加飾プラスチックの耐摩耗性・耐薬品性・耐日焼け止め性試験
重要ポイント
- 密着性試験では摩耗は予測できません。テープ試験にすべて合格した印刷グラフィックでも、6か月後には親指でこするだけで消えてしまうことがあります。
- 取り扱われる製品にとって実際の薬品は日焼け止めと除菌剤ですが、仕様に含まれていることはほとんどありません。
- 使用環境に合わせて摩耗モードを選んでください。回転式、直線式、ラビング試験では、表面の傷み方が異なります。
- トップコートを含む、完成した加飾表面を試験してください。耐久性の大半はトップコートが担っているためです。
加飾されたプラスチック表面が剥がれて不具合になることはまれです。取り扱いによる摩耗で消えていく、不適切な製品で清掃されて軟化する、あるいは日焼け止めの付いた手が繰り返し触れた箇所で溶けるといった形で不具合に至ります。密着性試験を軸にした適格性評価プログラムは、リスクのある特性とは別の特性を測定しています。
密着性と耐久性は別の特性です
テープ試験やクロスカット試験が確認するのは、コーティングが基材に付着しているかどうかです。これは必要な特性ですが、使用寿命の予測指標としては不十分です。一般的な不具合の経路には剥離がまったく含まれないためです。塗膜は摩耗によって上から徐々に除去されるか、化学的に劣化して拭き取られるまでになります。
したがって、印刷されたグラフィックは、適格性評価のあらゆる段階で行われたあらゆる密着性試験に合格しながら、人が手に持つ製品では8か月後に判読できなくなることがあります。仕様は、最初から最後まで誤ったものを測定していたことになります。
摩耗モードの選択
摩耗は単一の現象ではなく、標準的な試験方法ごとに表面の傷み方が異なります。
荷重をかけたホイールを用いる回転式摩耗は、円形の経路上で滑りと転がりの接触を組み合わせて加え、再現性が高く広く用いられる一般的な摩耗結果をもたらします。平坦な部分や比較評価に適しています。
直線式摩耗は、研磨材を経路に沿って往復させるもので、拭き取り、滑り接触、方向性のある摩耗をよりよく再現し、より小さい面積や曲面の部分にも適用できます。
布、荷重、媒体、ストローク数を規定した制御ラビング試験は、清掃や手での接触を最もよく再現します。特に、媒体が乾いた研磨材ではなく、実際の洗浄剤である場合に当てはまります。
試験結果はモード間で転用できないため、実際の損傷に近いモードを選ぶことが重要です。回転式摩耗に対して良好な性能を示すコーティングが、溶剤を含ませたラビングに対しては劣る場合があり、製品は使用者が加えるいずれの方法にも耐えなければなりません。
製品に実際に到達する薬品
耐薬品性の試験項目には、溶剤や工業用流体が並ぶ一方で、消費財、医療機器、自動車内装品の市場不具合の大半を引き起こす物質が抜けている傾向があります。
最もよく知られているのは日焼け止めです。その成分は多くのコーティングや印刷塗膜を強く侵し、手に付いて表面に移り、そのまま残ります。屋外で使用される製品や夏に取り扱われる製品では、日常的に接触します。
除菌剤は医療、ホスピタリティ、消費者環境で普及しており、アルコール濃度の高い製剤は、特に繰り返し接触すると多くのインクやコーティング系を軟化させます。
DEETを含む虫よけは、プラスチックにもコーティングにも特に大きな損傷を与えます。
医療現場の洗浄・消毒用製品では、第四級アンモニウム化合物、アルコール、過酸化物、漂白剤溶液に繰り返し接触し、それが何年も1日に何度も続くことがよくあります。
ハンドクリーム、化粧品、食用油は、取り扱われる製品に日常的に移ります。
これらを試験項目に加えるコストはほとんどなく、試験プログラムを現実に大きく近づけます。試験方法も重要です。一定時間のスポット曝露が確認するのは1つの側面ですが、荷重をかけた布での繰り返しの拭き取りは、実際に起こる化学的侵食と機械的作用の組み合わせを試験します。
出荷される表面を試験する
加飾表面に保護トップコートがある場合、製品の耐摩耗性と耐薬品性の大半はそのトップコートが担います。トップコートなしで印刷層を試験すると、顧客が決して触れない表面を測定することになり、役に立たないほど悲観的な結果になります。
逆に、試験には、トップコートが最も薄い箇所、すなわちエッジ、コーナー、凸部、加飾領域の境界を含める必要があります。そこが不具合の起点になるためです。試験プレートの平坦な中央部は、系統的に性能を過大評価します。
結果に意味を持たせる条件の規定
摩耗および耐薬品性の試験規格には、多くの選択肢が残されており、選択が異なれば数値も異なります。オプションを固定せずに方法だけを引用する仕様は、サプライヤーと顧客の試験所の間で、双方に正当な見解の相違を生みます。
記載が必要な条件は次のとおりです。研磨材または布の種類とその交換・調整の頻度、印加荷重、サイクル数または時間、直線式の場合のストローク長と速度、試験前の試験片の状態調節、薬品とその濃度および接触方法、そして不具合を目視による変化、測定した光学特性、判読性のどれで定義するかという評価基準です。
研磨材の状態には特に注意が必要です。ホイールや布は使用とともに劣化するため、使い込んだ研磨材を使う試験所は、新品を使う試験所より系統的に良い結果を出します。交換間隔を規定することで、時間や拠点を越えて結果を比較できるようになります。
識別力のあるプログラムの構築
開発段階における耐久性試験の目的は、選択肢の中から選ぶことであり、そのためには選択肢を分離できる試験が必要です。すべての候補が合格するプログラムでは、判断に役立つ情報は得られません。
固定の終了点ではなく、不具合に至るまで実施することが最も効果的な変更です。各候補が許容できなくなるサイクル数を報告すれば、順位付けとマージンの定量化ができます。3つとも500サイクルで合格したのでは、何もわかりません。生産のために固定の合否基準が必要な場合は、限界点が実際にどこにあるかを把握した上で、後から設定できます。
2つ目は、複数のストレスを組み合わせることです。試料を劣化させ、次に摩耗させ、さらに薬品に曝露するという流れは、新品の試験片で3つの独立した試験を行うよりも、実際の製品が経験する順序をはるかによく再現します。個々の試験には合格しても、この一連の流れでは不合格になるコーティングはよくあり、それを開発中に見つけるほうが、後で見つけるよりはるかに低コストです。
結果を一貫して評価する
ほとんどの耐久性プログラムで最も弱い部分は、曝露そのものではなく、その後の判断です。基準が定義されていなければ「許容できない」は主観的な意見であり、評価者によって、徐々に摩耗していくグラフィックのどこで線を引くかが異なります。
機器による評価が可能な場合は、曖昧さがなくなります。曝露前後に測定した光学濃度やコントラストは、損失を直接定量化します。光沢測定は、目に見える摩耗に先行する表面劣化を捉えます。色測定は、紫外線や薬品曝露による変化を定量化します。機械読み取り用コードでは、前後の検証グレードが自然な指標であり、すでに標準化されています。
目視評価が避けられない場合は、他の属性測定と同じ規律が必要です。合否の境界を示す基準サンプル、管理された観察条件と距離、複数の評価者、そして評価者同士および自分自身との一致を定期的に確認することです。これらがなければ、耐久性プログラムは大量のデータを生成しながら、長持ちするコーティングとそうでないコーティングを確実に区別できないままになりかねません。
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よくあるご質問
加飾表面に密着性試験だけでは不十分なのはなぜですか？
密着性試験が測定するのは、コーティングが付着しているかどうかであり、何年も触れられ、清掃され、こすられても耐えられるかどうかではないためです。摩耗は、よく付着した塗膜から材料を徐々に除去し、化学的侵食は塗膜を軟化または溶解させます。どちらも、テープ試験には最後まで合格するはずの表面でグラフィックを完全に消失させます。
どの摩耗試験を使うべきですか？
使用中の損傷に近いものです。荷重をかけたホイールによる回転式摩耗は、平坦な部分の一般的な摩耗に適しています。直線式摩耗は一方向への拭き取りやこすれをよりよく再現し、布、荷重、媒体を規定した制御ラビング試験は、清掃や取り扱いを最もよく表します。誤ったモードで実施すると、市場での性能と相関しない数値が得られます。
どの薬品を含めるべきですか？
製品が実際に接触するもので、それは仕様の範囲を日常的に超えています。取り扱われる消費財や医療製品の場合、日焼け止め、虫よけ、除菌剤、ハンドクリーム、洗浄スプレー、除菌ワイプが該当します。自動車内装の場合は、さらに洗浄剤や、隣接する材料から移行する可塑剤を加えます。
試験はトップコートで行うべきですか、グラフィックで行うべきですか？
保護トップコートを含め、出荷される状態の完成した表面で行います。耐摩耗性と耐薬品性の大半はトップコートが担っているためです。保護されていない印刷層を試験すると、顧客が決して触れないものを測定することになり、耐久性を大幅に低く見積もることになります。
試験所間で結果を比較可能にするにはどうすればよいですか？
規格が定めていないすべての条件を規定することです。研磨材の種類とその交換頻度、印加荷重、サイクル数、ストローク長と速度、状態調節、評価基準が該当します。研磨材のロットが異なるだけでも結果は測定可能なほど変わるため、条件を完全に一致させない試験所間比較は信頼できません。
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