코팅 및 잉크의 접착력과 내마모성 측정 기법 – 2부

코팅 및 잉크의 접착력과 내마모성 측정 기법 – 2부

이 글은 코팅 및 잉크의 접착력과 내마모성 측정 기법을 다루는 2부작 시리즈의 두 번째 편입니다. 이번 호에서는 새로운 장비와 측정 기법을 포함한 내마모성을 살펴봅니다.

1부 접착 — Plastics Decorating '기술 특집' 2005년 1/2월호에서 설명한 바와 같이, 경화된 코팅과 잉크의 접착력과 내마모성은 두 가지 핵심 성능 특성입니다. 이 특성들은 서로 연관될 수 있지만 상충하는 경우가 많습니다. 즉, 경화된 코팅과 잉크가 접착력은 우수하나 내마모성은 나쁠 수 있고, 반대로 접착력은 나쁘나 내마모성은 우수할 수 있습니다. 접착력과 내마모성을 올바르게 시험하고 이해하면 사양 적합성을 확보할 수 있으며, 코팅 및 인쇄 문제를 해결하는 데 매우 유용합니다. 파괴 메커니즘이 접착(응집), 마모, 또는 둘 다인지를 파악하면 엔지니어링 공정 해결책이 결정됩니다. 이 글에서는 여러 시험 방법과 장비를 다룹니다. 그중에는 평평한 시편뿐 아니라 곡면 형상을 가진 실제 제품 형태를 평가하도록 설계된 Taber Industries의 신형 리니어 마모 시험기가 포함됩니다. 이 글에서 소개하는 것과 같은 첨단 측정 기법은 제조사가 우수한 제품 성능과 식스 시그마 공정 우수성을 달성하는 데 도움이 되고 있습니다.

핵심 요약

• 리니어 마모 시험기는 볼록, 오목 또는 평평한 실제 제품 형상을 시험할 수 있는 반면, 로터리 마모 시험기는 평평한 시편이 필요합니다.
• 연마지는 보관 중에 성능이 저하됩니다. 6개월 사용분을 초과하여 구매하지 마십시오. 오래된 연마지는 수분을 흡수하여 마모력이 떨어집니다.
• ASTM D4060, D6037, F1478, SAE J365, Ford BN108-02는 모두 Taber 로터리 마모 시험기를 참조합니다.
• 결과는 중량 손실, 사이클 수, 또는 대비되는 하부 층까지의 육안 관통 여부로 얻습니다.
• 고정은 사용자의 몫입니다. 제품을 고정하는 범용 표준은 없으며, 시험 중 견고하게 유지되는 것이 중요합니다.

자주 묻는 질문

곡면이나 굴곡진 제품의 마모도 시험할 수 있습니까?

예, 리니어 마모 시험기로 가능합니다. 교체형 부속품이 자유 부동 스플라인 샤프트에 장착되어 오르내리므로, 부속품이 볼록, 오목 또는 평평한 윤곽을 따라갑니다. 기존 로터리 마모 시험기는 굴곡진 형상을 직접 시험할 수 없습니다.

연마지는 얼마나 오래 사용할 수 있습니까?

기술자들은 6개월 사용분을 초과하여 구매하지 않도록 권장합니다. 오래된 연마지는 수분을 흡수하여 마모력이 떨어지므로 서늘하고 건조한 곳에 보관해야 합니다. 참고로 2인치 코어에 감긴 폭 11/16인치 연마지는 약 1,800 사이클, 폭 1/4인치 폴리에스터 테이프 릴은 약 3,400 사이클을 제공합니다.

코팅의 마모 시험에는 어떤 ASTM 표준이 적용됩니까?

Taber 로터리 마모 시험기는 유기 코팅에 대한 ASTM D4060, 고광택 코팅의 건식 마모 흠집 저항에 대한 D6037, 복사기 및 프린터 이미지에 대한 F1478, 그리고 SAE J365와 Ford BN108-02에서 참조됩니다. Norman Tool 마모 시험기는 멤브레인 스위치에 대한 ASTM F2357에 부합합니다.

마모 시험 결과는 어떻게 정량화합니까?

지정된 사이클 수에서의 중량 손실, 코팅 두께 단위량을 제거하는 데 필요한 사이클 수, 또는 코팅이 기재나 대비되는 층까지 마모되었을 때 사전 설정된 기준에 따른 육안 평가로 정량화합니다. 시험 전에 코팅은 완전히 경화되어 있어야 합니다.

리니어 마모 시험을 위해 제품을 어떻게 고정해야 합니까?

시험 가능한 제품이 다양하므로 범용 표준은 없습니다. 최종 사용자가 적합한 클램프나 고정구를 선택하며, 표준 바이스를 쓰기도 하고 더 정교한 것이 필요하기도 합니다. 핵심 요건은 시험 내내 제품이 견고하게 유지되는 것입니다.

마모 시험 방법

다양한 마모 시험 방법이 있으며, 접착력 시험과 마찬가지로 각 기업은 자사 제품을 가장 잘 평가할 방법을 결정해야 합니다. 많은 산업 분야에서는 제품의 시장 용도에 따라 특정 ASTM 요구 사항을 인용합니다. Norman Tool Abrader는 널리 알려진 "RCA" 마모 시험기의 원조 제조사입니다. Norman Tool, Inc.는 1964년부터 도장 또는 도금된 유기 마감, 포일, 잉크 인쇄된 키패드 문자의 내마모성 및 내마모 특성을 시험하는 마모 시험기를 제조, 유통, 수출해 왔습니다. 이 장비는 자동차, 가전, 휴대전화, 플라스틱 코팅 산업에서 흔히 사용됩니다. 수년에 걸쳐 정확도와 사용 편의성이 지속적으로 개선되었습니다.

이 장비는 점 접촉 마모 시험기로, 평평한 제품과 오목한 (실제) 제품을 시험할 수 있습니다. 하중은 55 g, 175 g, 275 g입니다. 시험의 기본 원리와 목적은 하중을 이용해 임의의 기재에 도포된 마감을 마모시켜 관통하는 것입니다. 상부 코팅에 흠집이 생기거나 마모로 관통되어 대비되는 색상이나 색조의 두 번째 표면 또는 코팅이 드러나는 지점이 마모 관통 지점입니다. 작동 방법은 다음과 같습니다. 마모시킬 코팅이 있는 시편을 시험기 베이스 플레이트에 부착된 고정 장치에 올려 마모 중 움직이지 않도록 합니다. 이후 마모 재료인 연마지를 기계에 통과시켜 와인드업 샤프트 어셈블리에 고정합니다. 설정 절차가 끝나면 카운터를 0으로 맞추고 모터를 켜서 시험 사이클을 시작합니다. 사전 설정한 사이클 수에서 기계가 정지하며, 수직 샤프트를 들어 올려 시험된 부위를 평가합니다. 기계는 연속 사이클로도 운전할 수 있습니다. 전 세계 고객에게 보내는 각 시편 플레이트는 Norman Tool의 "마스터 RCA 마모 시험기"를 기준으로 정확도와 재현성이 사전 검증됩니다.

일부 기술자들은 연마지를 6개월 사용분을 초과하여 구매하지 말 것을 강력히 권장합니다. 오래된 연마지는 수분을 흡수하여 마모력이 떨어집니다. 연마지는 서늘하고 건조한 환경에 보관하십시오. 폭 11/16" x 외경 8", 2" 코어의 무오일 연마지는 약 1,800 사이클을 제공하며, 폭 1/4" 폴리에스터 테이프 릴은 약 3,400 사이클을 제공합니다. 연마지는 Norman Tool에서만 구할 수 있습니다. Norman Tool Abrader는 Norman Tool "RCA" 마모 시험기를 사용하여 멤브레인 스위치 잉크 및 코팅의 내마모성을 측정하는 ASTM F 2357 표준 시험 방법에 부합합니다. Norman Tool은 새로운 공압식 핑거 시험 장치도 보유하고 있습니다.

Taber Industries는 1941년부터 마모 및 내마모 시험 장비를 제조해 왔습니다. 아래에 나타낸 오리지널 Taber 로터리 마모 시험기는 도장, 코팅 또는 인쇄된 시편을 포함한 평평한 시편을 일정한 속도로 시험하도록 설계되었습니다. 굴곡진 형상의 제품은 이 장비로 직접 시험할 수 없습니다.

시편은 회전 턴테이블에 장착되어 하중이 가해진 연마 휠의 마찰 마모 작용을 받습니다. 시험 시편에 의해 구동되는 휠은 원형 링 위에 교차하는 호 모양의 마모 자국을 형성합니다.

내마모성은 지정된 마모 사이클 수에서의 중량 손실, 코팅 두께 단위량을 제거하는 데 필요한 사이클 수, 또는 사전 설정된 기준과 비교한 코팅 제거량의 육안 평가로 계산할 수 있습니다. 정확한 결과를 얻으려면 시험 시편의 코팅이나 잉크가 완전히 경화되어 있어야 합니다. 또한 각 시험 전 휠 표면을 올바르게 다듬는 절차도 규정되어 있습니다.

로터리 마모 시험기는 Taber 마모 시험기를 이용한 유기 코팅의 내마모성 표준 시험 방법인 ASTM D 4060, 고광택 코팅의 건식 마모 흠집 저항 표준 시험 방법인 ASTM D 6037, 복사기 및 프린터로 생성한 이미지의 내마모성 측정 표준 시험 방법(Taber 방법)인 ASTM F 1478, 트림 소재의 긁힘 저항 시험 방법인 SAE J365, Ford Motor Company 시험 방법 BN108-02 마모 저항 – Taber 마모 시험기 등 다수의 표준에서 참조됩니다.

최신 세대의 마모 시험기는 Taber 리니어 마모 시험기 모델 5700(왼쪽 사진)입니다. 이 신형 리니어 마모 시험기는 실제 제품을 시험할 수 있도록 개발되었습니다.

왕복 직선 운동을 이용하며, 교체형 부속품이 자유 부동 스플라인 샤프트 끝에 장착됩니다. 암이 왕복하면서 샤프트가 오르내려, 부속품이 볼록, 오목 또는 평평한 제품 형상의 윤곽을 따라갑니다.

Taber Industries는 최근 리니어 마모 시험기의 새 버전인 모델 5750을 출시했습니다. a) 디지털 디스플레이, b) 레이저 가이드 정렬, c) 최소 하중 60 g, d) 6개의 프리셋 버튼이 있는 2-75 가변 스트로크 속도, e) 시험 범용성을 위한 신규 부속품 등 새롭고 진보된 기능이 다수 추가되었습니다.

업계 표준 Taber 휠 소재를 사용하여 플라스틱을 포함한 소재의 내마모성을 직선 운동으로 시험합니다. Taber 로터리 마모 시험기인 Wearaser™와 마찬가지로 사용 전에 소재의 표면을 다시 다듬어야 합니다. 5700/5750 모델은 자동 프로그래밍 가능한 표면 재가공(Reface) 모드를 갖추고 있습니다.

스트로크 길이, 속도, 하중은 시험별로 맞춤 설정할 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 제어로 사전 설정한 스트로크 사이클 수까지 또는 코팅/인쇄가 제거될 때까지 연속 시험할 수 있습니다. 범용 부속 헤드를 통해 ASTM 인증 연마 매체를 선택하거나, 특정 산업에 고유한 자체 연마재를 사용할 수 있습니다. 리니어 마모 시험기 모델 5700/5750은 긁힘, 마찰, 동전(다임, 니켈 등), 크로크미터 시험용으로도 구성할 수 있습니다. 많은 마모 시험기와 마찬가지로, 표면 코팅이 기재 소재까지 또는 그 일부까지 마모되었을 때(관통) 중량 손실이나 육안 기준으로 결과를 판정할 수 있습니다.

크로크(색 이행)는 크로킹 천으로 이행된 색의 양을 평가하는 것으로, 고광택 코팅의 마찰 마모 저항 표준 시험 방법인 ASTM D 6279와 업무용 복사 제품으로 생성된 이미지의 마모 및 번짐 저항 측정 표준 시험 방법인 ASTM F 1319에 포함되어 있습니다. Taber는 현재 리니어 마모 시험기 모델 5700/5750에 대한 추가 ASTM 인증을 추진하고 있습니다.

리니어 마모 시험기로 시험할 수 있는 제품이 다양하기 때문에 시험을 위해 제품을 제자리에 고정하는 범용 표준은 없습니다. 최종 사용자가 제품에 적합한 클램프나 고정 장치를 결정합니다. 경우에 따라 표준 바이스를 사용하고, 다른 제품에는 더 정교한 고정 장치가 필요할 수 있습니다. 중요한 점은 시험 중 제품이 견고한 위치를 유지하는 것입니다.

이 글에서 다룬 Norman RCA 마모 시험기와 Taber 로터리 및 리니어 마모 시험기 외에도, 업계 카탈로그와 문헌에서 찾을 수 있는 접착 및 마모 시험 장치는 셀 수 없이 많습니다. 국제적으로 인정받는 이러한 방법에는 연필 경도법에 의한 필름 경도 표준 시험인 ASTM D 3363, 스크래치 접착에 의한 유기 코팅의 접착력 표준 시험 방법인 ASTM D 2197 및 유기 코팅의 흠집 저항 표준 시험 방법인 D5178-98(2002)용 밸런스드 빔 스크랩 접착 및 흠집 시험기, 그리고 DIN EN 60068-2-70에 따라 모의 손가락/손 접촉 동작으로 다양한 유체(땀, 로션, 오일)의 영향 하에서 인쇄/코팅 표면을 마모 시험하는 ABREX®가 있습니다. ABREX®는 이 논문을 작성할 당시 제한된 정보만 이용할 수 있던 신형 장비입니다.

이러한 시험 외에도 많은 기업이 다양한 ASTM 절차 방법을 통합한 Com-Ten과 Instron 장비 같은 정교한 디지털 시험 시스템을 사용해 자체 절차를 개발합니다. 제품의 사용 목적에 따라 성능 시험에는 내화학성 및 내용제성 시험, 수침 후 테이프 시험, 식기세척기 및 세탁기 시험 등도 포함될 수 있습니다. 기업은 제품 개발과 제조 과정에서 여러 시험 방법을 함께 사용하는 경우가 많습니다.

시험 표준과 공정 우수성

많은 기업이 이 글에서 다룬 시험 방법 중 일부를 필요에 의해 사용합니다. 즉, 자사의 제조 공정이 특정 산업 표준에 부합함을 입증하여 사업을 수주하기 위해서입니다. 안타깝게도 제조사는 고객이 부적합 제품을 반품하기 전까지 현장 불량 문제를 모르는 경우가 많습니다. 기본적으로 "접착 불량"이 원인으로 지목됩니다. 접착 파괴와 마모 파괴의 여러 가능한 원인을 올바르게 이해하면 엔지니어는 핵심 근본 원인을 능숙하게 파악하고 시정 조치를 실행할 수 있습니다.

시험은 제품 개발과 문제 해결에만 국한해서는 안 됩니다. 소개한 방법과 기법 및 식스 시그마 기법을 활용한 제품의 연속 인라인 시험은 견고한 제조를 보장합니다.

감사의 글

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

Scott R. Sabreen은 The Sabreen Group, Inc.(TSG)의 설립자이자 사장입니다. TSG는 표면 전처리, 접착 결합, 장식 및 마감, 레이저 마킹, 제품 보안 등 플라스틱 2차 가공 공정을 전문으로 하는 글로벌 엔지니어링 기업입니다. 자세한 내용은 수신자 부담 전화 (888)-SABREEN으로 문의하시거나 www.sabreen.com 및 www.plasticslasermarking.com을 방문해 주십시오.

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