Ensaios de abrasão e químicos em plásticos decorados

Ensaios de resistência à abrasão, a produtos químicos e a protetor solar em plásticos decorados

Principais conclusões

• O ensaio de adesão não prevê o desgaste. Um gráfico pode passar em todos os testes de fita e desaparecer sob o polegar em seis meses.
• Protetor solar e álcool em gel são os produtos químicos reais de produtos manuseados, e quase nunca constam da especificação.
• Ajuste o modo de abrasão ao serviço: ensaios rotativos, lineares e de fricção danificam a superfície de formas diferentes.
• Teste a superfície decorada acabada, incluindo qualquer topcoat, pois é o topcoat que fornece a maior parte da durabilidade.

As superfícies plásticas decoradas raramente falham por descascamento. Falham por desgaste durante o manuseio, por amolecimento quando alguém as limpa com o produto errado ou por dissolução onde uma mão com protetor solar as tocou repetidamente. Programas de qualificação construídos em torno do ensaio de adesão medem uma propriedade que não é a que está em risco.

Adesão e durabilidade são propriedades diferentes

Um ensaio de fita ou de corte em grade pergunta se o revestimento está preso ao substrato. É uma propriedade necessária, mas um mau preditor de vida útil, porque o caminho comum de falha nem envolve descolamento: o filme é removido progressivamente de cima para baixo por abrasão, ou degradado quimicamente até poder ser limpo com um pano.

Assim, um gráfico impresso pode passar em todos os ensaios de adesão, em todas as etapas da qualificação, e ainda estar ilegível após oito meses em um produto que as pessoas seguram. A especificação media a coisa errada o tempo todo.

Escolhendo um modo de abrasão

A abrasão não é um fenômeno único, e os métodos normalizados danificam as superfícies de formas diferentes.

A abrasão rotativa com rodas carregadas aplica uma combinação de contato de deslizamento e rolamento ao longo de uma trajetória circular, produzindo um resultado de desgaste geral que é reprodutível e amplamente usado. Serve para áreas planas e trabalhos comparativos.

A abrasão linear move um abrasivo para a frente e para trás ao longo de uma trajetória, o que representa melhor a limpeza com pano, o contato deslizante e o desgaste direcional, e pode ser aplicada a áreas menores e mais contornadas.

O ensaio de fricção controlada, com pano, carga, meio e número de ciclos especificados, é o que melhor representa a limpeza e o contato com as mãos, sobretudo quando o meio é o próprio produto de limpeza e não um abrasivo seco.

Escolher o modo que se assemelha ao dano real importa, porque os resultados não se transferem entre modos. Um revestimento com bom desempenho na abrasão rotativa pode ter mau desempenho na fricção com solvente, e o produto sofrerá aquele que seus usuários aplicarem.

Os produtos químicos que realmente chegam ao produto

As tabelas de resistência química tendem a listar solventes e fluidos industriais e a omitir as substâncias que causam a maioria das falhas em campo em produtos de consumo, médicos e de interiores automotivos.

O protetor solar é o mais notório. Seus componentes atacam com agressividade muitos revestimentos e filmes impressos, e ele chega nas mãos, é transferido às superfícies e permanece ali. Produtos usados ao ar livre ou manuseados no verão o encontram rotineiramente.

O álcool em gel tornou-se onipresente em ambientes médicos, de hospitalidade e de consumo, e as formulações com alto teor de álcool amolecem muitos sistemas de tinta e de revestimento, sobretudo com contato repetido.

O repelente de insetos com DEET é excepcionalmente danoso, tanto para plásticos quanto para revestimentos.

Produtos de limpeza e desinfecção em ambientes médicos envolvem contato repetido com compostos de amônio quaternário, álcoois, peróxidos e soluções de alvejante, frequentemente várias vezes ao dia durante anos.

Cremes para as mãos, cosméticos e óleos alimentares são transferidos rotineiramente a produtos manuseados.

Incluir esses itens na tabela quase não custa nada e aproxima bastante o programa de ensaios da realidade. O método de ensaio também importa: uma exposição pontual por um tempo fixo testa uma coisa, enquanto a limpeza repetida com um pano carregado testa a combinação de ataque químico e ação mecânica que de fato ocorre.

Teste a superfície que será entregue

Quando uma superfície decorada leva um topcoat protetor, esse topcoat fornece a maior parte da resistência à abrasão e a produtos químicos do produto. Testar a camada impressa sem ele mede uma superfície que nenhum cliente jamais tocará e dá resultados tão pessimistas que se tornam inúteis.

Por outro lado, o ensaio deve incluir os locais onde o topcoat é mais fino (bordas, cantos, elementos em relevo, o limite da área decorada), porque é ali que a falha começa. As regiões centrais planas de uma placa de teste superestimam sistematicamente o desempenho.

Especificando as condições para que os resultados tenham significado

As normas de ensaio de abrasão e de resistência química deixam muita coisa em aberto, e escolhas diferentes produzem números diferentes. Uma especificação que cita um método sem fixar suas opções gerará divergências entre os laboratórios do fornecedor e do cliente que são inteiramente legítimas dos dois lados.

As condições que precisam ser declaradas são: tipo de abrasivo ou de pano e seu cronograma de substituição ou recondicionamento; carga aplicada; número de ciclos ou duração; comprimento e velocidade do curso nos métodos lineares; condicionamento do corpo de prova antes do ensaio; o produto químico, sua concentração e o método de contato; e o critério de avaliação, isto é, se a falha é definida por mudança visível, por uma propriedade óptica medida ou por legibilidade.

A condição do abrasivo merece atenção especial. Rodas e panos se degradam com o uso, e um laboratório que usa abrasivo muito gasto produzirá resultados sistematicamente melhores do que outro que usa material novo. Especificar intervalos de substituição é o que torna os resultados comparáveis ao longo do tempo e entre unidades.

Montando um programa que discrimina

O objetivo do ensaio de durabilidade durante o desenvolvimento é escolher entre opções, e isso exige ensaios que as separem. Um programa em que todos os candidatos passam não informou a decisão.

Ensaiar até a falha, em vez de até um ponto final fixo, é a mudança mais eficaz: relatar o número de ciclos em que cada candidato se torna inaceitável classifica-os e quantifica a margem, ao passo que uma aprovação aos 500 ciclos para os três não diz nada. Quando é exigido um critério de aceitação fixo para a produção, ele pode ser definido depois, sabendo onde realmente está o limite.

Combinar tensões é a segunda: envelhecer uma amostra, depois abradi-la e depois expô-la a um produto químico reproduz a sequência que um produto real experimenta muito melhor do que três ensaios independentes em corpos de prova novos. Revestimentos que passam em cada ensaio individualmente e falham na sequência são comuns, e descobri-lo durante o desenvolvimento é muito mais barato do que descobri-lo depois.

Avaliando o resultado de forma consistente

O elo mais fraco da maioria dos programas de durabilidade não é a exposição, mas o julgamento feito depois. “Inaceitável” é uma opinião enquanto o critério não for definido, e avaliadores diferentes traçam a linha em pontos diferentes em gráficos progressivamente desgastados.

A avaliação instrumental elimina a ambiguidade quando está disponível. A densidade óptica ou o contraste medidos antes e depois da exposição quantificam a perda diretamente. A medição de brilho captura a degradação da superfície que precede o desgaste visível. A medição de cor quantifica a variação sob ultravioleta e exposição química. Para códigos legíveis por máquina, a classificação de verificação antes e depois é a medida natural e já é normalizada.

Quando a avaliação visual é inevitável, ela exige a mesma disciplina de qualquer outra medição de atributo: amostras de referência que definam o limite de aceitação, condições e distância de observação controladas, mais de um avaliador e uma verificação periódica de que os avaliadores concordam entre si e consigo mesmos. Sem isso, um programa de durabilidade pode gerar uma grande quantidade de dados e ainda assim não distinguir de forma confiável entre um revestimento que vai durar e outro que não vai.

Leitura complementar

• Como medir a adesão e a durabilidade à abrasão
• Como medir a adesão e a durabilidade à abrasão, parte 2
• Fissuração por tensão ambiental (ESC)
• Como projetar um protocolo de envelhecimento acelerado
• Como redigir uma especificação aplicável

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Perguntas frequentes

Por que o ensaio de adesão é insuficiente para superfícies decoradas?

Porque ele mede se o revestimento está preso, e não se vai sobreviver a anos de toque, limpeza e fricção. A abrasão remove material progressivamente de um filme bem aderido, e o ataque químico o amolece ou dissolve. Ambos causam a perda total do gráfico em superfícies que passariam em um ensaio de fita o tempo todo.

Qual ensaio de abrasão deve ser usado?

O que se assemelha ao dano em serviço. A abrasão rotativa com roda carregada serve para o desgaste geral em áreas planas; a abrasão linear representa melhor a limpeza e a fricção em uma direção; um ensaio de fricção controlada com pano, carga e meio especificados é o que melhor representa a limpeza e o manuseio. Executar o modo errado dá um número que não se correlaciona com o desempenho em campo.

Que produtos químicos devem ser incluídos?

Os que o produto de fato encontra, o que rotineiramente vai além da especificação. Para produtos de consumo e médicos manuseados, isso significa protetor solar, repelente de insetos, álcool em gel, creme para as mãos, sprays de limpeza e lenços desinfetantes. Para interiores automotivos, acrescentam-se produtos de limpeza e plastificantes que migram de materiais adjacentes.

O ensaio deve ser feito no topcoat ou no gráfico?

Na superfície acabada tal como será entregue, incluindo qualquer topcoat protetor, porque o topcoat fornece a maior parte da resistência à abrasão e a produtos químicos. Testar uma camada impressa sem proteção mede algo que o cliente nunca tocará e subestima substancialmente a durabilidade.

Como tornar os resultados comparáveis entre laboratórios?

Especificando todas as condições que a norma deixa em aberto: tipo de abrasivo e seu cronograma de substituição, carga aplicada, número de ciclos, comprimento e velocidade do curso, condicionamento e critério de avaliação. Apenas lotes diferentes de abrasivo podem alterar os resultados de forma mensurável, e é por isso que a comparação entre laboratórios sem a correspondência total das condições não é confiável.

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