טכניקות למדידת הידבקות ועמידות בשחיקה של ציפויים ודיו – חלק 2

טכניקות למדידת הידבקות ועמידות בשחיקה של ציפויים ודיו – חלק 2

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

כפי שנדון בחלק 1 הידבקות — Plastics Decorating ‘Technology Feature’, ינואר/פברואר 2005, הידבקות ועמידות בשחיקה של ציפויים ודיו שעברו ריפוי הן שתי תכונות ביצוע קריטיות. 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. 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. טכניקות מדידה מתקדמות כמו אלה שמוזכרות במאמר מסייעות ליצרנים להשיג ביצועי מוצר מעולים ומצוינות תהליכית ברמת שש סיגמא.

עיקרי הדברים

• מכשיר השחיקה הליניארי בודק צורות מוצר אמיתיות – קמורות, קעורות או שטוחות – ואילו המכשיר הסיבובי דורש דגימות שטוחות.
• נייר השחיקה מתדרדר באחסון. אין לרכוש כמות העולה על שישה חודשי שימוש; נייר ישן סופג לחות ושוחק פחות.
• ASTM D4060, D6037, F1478, SAE J365 ו-Ford BN108-02 מפנים כולם למכשיר השחיקה הסיבובי של Taber.
• התוצאות נקבעות לפי אובדן משקל, מספר מחזורים או חדירה ויזואלית עד לשכבה תחתונה בעלת צבע מנוגד.
• קיבוע הדגימה הוא באחריות המשתמש. אין תקן אוניברסלי לאחיזת המוצר; מה שחשוב הוא קשיחות המוצר במהלך הבדיקה.

שאלות נפוצות

האם ניתן לבדוק שחיקה במוצרים מעוקלים או בעלי קווי מתאר?

כן, באמצעות מכשיר שחיקה ליניארי. אביזרים להחלפה מורכבים על ציר משונן צף חופשי שעולה ויורד כך שהאביזר עוקב אחר קווי מתאר קמורים, קעורים או שטוחים. מכשיר השחיקה הסיבובי המסורתי אינו מסוגל לבדוק ישירות גיאומטריות בעלות קווי מתאר.

כמה זמן נייר השחיקה נשאר שמיש?

טכנאים ממליצים לא לרכוש כמות העולה על שישה חודשי שימוש. נייר ישן שוחק פחות מפני שהוא סופג לחות, ולכן יש לאחסן אותו במקום קריר ויבש. לדוגמה, נייר ברוחב 11/16 אינץ' על ליבה של 2 אינץ' מספק כ-1,800 מחזורים, וסליל סרט פוליאסטר ברוחב 1/4 אינץ' כ-3,400 מחזורים.

אילו תקני ASTM חלים על בדיקות שחיקה של ציפויים?

מכשיר השחיקה הסיבובי של Taber מוזכר ב-ASTM D4060 לציפויים אורגניים, ב-D6037 להתנגדות לסימני שחיקה יבשה בציפויי גימור מבריק, וב-F1478 לתמונות ממעתיקים ומדפסות, וכן ב-SAE J365 וב-Ford BN108-02. מכשיר השחיקה של Norman Tool תואם ל-ASTM F2357 למתגי ממברנה.

כיצד מכמתים את תוצאות השחיקה?

לפי אובדן משקל במספר מחזורים מוגדר, לפי מספר המחזורים הנדרש להסרת יחידת עובי ציפוי, או ויזואלית מול תקנים שנקבעו מראש כאשר הציפוי נשחק עד למצע או עד לשכבה בעלת צבע מנוגד. יש לוודא שהציפויים עברו ריפוי מלא לפני הבדיקה.

כיצד יש לקבע מוצר לבדיקת שחיקה ליניארית?

אין תקן אוניברסלי, בשל מגוון המוצרים הניתנים לבדיקה. המשתמש הסופי בוחר מלחצה או התקן קיבוע מתאים – לעיתים מלחצה רגילה, ולעיתים התקן מורכב יותר. הדרישה החיונית היא שהמוצר יישאר קשיח לאורך כל הבדיקה.

שיטות בדיקת שחיקה

קיימות שיטות בדיקת שחיקה רבות, ובדומה לבדיקות הידבקות, כל חברה צריכה להחליט איזו שיטה (או שיטות) מעריכה בצורה הטובה ביותר את המוצר הספציפי שלה. ענפים רבים מציינים דרישות ASTM מסוימות בהתאם ליישום המוצר בשוק. Norman Tool Abrader היא היצרנית המקורית של מכשיר הבדיקה הידוע "RCA" לשחיקה ובלאי. מאז 1964, Norman Tool, Inc. מייצרת, מפיצה ומייצאת מכשירי בדיקת שחיקה ובלאי המשמשים לבדיקת עמידות בשחיקה ובבלאי של גימורים אורגניים צבועים או מצופים, של רדיד ושל אותיות דיו על לוחות מקשים. המכשיר נפוץ בענפי הרכב, המכשירים החשמליים, הטלפונים הסלולריים וציפויי הפלסטיק. עם השנים שודרגה המערכת ברציפות לשיפור הדיוק וקלות השימוש.

מכשיר זה הוא בוחן שחיקה במגע נקודתי, המסוגל לבדוק מוצרים (אמיתיים) שטוחים וקעורים. המשקלים הם 55 גרם, 175 גרם ו-275 גרם. עקרון הפעולה ומטרת הבדיקה הם לשחוק גימור שהוחל על כל מצע באמצעות משקל (עומס). נקודת החדירה היא הנקודה שבה מופיע פגם או שהשכבה העליונה נשחקת עד לחשיפת משטח שני או ציפוי שני בצבע או בגוון מנוגד. שיטת הפעולה: דגימה עם ציפוי לשחיקה מונחת על התקן אחיזה המחובר ללוח הבסיס של המכשיר כך שלא תזוז במהלך השחיקה. חומר השחיקה, נייר, מושחל דרך המכונה ומעוגן להרכבת ציר הליפוף. לאחר השלמת הוראות ההתקנה, המונה מאופס והמנועים מופעלים כדי להתחיל את מחזור הבדיקה. במספר מחזורים שנקבע מראש המכונה נעצרת והציר האנכי מורם להערכת אזור הבדיקה. ניתן גם להפעיל את המכונה ברציפות. כל לוח דגימה הנשלח ללקוחות ברחבי העולם מאומת מראש לדיוק ולשחזוריות, בהתבסס על "Master RCA Abrasion Wear Tester" של Norman Tool.

טכנאים מסוימים ממליצים בתוקף לא לרכוש נייר בכמות העולה על שישה חודשי שימוש. נייר ישן שוחק פחות מפני שהוא סופג לחות. אחסנו את הנייר בסביבה קרירה ויבשה. נייר ללא שמן ברוחב 11/16 אינץ', בקוטר חיצוני של 8 אינץ' על ליבה של 2 אינץ', מספק כ-1,800 מחזורים. סליל סרט פוליאסטר ברוחב 1/4 אינץ' מספק כ-3,400 מחזורים. ניתן להשיג את הנייר רק מ-Norman Tool. מכשיר השחיקה של Norman Tool תואם ל-ASTM F 2357, שיטות בדיקה תקניות לקביעת עמידות בשחיקה של דיו וציפויים על מתגי ממברנה באמצעות מכשיר "RCA" של Norman Tool. ל-Norman Tool יש מתקן חדש לבדיקת אצבע פנאומטית.

Taber Industries מייצרת מכשירי שחיקה ובלאי מאז 1941. מכשיר השחיקה הסיבובי המקורי של Taber (מוצג להלן) נועד לבדוק דגימות שטוחות במהירות קבועה, לרבות דגימות צבועות, מצופות או מודפסות. מוצרים בעלי גיאומטריה מעוקלת אינם ניתנים לבדיקה ישירה במכשיר זה.

הדגימות מורכבות על פלטה מסתובבת ונתונות לפעולת שפשוף של גלגלי שחיקה עמוסים. הגלגלים, המונעים על ידי דגימת הבדיקה, יוצרים סימני שחיקה בדוגמת קשתות מצטלבות על טבעת מעגלית.

ניתן לחשב את עמידות השחיקה לפי אובדן משקל במספר מחזורי שחיקה מוגדר, לפי מספר המחזורים הנדרש להסרת יחידת עובי ציפוי, או ויזואלית לפי כמות הציפוי שהוסרה בהשוואה לתקנים שנקבעו מראש. לקבלת תוצאות מדויקות, הציפויים או הדיו על דגימות הבדיקה חייבים לעבור ריפוי מלא. בנוסף מתוארים נהלים להכנת פני הגלגלים כראוי לפני כל ניסוי.

מכשיר השחיקה הסיבובי מוזכר בתקנים רבים, ובהם ASTM D 4060 – שיטת בדיקה תקנית לעמידות בשחיקה של ציפויים אורגניים באמצעות Taber Abraser, ASTM D 6037 – שיטות בדיקה תקניות להתנגדות לסימני שחיקה יבשה בציפויי גימור מבריק, ASTM F 1478 – שיטת בדיקה תקנית לקביעת עמידות בשחיקה של תמונות ממעתיקים ומדפסות (שיטת Taber), SAE J365 – שיטה לבדיקת עמידות לשפשוף של חומרי עיטור, ו-Ford Motor Company Test Method BN108-02 – עמידות בשחיקה, Taber Abraser.

הדור האחרון של מכונות בדיקת שחיקה הוא Taber Linear Abraser Model 5700 (מוצג משמאל). מכשיר שחיקה ליניארי חדש זה פותח כדי לאפשר בדיקה של מוצרים אמיתיים.

בתנועה ליניארית הדדית, אביזרים להחלפה מורכבים בקצה ציר משונן צף חופשי. בעת תנועת הזרוע הציר עולה או יורד כך שהאביזר עוקב אחר קווי המתאר של צורת המוצר – קמורה, קעורה או שטוחה.

Taber Industries הציגה לאחרונה גרסה חדשה של מכשיר השחיקה הליניארי, Model 5750. נוספו תכונות חדשות ומתקדמות רבות, ובהן א) תצוגה דיגיטלית, ב) יישור באמצעות מכוון לייזר, ג) עומס מינימלי של 60 גרם, ד) מהירות מהלך משתנה של 2-75 עם שישה כפתורים מוגדרים מראש, ו-ה) אביזרים חדשים לגמישות בבדיקות.

באמצעות חומרי גלגל תקניים של Taber, נבדקת עמידות הבלאי של חומרים, ובהם פלסטיק, בתנועה ליניארית. כמו במכשיר השחיקה הסיבובי של Taber, ה-Wearaser™, יש להכין מחדש את פני החומר לפני השימוש. במכונות מדגם 5700/5750 קיים מצב הכנה מחדש (Reface) אוטומטי הניתן לתכנות.

ניתן להתאים אישית את אורך המהלך, המהירות והעומס לכל בדיקה. הבקרים הניתנים לתכנות מאפשרים בדיקה עד מספר מחזורי מהלך מוגדר מראש או ברציפות עד להסרת הציפוי/ההדפסה. ראש האביזר האוניברסלי מאפשר למשתמש לבחור חומר שחיקה בעל אישור ASTM, או להשתמש בחומר שחיקה משלו שעשוי להיות ייחודי לענף מסוים. ניתן גם להגדיר את מכשירי השחיקה הליניאריים Models 5700/5750 לבדיקות שריטה, שפשוף, מטבע (Dime, Nickel וכו') ו-crockmeter. כמו במכשירי שחיקה רבים, ניתן לקבוע תוצאות לפי אובדן משקל או תקנים ויזואליים כאשר ציפוי המשטח נשחק עד למצע או לחלק ממנו (חדירה).

בדיקת Crock (העברת צבע) כרוכה בהערכת בד ה-crocking כדי לקבוע כמה צבע הועבר אליו, והיא כלולה ב-ASTM D 6279 – שיטת בדיקה תקנית לעמידות בשחיקת שפשוף של ציפויי גימור מבריק, וב-ASTM F 1319 – שיטת בדיקה תקנית לקביעת עמידות בשחיקה ובמריחה של תמונות ממוצרי העתקה עסקיים. Taber פועלת כעת להשגת אישורי ASTM נוספים למכשירי השחיקה הליניאריים Models 5700/5750.

לנוכח מגוון המוצרים שניתן לבדוק במכשיר השחיקה הליניארי, אין תקן אוניברסלי לקיבוע מוצר במיקום הבדיקה. המשתמש הסופי קובע התקן קיבוע או מלחצה המתאימים למוצר. במקרים מסוימים משתמשים במלחצה רגילה. במוצרים אחרים עשוי להידרש התקן קיבוע מורכב יותר. הדבר החשוב הוא שהמוצר יישאר במיקום קשיח לאורך הבדיקה.

בנוסף למכשיר Norman RCA Abrasion Wear Tester ולמכשירי השחיקה הסיבובי והליניארי של Taber שנדונו במאמר זה, קיימים אינספור מכשירי בדיקת הידבקות ושחיקה בקטלוגים ובספרות התעשייתית. שיטות מקובלות בינלאומית אלה כוללות את ASTM D 3363 – בדיקה תקנית לקשיות ציפוי בשיטת העיפרון; Balanced Beam Scrape Adhesion and Mar Tester לפי ASTM D 2197 – שיטת בדיקה תקנית להידבקות ציפויים אורגניים בשיטת שריטה, ו-D5178-98(2002) – שיטת בדיקה תקנית להתנגדות לסימני שחיקה של ציפויים אורגניים; ובדיקת שחיקה ב-ABREX® על משטחים מודפסים/מצופים בהשפעת נוזלים שונים (זיעה, קרם, שמנים) באמצעות תנועת מגע מדומה של אצבע/יד בהתאם ל-DIN EN 60068-2-70. ABREX® הוא מכשיר חדש שהמידע הזמין עליו היה מוגבל בעת כתיבת מאמר זה.

בנוסף לבדיקות אלה, חברות רבות מפתחות נהלים פנימיים באמצעות מערכות בדיקה דיגיטליות מתוחכמות כגון ציוד Com-Ten ו-Instron, המשלבות שיטות רבות של נהלי ASTM. בהתאם לשימוש המיועד של המוצר, בדיקות ביצועים יכולות לכלול גם בדיקות עמידות כימית ועמידות לממסים, טבילה במים ולאחריה בדיקת סרט, בדיקות מדיח כלים ומכונת כביסה ועוד. חברות משתמשות לעיתים קרובות בכמה שיטות בדיקה במהלך פיתוח המוצר והייצור.

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

• American Society of Testing and Materials International
• BYK Gardner
• Gardner Company
• Norman Tool, Inc
• Taber Industries

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 וב-www.plasticslasermarking.com.

---