Badania ścierania i chemikaliów zdobionych tworzyw

Badania odporności na ścieranie, chemikalia i filtry przeciwsłoneczne dla zdobionych tworzyw sztucznych

Najważniejsze wnioski

• Badanie przyczepności nie przewiduje zużycia. Grafika może przejść każdy test taśmowy i zniknąć pod kciukiem w ciągu sześciu miesięcy.
• Filtry przeciwsłoneczne i płyny do dezynfekcji rąk to rzeczywiste chemikalia dla produktów dotykanych, a w specyfikacji prawie ich nie ma.
• Tryb ścierania należy dopasować do eksploatacji: ścieranie obrotowe, liniowe i pocieranie niszczą powierzchnię w różny sposób.
• Badać należy gotową zdobioną powierzchnię wraz z ewentualnym lakierem nawierzchniowym, ponieważ to on zapewnia większość trwałości.

Zdobione powierzchnie tworzyw sztucznych rzadko ulegają uszkodzeniu przez odspajanie. Ścierają się podczas użytkowania, miękną po czyszczeniu niewłaściwym środkiem lub rozpuszczają się w miejscach, których wielokrotnie dotykała dłoń z filtrem przeciwsłonecznym. Programy kwalifikacji oparte na badaniu przyczepności mierzą właściwość, która nie jest zagrożona.

Przyczepność i trwałość to różne właściwości

Test taśmą lub siatką nacięć odpowiada na pytanie, czy powłoka jest związana z podłożem. Jest to właściwość konieczna, lecz słabo przewidująca okres eksploatacji, ponieważ typowa ścieżka uszkodzenia w ogóle nie obejmuje odspojenia: powłoka jest usuwana stopniowo od góry przez ścieranie albo degradowana chemicznie, aż można ją zetrzeć.

Drukowana grafika może więc przejść każdy test przyczepności, na każdym etapie kwalifikacji, a mimo to być nieczytelna po ośmiu miesiącach na produkcie trzymanym w rękach. Specyfikacja przez cały czas mierzyła niewłaściwą rzecz.

Wybór trybu ścierania

Ścieranie nie jest pojedynczym zjawiskiem, a standardowe metody uszkadzają powierzchnie w różny sposób.

Ścieranie obrotowe obciążonymi kołami zapewnia połączenie kontaktu ślizgowego i tocznego po torze kołowym, dając ogólny, powtarzalny i szeroko stosowany wynik zużycia. Nadaje się do płaskich obszarów i prac porównawczych.

Ścieranie liniowe przesuwa element ścierający tam i z powrotem po torze, co lepiej odwzorowuje wycieranie, kontakt ślizgowy i zużycie kierunkowe, i można je stosować na mniejszych i bardziej wyprofilowanych obszarach.

Kontrolowane pocieranie z określoną ściereczką, obciążeniem, medium i liczbą przesunięć najlepiej odwzorowuje czyszczenie i kontakt z dłonią, zwłaszcza gdy medium jest rzeczywistym środkiem czyszczącym, a nie suchym materiałem ściernym.

Wybór trybu przypominającego rzeczywiste uszkodzenie ma znaczenie, ponieważ wyniki nie przenoszą się między trybami. Powłoka dobrze znosząca ścieranie obrotowe może radzić sobie słabo z pocieraniem rozpuszczalnikiem, a produkt doświadczy tego, co zastosują jego użytkownicy.

Chemikalia, które faktycznie docierają do produktu

Wykazy odporności chemicznej zwykle wymieniają rozpuszczalniki i płyny przemysłowe, pomijając substancje powodujące większość uszkodzeń eksploatacyjnych w produktach konsumenckich, medycznych i wnętrzach samochodowych.

Najbardziej znany jest filtr przeciwsłoneczny. Jego składniki agresywnie atakują wiele powłok i drukowanych warstw, trafiają na dłonie, przenoszą się na powierzchnie i tam pozostają. Produkty używane na zewnątrz lub trzymane latem stykają się z nim rutynowo.

Płyn do dezynfekcji rąk stał się wszechobecny w środowisku medycznym, gastronomiczno-hotelowym i konsumenckim, a preparaty o wysokiej zawartości alkoholu zmiękczają wiele układów farb i powłok, szczególnie przy wielokrotnym kontakcie.

Repelent zawierający DEET wyjątkowo niszczy zarówno tworzywa sztuczne, jak i powłoki.

Środki czyszczące i dezynfekcyjne w placówkach medycznych oznaczają wielokrotny kontakt ze związkami czwartorzędowego amoniaku, alkoholami, nadtlenkami i roztworami wybielaczy, często wiele razy dziennie przez lata.

Kremy do rąk, kosmetyki i tłuszcze spożywcze rutynowo przenoszą się na produkty dotykane.

Dodanie ich do wykazu kosztuje niemal nic, a znacznie przybliża program badań do rzeczywistości. Znaczenie ma także metoda: ekspozycja punktowa przez ustalony czas bada coś innego niż wielokrotne wycieranie obciążoną ściereczką, które odwzorowuje łączone działanie ataku chemicznego i oddziaływania mechanicznego, jakie faktycznie występuje.

Badanie powierzchni, która trafia do klienta

Jeżeli zdobiona powierzchnia ma ochronny lakier nawierzchniowy, to on zapewnia większość odporności produktu na ścieranie i chemikalia. Badanie warstwy drukowanej bez niego mierzy powierzchnię, której żaden klient nigdy nie dotknie, i daje wyniki pesymistyczne do tego stopnia, że są bezużyteczne.

Z drugiej strony badania muszą obejmować miejsca, w których lakier jest najcieńszy — krawędzie, narożniki, wypukłe elementy, granicę zdobionego obszaru — ponieważ tam zaczyna się uszkodzenie. Płaskie, centralne obszary płytki testowej systematycznie zawyżają wyniki.

Określanie warunków, by wyniki miały znaczenie

Normy badań ścierania i odporności chemicznej pozostawiają wiele otwartych kwestii, a różne wybory dają różne liczby. Specyfikacja powołująca się na metodę bez ustalenia jej opcji będzie powodować spory między laboratoriami dostawcy i klienta, w pełni uzasadnione po obu stronach.

Warunki wymagające określenia to: rodzaj materiału ściernego lub ściereczki i harmonogram jego wymiany lub regeneracji; przyłożone obciążenie; liczba cykli lub czas trwania; długość i prędkość posuwu w metodach liniowych; kondycjonowanie próbki przed badaniem; substancja chemiczna, jej stężenie i sposób kontaktu; oraz kryterium oceny — czy uszkodzenie definiuje widoczna zmiana, zmierzona właściwość optyczna, czy czytelność.

Szczególnej uwagi wymaga stan materiału ściernego. Koła i ściereczki degradują się w użyciu, a laboratorium stosujące mocno zużyty materiał ścierny uzyska systematycznie lepsze wyniki niż stosujące nowy. Określenie interwałów wymiany sprawia, że wyniki są porównywalne w czasie i między lokalizacjami.

Budowa programu, który różnicuje

Celem badań trwałości w trakcie rozwoju jest wybór między opcjami, co wymaga testów, które je rozróżniają. Program, w którym przechodzą wszyscy kandydaci, nie wniósł nic do decyzji.

Najskuteczniejszą zmianą jest badanie do zniszczenia zamiast do ustalonego punktu końcowego: podanie liczby cykli, przy której każdy kandydat staje się nieakceptowalny, szereguje ich i określa zapas, podczas gdy wynik pozytywny przy 500 cyklach dla wszystkich trzech nie mówi nic. Gdy do produkcji wymagane jest stałe kryterium akceptacji, można je ustalić później, znając rzeczywiste położenie progu.

Drugą zmianą jest łączenie obciążeń: postarzenie próbki, następnie jej ścieranie, a potem ekspozycja na chemikalia znacznie lepiej odwzorowuje sekwencję, jaką przechodzi rzeczywisty produkt, niż trzy niezależne badania na świeżych próbkach. Powłoki, które przechodzą każdy test z osobna, a zawodzą w sekwencji, są częste, a wykrycie tego w trakcie rozwoju jest znacznie tańsze niż później.

Spójna ocena wyniku

Najsłabszym ogniwem większości programów badania trwałości nie jest ekspozycja, lecz ocena dokonywana po niej. „Nieakceptowalne” jest opinią, dopóki kryterium nie zostanie zdefiniowane, a różni oceniający wyznaczają granicę w różnych miejscach na stopniowo ścieranej grafice.

Ocena instrumentalna usuwa niejednoznaczność tam, gdzie jest dostępna. Gęstość optyczna lub kontrast mierzone przed ekspozycją i po niej bezpośrednio kwantyfikują utratę. Pomiar połysku wychwytuje degradację powierzchni poprzedzającą widoczne zużycie. Pomiar barwy kwantyfikuje zmianę pod wpływem ultrafioletu i chemikaliów. W przypadku kodów czytelnych maszynowo naturalną miarą jest klasa weryfikacji przed i po, która jest już znormalizowana.

Gdy ocena wizualna jest nieunikniona, wymaga takiej samej dyscypliny jak każdy pomiar cech atrybutywnych: wzorców definiujących granicę akceptacji, kontrolowanych warunków i odległości oglądania, więcej niż jednego oceniającego oraz okresowego sprawdzania zgodności oceniających między sobą i ze sobą. Bez tego program badania trwałości może wygenerować wiele danych, a mimo to nie odróżniać wiarygodnie powłoki, która przetrwa, od takiej, która nie przetrwa.

Powiązane artykuły

• Pomiar przyczepności i trwałości na ścieranie
• Pomiar przyczepności i trwałości na ścieranie, część 2
• Pękanie naprężeniowe pod wpływem środowiska
• Projektowanie protokołu przyspieszonego starzenia
• Pisanie egzekwowalnej specyfikacji

Potrzebują Państwo wsparcia w tej sprawie?

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie programów badania trwałości drukowanych, powlekanych i zdobionych powierzchni tworzyw sztucznych. Nasz zespół usług inżynieryjnych współpracuje z producentami przy rozwoju procesów, kwalifikacji materiałów i usuwaniu problemów w produkcji. Zapraszamy do kontaktu w celu omówienia Państwa zastosowania.

Często zadawane pytania

Dlaczego badanie przyczepności nie wystarcza dla zdobionych powierzchni?

Ponieważ mierzy ono, czy powłoka jest związana z podłożem, a nie czy przetrwa dotykanie, czyszczenie i pocieranie przez lata. Ścieranie stopniowo usuwa materiał z dobrze przylegającej powłoki, a atak chemiczny ją zmiękcza lub rozpuszcza. Oba mechanizmy prowadzą do całkowitej utraty grafiki na powierzchniach, które przez cały czas przechodziłyby test taśmowy.

Którą metodę badania ścierania należy zastosować?

Tę, która przypomina uszkodzenie eksploatacyjne. Ścieranie obrotowe obciążonym kołem nadaje się do ogólnego zużycia płaskich obszarów; ścieranie liniowe lepiej odwzorowuje wycieranie i pocieranie w jednym kierunku; kontrolowane pocieranie z określoną ściereczką, obciążeniem i medium najlepiej odwzorowuje czyszczenie i użytkowanie. Zastosowanie niewłaściwego trybu daje liczbę niekorelującą z zachowaniem w terenie.

Jakie chemikalia należy uwzględnić?

Te, z którymi produkt faktycznie się styka, a które rutynowo wykraczają poza specyfikację. Dla dotykanych produktów konsumenckich i medycznych oznacza to filtr przeciwsłoneczny, repelent na owady, płyn do dezynfekcji rąk, krem do rąk, spraye czyszczące i chusteczki dezynfekcyjne. Dla wnętrz samochodowych należy dodać środki czyszczące i plastyfikatory migrujące z sąsiednich materiałów.

Czy badać lakier nawierzchniowy, czy grafikę?

Gotową powierzchnię w stanie, w jakim trafi do klienta, wraz z ewentualnym ochronnym lakierem nawierzchniowym, ponieważ to on zapewnia większość odporności na ścieranie i chemikalia. Badanie niezabezpieczonej warstwy drukowanej mierzy coś, czego klient nigdy nie dotknie, i znacznie zaniża trwałość.

Jak zapewnić porównywalność wyników między laboratoriami?

Przez określenie każdego warunku, który norma pozostawia otwarty: rodzaju materiału ściernego i harmonogramu jego wymiany, przyłożonego obciążenia, liczby cykli, długości i prędkości posuwu, kondycjonowania oraz kryterium oceny. Same różne partie materiału ściernego mogą wyraźnie zmieniać wyniki, dlatego porównania międzylaboratoryjne bez pełnego dopasowania warunków są niewiarygodne.

---