การทดสอบเทป ASTM D3359

การทดสอบเทป ASTM D3359

ประเด็นสำคัญ

• ASTM D3359 ประเมินการยึดเกาะโดยการกรีดผ่านชั้นเคลือบแล้วดึงเทปกาวไวต่อแรงกดออก เป็นวิธีที่รวดเร็ว ให้ผลเชิงคุณภาพ และไวต่อวิธีกรีด ติดเทป และดึงเทปของผู้ทดสอบ
• วิธี A (รอยกรีดรูปตัว X) เหมาะกับการทดสอบภาคสนามและชั้นเคลือบที่หนากว่า ส่วนวิธี B (รอยกรีดแบบตาราง) เหมาะกับห้องปฏิบัติการและฟิล์มที่บางกว่าประมาณ 125 µm (5 mils)
• เทปเป็นส่วนหนึ่งของวิธีทดสอบ เทป 3M Scotch 610 ที่ระบุไว้แต่เดิมเลิกผลิตแล้ว และผลที่ได้จากเทปต่างชนิดกันไม่สามารถนำมาเปรียบเทียบกันได้
• ผลระดับ 5B พิสูจน์ได้เพียงว่าชั้นเคลือบทนต่อเทปชนิดนี้ได้ในวันที่ทดสอบ ไม่ได้บ่งชี้ถึงความทนทานในระยะยาว จึงควรใช้ร่วมกับการทดสอบการขัดถู ความชื้น หรือการยึดเกาะหลังการบ่มเร่งอายุ

การทดสอบเทป ASTM D3359

ASTM D3359 (Standard Test Methods for Rating Adhesion by Tape Test) เป็นขั้นตอนประเมินความสามารถในการยึดเกาะของฟิล์มเคลือบกับวัสดุรองรับ โดยกรีดผ่านฟิล์ม ติดและดึงเทปกาวไวต่อแรงกดออกจากรอยกรีด แล้วให้คะแนนตามปริมาณชั้นเคลือบที่หลุดออกในระดับ 0 ถึง 5 มาตรฐานนี้เขียนขึ้นสำหรับสีบนโลหะ แต่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมพลาสติกเป็นการตรวจสอบประจำวันสำหรับหมึก สารเคลือบ และงานตกแต่งผิวบนชิ้นงานขึ้นรูปและฟิล์ม เนื่องจากต้องใช้เพียงใบมีด ไม้บรรทัด เทป และแผนภาพอ้างอิงเท่านั้น

ความนิยมนี้เป็นจุดอ่อนของวิธีทดสอบด้วยเช่นกัน การทดสอบให้ผลเชิงคุณภาพ การกรีดและการดึงทำด้วยมือ และตัวเทปเองเป็นตัวแปรที่ควบคุมไม่ได้ หากไม่ได้ระบุและบันทึกไว้ เมื่อใช้ด้วยความเข้าใจข้อจำกัดนี้ จะเป็นเครื่องมือคัดกรองที่ยอดเยี่ยม แต่หากใช้เป็นเกณฑ์ผ่าน/ไม่ผ่านโดยไม่ระบุชนิดเทปและวิธีทดสอบ จะเกิดข้อโต้แย้งระหว่างซัพพลายเออร์กับลูกค้าที่ไม่มีฝ่ายใดชนะได้

วิธีทดสอบทั้งสองแบบ

วิธี A: รอยกรีดรูปตัว X

กรีดสองรอยยาวประมาณ 40 mm ผ่านชั้นเคลือบลงถึงวัสดุรองรับ โดยให้รอยกรีดตัดกันใกล้กึ่งกลางเป็นมุม 30 ถึง 45 องศา จากนั้นติดเทปทับจุดตัด รีดให้แนบสนิท แล้วดึงเทปออก ผลจะให้คะแนนตั้งแต่ 5A (ไม่มีการลอกหรือหลุดออก) ลงไปจนถึง 0A (หลุดเกินพื้นที่ของรอย X) วิธี A ออกแบบมาสำหรับชั้นเคลือบที่หนากว่าประมาณ 125 µm (5 mils) และสำหรับการใช้งานภาคสนามที่ไม่สะดวกกรีดเป็นตารางอย่างแม่นยำ

วิธี B: รอยกรีดแบบตาราง

กรีดเส้นขนานหกหรือสิบเอ็ดเส้นในแต่ละทิศทาง ให้เกิดตารางของช่องสี่เหลี่ยมขนาดเล็ก ระยะห่างของรอยกรีดขึ้นกับความหนาของฟิล์มแห้ง คือ 1 mm สำหรับฟิล์มหนาไม่เกินประมาณ 50 µm (2 mils) และ 2 mm สำหรับฟิล์มหนาระหว่าง 50 ถึง 125 µm ส่วนชั้นเคลือบที่หนากว่า 125 µm ควรทดสอบด้วยวิธี A แทน หลังดึงเทปแล้ว จะตรวจสอบตารางและให้คะแนนดังนี้

รายละเอียดของขั้นตอนที่มีผลต่อผลทดสอบ

• รอยกรีดต้องลึกถึงวัสดุรองรับ ใบมีดที่ทื่อหรือการกรีดตื้นจะทำให้ชั้นเคลือบยังต่อเนื่องอยู่ใต้ตาราง และทำให้คะแนนสูงเกินจริง บนพลาสติกยังมีข้อผิดพลาดในทางตรงข้ามที่ต้องระวัง คือการกรีดลึกเข้าไปในวัสดุรองรับที่อ่อน ซึ่งก่อให้เกิดความเค้นและรอยร้าวที่ไม่เกี่ยวข้องกับการยึดเกาะ
• การติดเทป ติดเทปให้อยู่กึ่งกลางรอยกรีด รีดด้วยนิ้ว แล้วถูให้แน่นด้วยยางลบดินสอหรืออุปกรณ์ใกล้เคียงเพื่อให้สัมผัสเต็มพื้นที่ ฟองอากาศที่ค้างอยู่หรือบริเวณที่ถูไม่ทั่วจะทำให้ดึงเทปได้เบากว่าจริงและได้ผลผ่านที่ผิดพลาด
• ระยะเวลาพักและการดึงเทป มาตรฐานกำหนดให้ดึงเทปออกภายในช่วงเวลาสั้น ๆ หลังติดเทป (ประมาณ 90 วินาที) โดยดึงกลับทบตัวเองอย่างรวดเร็วในมุมที่ใกล้ 180 องศาที่สุด การลอกช้าหรือใช้มุมต่ำจะลดความเค้นที่กระทำต่อชั้นเคลือบ และทำให้คะแนนสูงเกินจริงเช่นกัน
• การตรวจสอบ การให้คะแนนทำโดยเปรียบเทียบกับภาพประกอบอ้างอิงในมาตรฐานภายใต้แสงสว่างที่เหมาะสม และควรให้ผู้ตรวจที่ไม่ทราบที่มาของแต่ละตัวอย่างเป็นผู้ประเมิน
• การรายงานผล ระบุวิธีทดสอบ ความหนาของฟิล์มแห้ง ยี่ห้อและรุ่นของเทป จำนวนชิ้นทดสอบซ้ำ และคะแนนของแต่ละชิ้น คะแนนที่ไม่ระบุชนิดเทปกำกับถือว่าไม่สมบูรณ์

เลือกเทปอย่างไร: 3M 610, 600 หรือ 810

มาตรฐานฉบับก่อนหน้าระบุผลิตภัณฑ์เฉพาะไว้ คือ 3M Scotch 610 เทปกาวไวต่อแรงกดกึ่งโปร่งใสกว้าง 25 mm เมื่อ 3M เลิกผลิตรุ่น 610 Permacel P-99 จึงกลายเป็นตัวแทนที่ใช้กันแพร่หลายและถูกอ้างอิงต่อมา แต่ปัจจุบันก็เลิกผลิตเช่นกัน มาตรฐาน D3359 ฉบับปัจจุบันไม่ผูกวิธีทดสอบไว้กับผลิตภัณฑ์เดียวอีกต่อไป คู่สัญญาต้องตกลงเรื่องเทปและรายงานร่วมกับผลทดสอบ และมาตรฐานระบุชัดเจนว่าความแข็งแรงของการยึดเกาะแตกต่างกันไปตามเทป ผลที่ได้จากเทปต่างชนิดกันจึงเปรียบเทียบกันไม่ได้

ในทางปฏิบัติ ห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ใช้เทปสามชนิดต่อไปนี้

• 3M Scotch 600 เทปใสผิวมันสำหรับงานทั่วไป เป็นตัวเลือกปัจจุบันที่พบบ่อยสำหรับงาน D3359 อย่างเป็นทางการ และโดยทั่วไปมีแรงยึดติดสูงที่สุดในสามชนิด
• 3M Scotch Magic 810 เทปด้านแบบ “มองไม่เห็น” ที่พบได้ตามโต๊ะทำงานทั่วไป ใช้กันแพร่หลายในการตรวจสอบการยึดเกาะของหมึกแบบไม่เป็นทางการในพื้นที่ผลิต โดยทั่วไปมีแรงยึดติดต่ำกว่า 600 ชั้นเคลือบที่ผ่านด้วย 810 จึงไม่จำเป็นต้องผ่านด้วย 600
• รุ่น 610 ที่เลิกผลิตแล้วยังปรากฏในข้อกำหนดและคำสั่งงานรุ่นเก่า ข้อกำหนดที่ระบุรุ่น 610 ควรปรับปรุงให้ระบุเทปที่ซื้อได้ในปัจจุบัน พร้อมข้อมูลเทียบสหสัมพันธ์หากต้องการใช้ผลในอดีตต่อเนื่อง

ประเด็นไม่ได้อยู่ที่ว่าเทปชนิดใดถูกต้อง แต่อยู่ที่เทปเป็นพารามิเตอร์การทดสอบเช่นเดียวกับระยะห่างของรอยกรีด และผลทดสอบมีความหมายก็ต่อเมื่อระบุเทปกำกับไว้

การใช้ D3359 กับพลาสติกและหมึกพิมพ์

บนชิ้นงานขึ้นรูปและฟิล์ม การทดสอบเทปมักเป็นการตรวจสอบการปรับสภาพพื้นผิวไม่น้อยไปกว่าการตรวจสอบชั้นเคลือบ ชิ้นงานที่ได้คะแนน 0B หรือ 1B โดยช่องสี่เหลี่ยมทั้งช่องลอกออกจากวัสดุรองรับอย่างสะอาด แสดงว่ามีปัญหาที่รอยต่อระหว่างผิว เช่นพลังงานพื้นผิวต่ำ การปนเปื้อน สารช่วยถอดแบบ การเยิ้มของสารเติมแต่ง หรือชั้นขอบเขตที่อ่อนแอ นี่คือความล้มเหลวแบบการยึดเกาะ (adhesive failure) และการแก้ไขอยู่ต้นทาง คือการปรับสภาพพื้นผิวหรือการทำความสะอาด ไม่ใช่ที่หมึก ส่วนการหลุดร่อนเฉพาะที่ขอบรอยกรีดและจุดตัดชี้ว่าฟิล์มเปราะหรือบ่มเกินจนเกิดความล้มเหลวแบบยึดเหนี่ยวภายใน (cohesive failure) ที่จุดรวมความเค้นซึ่งใบมีดสร้างขึ้น ความแตกต่างระหว่างความล้มเหลวแบบ adhesive และ cohesive อธิบายไว้ในคู่มือเรื่องเหตุใดการยึดติดด้วยกาวบนพลาสติกจึงล้มเหลว

มีข้อพิจารณาเพิ่มเติมสองประการสำหรับพลาสติกที่พิมพ์ ประการแรก หมึกมักได้รับการทดสอบทันทีหลังพิมพ์ อีกครั้งหลังบ่มสมบูรณ์ และหลังสัมผัสสภาวะแวดล้อม เพราะหมึกที่บ่มด้วย UV และหมึกสองส่วนผสมยังคงพัฒนาหรือสูญเสียการยึดเกาะได้เป็นเวลาหลายชั่วโมงถึงหลายวัน ประการที่สอง สำหรับบรรจุภัณฑ์อ่อนตัวที่พิมพ์ ASTM F2252 อธิบายวิธีการใช้เทปที่เขียนขึ้นเฉพาะสำหรับหมึกบนวัสดุรองรับแบบอ่อนตัว และมักเป็นเอกสารอ้างอิงที่เหมาะสมกว่า หากต้องการค่าตัวเลขแทนคะแนน จะใช้การทดสอบแรงดึงหลุด (pull-off) ตาม ASTM D4541 หรือชิ้นทดสอบ lap-shear แทนการทดสอบเทป ข้อดีข้อเสียของแต่ละวิธีอภิปรายไว้ในเทคนิคการวัดการยึดเกาะและความทนทานต่อการขัดถูของสารเคลือบและหมึก

การตีความผลทดสอบ

ข้อกำหนดการผลิตสำหรับหมึกและสารเคลือบตกแต่งบนพลาสติกมักกำหนด 4B หรือดีกว่า โดยคาดหวัง 5B บนพื้นผิวที่ผ่านการปรับสภาพอย่างเหมาะสม ควรถือคะแนนเป็นเพียงการคัดกรอง คือ 5B ในวันนี้บอกเพียงว่าชั้นเคลือบยึดเกาะอยู่ ณ ขณะนี้ ภายใต้เทปชนิดนี้ ที่อุณหภูมินี้ ไม่ได้บอกว่าจะเป็นอย่างไรหลังสัมผัสความชื้น 500 ชั่วโมง หลังรอบการล้างในเครื่องล้างจาน หรือหลังหนึ่งปีในห้องโดยสารรถยนต์ ควรใช้การทดสอบเทปร่วมกับการทดสอบการขัดถู สารเคมี และสภาวะแวดล้อมที่การใช้งานจริงต้องเผชิญ และใช้ในช่วงพัฒนาเพื่อเปรียบเทียบการปรับสภาพพื้นผิวหลายแบบเคียงข้างกัน ซึ่งความรวดเร็วของวิธีนี้เป็นข้อได้เปรียบที่แท้จริง

ศัพท์ที่เกี่ยวข้องและแหล่งอ่านเพิ่มเติม

• เทคนิคการวัดการยึดเกาะและความทนทานต่อการขัดถูของสารเคลือบและหมึก
• พลังงานพื้นผิว
• มุมสัมผัส
• ความล้มเหลวของการยึดติดด้วยกาวบนพลาสติก
• การพิมพ์อิงก์เจ็ทบนพลาสติก

การประยุกต์ใช้ในการผลิต

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการยึดเกาะของหมึกและสารเคลือบบนพลาสติก ตั้งแต่การเลือกวิธีปรับสภาพพื้นผิว การกำหนดวิธีทดสอบ ไปจนถึงการวิเคราะห์ความเสียหาย หากกำลังจัดทำข้อกำหนดการยึดเกาะ รับรองวิธีปรับสภาพพื้นผิว หรือสอบสวนความเสียหายที่เกิดในการใช้งานจริง ทีมบริการด้านวิศวกรรมของเรายินดีให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

การทดสอบเทป ASTM D3359 คืออะไร

เป็นวิธีมาตรฐานสำหรับประเมินการยึดเกาะของชั้นเคลือบ โดยกรีดผ่านชั้นเคลือบลงถึงวัสดุรองรับ ติดเทปกาวไวต่อแรงกดทับรอยกรีด ดึงเทปออก แล้วให้คะแนนตามปริมาณชั้นเคลือบที่หลุดในระดับ 0 ถึง 5 เป็นวิธีที่รวดเร็ว ให้ผลเชิงคุณภาพ และใช้กันอย่างกว้างขวางกับหมึกและสารเคลือบบนพลาสติก

ASTM D3359 ระบุให้ใช้เทปชนิดใด

ในอดีตคือ 3M Scotch 610 และต่อมาเป็น Permacel P-99 ซึ่งปัจจุบันเลิกผลิตทั้งคู่ มาตรฐานฉบับปัจจุบันให้คู่สัญญาตกลงเรื่องเทปและรายงานร่วมกับผลทดสอบ เนื่องจากการยึดเกาะแตกต่างกันตามเทปและผลไม่สามารถเปรียบเทียบข้ามชนิดกันได้ 3M 600 เป็นตัวเลือกที่พบบ่อยสำหรับงานอย่างเป็นทางการ ส่วน 810 Magic Tape พบบ่อยสำหรับการตรวจสอบแบบไม่เป็นทางการ

วิธี A และวิธี B ต่างกันอย่างไร

วิธี A ใช้รอยกรีดรูปตัว X เพียงรอยเดียว เหมาะกับงานภาคสนามและชั้นเคลือบที่หนากว่าประมาณ 125 µm ส่วนวิธี B ใช้รอยกรีดแบบตารางที่มีระยะห่าง 1 mm หรือ 2 mm เหมาะกับการทดสอบฟิล์มที่บางกว่าในห้องปฏิบัติการ

คะแนน 5B หมายความว่าอย่างไร

ไม่มีชั้นเคลือบหลุดออก และขอบรอยกรีดเรียบสมบูรณ์ คะแนน 4B ยอมให้มีเศษเล็ก ๆ หลุดที่จุดตัดได้ไม่เกิน 5% ของพื้นที่ตาราง ข้อกำหนดการผลิตส่วนใหญ่สำหรับหมึกบนพลาสติกกำหนดที่ 4B หรือดีกว่า

การทดสอบเทปเพียงอย่างเดียวเพียงพอสำหรับรับรองหมึกหรือสารเคลือบหรือไม่

ไม่เพียงพอ เป็นการยืนยันการยึดเกาะ ณ เวลาทดสอบภายใต้เทปชนิดเดียวเท่านั้น ความทนทานต่อการขัดถู สารเคมี ความชื้น และความร้อนต้องทดสอบแยกต่างหาก และหากต้องการค่าเชิงปริมาณ จะใช้วิธี pull-off หรือ lap-shear แทน

---