Essais d’abrasion et résistance chimique des plastiques

Essais de résistance à l'abrasion, aux produits chimiques et aux crèmes solaires des plastiques décorés

Points clés

• Les essais d'adhérence ne prédisent pas l'usure. Un graphisme peut réussir tous les essais de ruban adhésif et disparaître sous un pouce en six mois.
• Crème solaire et gel hydroalcoolique sont les vrais produits chimiques des produits manipulés, et ils ne figurent presque jamais dans la spécification.
• Adaptez le mode d'abrasion à l'usage : les essais rotatifs, linéaires et de frottement endommagent une surface de façons différentes.
• Testez la surface décorée finie, topcoat compris, car c'est le topcoat qui assure l'essentiel de la durabilité.

Les surfaces plastiques décorées défaillent rarement par pelage. Elles s'usent à la manipulation, se ramollissent lorsqu'on les nettoie avec le mauvais produit, ou se dissolvent là où une main portant de la crème solaire les a touchées à répétition. Les programmes de qualification fondés sur les essais d'adhérence mesurent une propriété qui n'est pas celle qui est menacée.

Adhérence et durabilité sont deux propriétés différentes

Un essai de ruban adhésif ou de quadrillage vérifie si le revêtement est attaché au substrat. C'est une propriété nécessaire mais un mauvais prédicteur de la durée de vie, car la voie de défaillance courante n'implique aucun décollement : le film est enlevé progressivement par le haut sous l'effet de l'abrasion, ou dégradé chimiquement jusqu'à pouvoir être essuyé.

Un graphisme imprimé peut ainsi réussir tous les essais d'adhérence, à chaque étape de la qualification, et être illisible après huit mois sur un produit que l'on tient en main. La spécification mesurait depuis le début la mauvaise chose.

Choisir un mode d'abrasion

L'abrasion n'est pas un phénomène unique et les méthodes normalisées endommagent les surfaces différemment.

L'abrasion rotative par meules chargées combine glissement et roulement sur une trajectoire circulaire, produisant une usure générale reproductible et largement utilisée. Elle convient aux zones planes et aux comparaisons.

L'abrasion linéaire déplace un abrasif en va-et-vient le long d'une trajectoire, ce qui représente mieux l'essuyage, le contact par glissement et l'usure directionnelle, et peut s'appliquer à des zones plus petites et plus galbées.

L'essai de frottement contrôlé, avec un chiffon, une charge, un milieu et un nombre de passes spécifiés, représente au plus près le nettoyage et le contact manuel, en particulier lorsque le milieu est le produit de nettoyage réel plutôt qu'un abrasif sec.

Choisir le mode qui ressemble aux dégâts réels est essentiel, car les résultats ne se transposent pas d'un mode à l'autre. Un revêtement performant face à l'abrasion rotative peut mal résister à un frottement imprégné de solvant, et le produit subira celui que ses utilisateurs appliqueront.

Les produits chimiques qui atteignent réellement le produit

Les programmes de résistance chimique listent plutôt des solvants et des fluides industriels, en omettant les substances à l'origine de la plupart des défaillances sur le terrain pour les produits grand public, médicaux et les intérieurs automobiles.

La crème solaire est la plus tristement célèbre. Ses composants attaquent agressivement de nombreux revêtements et films imprimés ; elle arrive sur les mains, se transfère aux surfaces et y reste. Les produits utilisés en extérieur ou manipulés en été la rencontrent régulièrement.

Le gel hydroalcoolique est devenu omniprésent dans les environnements médicaux, hôteliers et grand public, et les formulations à forte teneur en alcool ramollissent de nombreux systèmes d'encres et de revêtements, surtout en cas de contact répété.

Les répulsifs contre les insectes contenant du DEET sont exceptionnellement néfastes, tant pour les plastiques que pour les revêtements.

Les produits de nettoyage et de désinfection en milieu médical impliquent un contact répété avec des composés d'ammonium quaternaire, des alcools, des peroxydes et des solutions d'eau de Javel, souvent plusieurs fois par jour pendant des années.

Crèmes pour les mains, cosmétiques et huiles alimentaires se transfèrent couramment aux produits manipulés.

Ajouter ces produits au programme ne coûte presque rien et rapproche nettement le plan d'essais de la réalité. La méthode d'essai compte aussi : une exposition ponctuelle de durée fixe teste une chose, alors qu'un essuyage répété avec un chiffon imprégné teste la combinaison d'attaque chimique et d'action mécanique qui se produit réellement.

Testez la surface telle qu'elle est livrée

Lorsqu'une surface décorée porte un topcoat de protection, celui-ci assure l'essentiel de la résistance à l'abrasion et aux produits chimiques du produit. Tester la couche imprimée sans lui mesure une surface qu'aucun client ne touchera jamais et donne des résultats pessimistes au point d'être inutilisables.

À l'inverse, les essais doivent inclure les endroits où le topcoat est le plus mince — arêtes, angles, reliefs, limite de la zone décorée — car c'est là que la défaillance s'amorce. Les zones centrales planes d'une plaque d'essai surestiment systématiquement la performance.

Spécifier les conditions pour que les résultats aient un sens

Les normes d'essai d'abrasion et de résistance chimique laissent beaucoup de points ouverts, et des choix différents produisent des chiffres différents. Une spécification qui cite une méthode sans en fixer les options provoquera entre les laboratoires du fournisseur et du client des litiges parfaitement légitimes de part et d'autre.

Les conditions à indiquer sont : le type d'abrasif ou de chiffon et son calendrier de remplacement ou de reconditionnement ; la charge appliquée ; le nombre de cycles ou la durée ; la longueur de course et la vitesse pour les méthodes linéaires ; le conditionnement des éprouvettes avant essai ; le produit chimique, sa concentration et son mode de contact ; et le critère d'évaluation — la défaillance étant définie par un changement visible, par une propriété optique mesurée ou par la lisibilité.

L'état de l'abrasif mérite une attention particulière. Meules et chiffons se dégradent à l'usage, et un laboratoire utilisant un abrasif très usé obtiendra systématiquement de meilleurs résultats que celui qui emploie du matériel neuf. Spécifier des intervalles de remplacement est ce qui rend les résultats comparables dans le temps et entre sites.

Construire un programme discriminant

L'objectif des essais de durabilité en développement est de choisir entre des options, ce qui exige des essais capables de les départager. Un programme où tous les candidats réussissent n'a pas éclairé la décision.

Poursuivre jusqu'à la défaillance plutôt que jusqu'à un point final fixe est le changement le plus efficace : rapporter le nombre de cycles auquel chaque candidat devient inacceptable les classe et quantifie la marge, alors qu'une réussite à 500 cycles pour les trois n'apprend rien. Lorsqu'un critère d'acceptation fixe est requis pour la production, il peut être fixé ensuite, en connaissant la position réelle du seuil de rupture.

Combiner les contraintes est le second : vieillir un échantillon, puis l'abraser, puis l'exposer à un produit chimique reproduit bien mieux la séquence que subit un produit réel que trois essais indépendants sur des éprouvettes neuves. Les revêtements qui réussissent chaque essai isolément et échouent à la séquence sont courants, et le découvrir en développement coûte bien moins cher que de le découvrir après.

Évaluer le résultat de façon cohérente

Le maillon faible de la plupart des programmes de durabilité n'est pas l'exposition mais le jugement porté ensuite. « Inacceptable » est une opinion tant que le critère n'est pas défini, et des évaluateurs différents placent la limite à des endroits différents sur des graphismes progressivement usés.

L'évaluation instrumentale lève l'ambiguïté lorsqu'elle est possible. La densité optique ou le contraste mesurés avant et après exposition quantifient directement la perte. La mesure du brillant révèle la dégradation de surface qui précède l'usure visible. La mesure de la couleur quantifie la dérive sous ultraviolets et exposition chimique. Pour les codes lisibles par machine, la note de vérification avant et après est la mesure naturelle et elle est déjà normalisée.

Lorsque l'évaluation visuelle est inévitable, elle exige la même discipline que toute mesure d'attribut : des échantillons de référence définissant la limite d'acceptation, des conditions et une distance d'observation contrôlées, plusieurs évaluateurs, et un contrôle périodique de la concordance des évaluateurs entre eux et avec eux-mêmes. Sans cela, un programme de durabilité peut générer beaucoup de données sans distinguer de façon fiable un revêtement durable d'un revêtement qui ne l'est pas.

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Questions fréquentes

Pourquoi l'essai d'adhérence est-il insuffisant pour les surfaces décorées ?

Parce qu'il mesure si le revêtement est attaché, pas s'il survivra à des années de contact, de nettoyage et de frottement. L'abrasion enlève progressivement de la matière d'un film bien adhérent, et l'attaque chimique le ramollit ou le dissout. Les deux entraînent la perte totale du graphisme sur des surfaces qui auraient réussi un essai de ruban adhésif tout du long.

Quel essai d'abrasion faut-il utiliser ?

Celui qui ressemble aux dégâts en service. L'abrasion rotative à meule chargée convient à l'usure générale des zones planes ; l'abrasion linéaire représente mieux l'essuyage et le frottement dans une direction ; un essai de frottement contrôlé avec chiffon, charge et milieu spécifiés représente au mieux le nettoyage et la manipulation. Utiliser le mauvais mode donne un chiffre qui ne corrèle pas avec la performance sur le terrain.

Quels produits chimiques faut-il inclure ?

Ceux que le produit rencontre réellement, qui dépassent régulièrement la spécification. Pour les produits grand public et médicaux manipulés, cela signifie crème solaire, répulsif contre les insectes, gel hydroalcoolique, crème pour les mains, sprays nettoyants et lingettes désinfectantes. Pour les intérieurs automobiles, ajoutez les produits d'entretien et les plastifiants migrant des matériaux adjacents.

L'essai doit-il porter sur le topcoat ou sur le graphisme ?

Sur la surface finie telle qu'elle sera livrée, avec tout topcoat de protection, car celui-ci assure l'essentiel de la résistance à l'abrasion et aux produits chimiques. Tester une couche imprimée non protégée mesure ce que le client ne touchera jamais et sous-estime nettement la durabilité.

Comment rendre les résultats comparables entre laboratoires ?

En spécifiant toutes les conditions que la norme laisse ouvertes : type d'abrasif et calendrier de remplacement, charge appliquée, nombre de cycles, longueur de course et vitesse, conditionnement et critère d'évaluation. De simples différences de lots d'abrasif peuvent modifier sensiblement les résultats, d'où le manque de fiabilité des comparaisons interlaboratoires sans concordance complète des conditions.

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