas entre los laboratorios del proveedor y del cliente que son completamente legítimas de ambos lados.

Las condiciones que deben indicarse son: el tipo de abrasivo o paño y su calendario de reemplazo o reacondicionamiento; la carga aplicada; el número de ciclos o la duración; la longitud y velocidad de la carrera en métodos lineales; el acondicionamiento de la muestra antes de la prueba; el químico, su concentración y el método de contacto; y el criterio de evaluación, es decir, si la falla se define por cambio visible, por una propiedad óptica medida o por legibilidad.

El estado del abrasivo merece especial atención. Las ruedas y los paños se degradan con el uso, y un laboratorio que use un abrasivo muy desgastado producirá sistemáticamente mejores resultados que uno que use material nuevo. Especificar intervalos de reemplazo es lo que hace comparables los resultados a lo largo del tiempo y entre sitios.

Cómo construir un programa que discrimine

El propósito de las pruebas de durabilidad durante el desarrollo es elegir entre opciones, y eso requiere pruebas que las separen. Un programa en el que todos los candidatos aprueban no ha aportado información para la decisión.

Probar hasta la falla en lugar de hasta un punto final fijo es el cambio más eficaz: reportar el número de ciclos en el que cada candidato se vuelve inaceptable los ordena y cuantifica el margen, mientras que un resultado aprobado a 500 ciclos para los tres no dice nada. Cuando se requiere un criterio de aceptación fijo para producción, puede establecerse después, sabiendo dónde está realmente el precipicio.

Combinar esfuerzos es el segundo: envejecer una muestra, luego abrasionarla y después exponerla a un químico reproduce la secuencia que vive un producto real mucho mejor que tres pruebas independientes con especímenes nuevos. Son comunes los recubrimientos que pasan cada prueba por separado y fallan la secuencia, y descubrirlo durante el desarrollo es considerablemente más barato que hacerlo después.

Cómo evaluar el resultado de forma consistente

El eslabón más débil de la mayoría de los programas de durabilidad no es la exposición, sino el juicio que se emite después. «Inaceptable» es una opinión a menos que el criterio esté definido, y distintos evaluadores trazan la línea en lugares diferentes en gráficos desgastados progresivamente.

La evaluación instrumental elimina la ambigüedad cuando está disponible. La densidad óptica o el contraste medidos antes y después de la exposición cuantifican directamente la pérdida. La medición de brillo captura la degradación superficial que precede al desgaste visible. La medición de color cuantifica el cambio bajo exposición ultravioleta y química. Para códigos legibles por máquina, el grado de verificación antes y después es la medida natural y ya está estandarizado.

Cuando la evaluación visual es inevitable, requiere la misma disciplina que cualquier otra medición de atributos: muestras de referencia que definan el límite de aceptación, condiciones y distancia de observación controladas, más de un evaluador y una verificación periódica de que los evaluadores coinciden entre sí y consigo mismos. Sin ello, un programa de durabilidad puede generar muchos datos y aun así no distinguir de forma confiable entre un recubrimiento que durará y uno que no.

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Preguntas frecuentes

¿Por qué la prueba de adhesión es insuficiente para superficies decoradas?

Porque mide si el recubrimiento está adherido, no si sobrevivirá años de contacto, limpieza y frotado. La abrasión elimina material progresivamente de una película bien adherida, y el ataque químico la ablanda o la disuelve. Ambos producen la pérdida total del gráfico en superficies que habrían pasado una prueba de cinta en todo momento.

¿Qué prueba de abrasión debe usarse?

La que se parezca al daño en servicio. La abrasión rotativa con rueda cargada es adecuada para el desgaste general en áreas planas; la abrasión lineal representa mejor el limpiado y el frotado en una dirección; una prueba de frotado controlado con un paño, carga y medio especificados representa mejor la limpieza y la manipulación. Aplicar el modo equivocado da un número que no se correlaciona con el desempeño en campo.

¿Qué químicos deben incluirse?

Los que el producto realmente encuentra, que con frecuencia van más allá de la especificación. Para productos de consumo y médicos manipulados, eso significa protector solar, repelente de insectos, desinfectante de manos, crema para manos, aerosoles de limpieza y toallitas desinfectantes. Para interiores automotrices, añada productos de limpieza y plastificantes que migran desde materiales adyacentes.

¿Debe probarse la capa final o el gráfico?

La superficie terminada tal como se enviará, incluida cualquier capa final protectora (topcoat), porque esta aporta la mayor parte de la resistencia a la abrasión y a los químicos. Probar una capa impresa sin protección mide algo que el cliente nunca tocará y subestimará sustancialmente la durabilidad.

¿Cómo se hacen comparables los resultados entre laboratorios?

Especificando todas las condiciones que la norma deja abiertas: tipo de abrasivo y su calendario de reemplazo, carga aplicada, número de ciclos, longitud y velocidad de la carrera, acondicionamiento y criterio de evaluación. Solo los distintos lotes de abrasivo pueden modificar los resultados de forma apreciable, por lo que la comparación entre laboratorios sin igualar todas las condiciones no es confiable.

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