Thử độ bền mài mòn và hóa chất cho nhựa trang trí

Thử nghiệm độ bền mài mòn, hóa chất và kem chống nắng cho nhựa trang trí

Điểm chính cần nhớ

• Thử độ bám dính không dự báo được độ mòn. Một hình in có thể vượt qua mọi phép thử băng keo nhưng biến mất dưới ngón tay cái sau sáu tháng.
• Kem chống nắng và nước rửa tay sát khuẩn là những hóa chất thực tế đối với sản phẩm được cầm nắm, nhưng gần như không bao giờ có trong quy cách.
• Hãy chọn kiểu mài mòn phù hợp với điều kiện sử dụng: thử quay, thử tuyến tính và thử chà xát làm hỏng bề mặt theo những cách khác nhau.
• Hãy thử nghiệm bề mặt trang trí hoàn chỉnh, bao gồm cả lớp phủ ngoài (topcoat), vì lớp phủ ngoài đảm nhận phần lớn độ bền.

Bề mặt nhựa trang trí hiếm khi hỏng do bong tróc. Chúng hỏng do mòn dần khi cầm nắm, do mềm đi khi ai đó lau bằng sản phẩm không phù hợp, hoặc do bị hòa tan ở nơi bàn tay dính kem chống nắng chạm vào lặp lại. Các chương trình đánh giá xây dựng xoay quanh thử độ bám dính đang đo một đặc tính không phải là đặc tính đang gặp rủi ro.

Độ bám dính và độ bền là hai đặc tính khác nhau

Phép thử băng keo hoặc thử cắt ô (cross-hatch) hỏi liệu lớp phủ có bám vào vật liệu nền hay không. Đó là đặc tính cần thiết nhưng là chỉ báo kém về tuổi thọ sử dụng, vì con đường hỏng phổ biến hoàn toàn không liên quan đến sự bong tách: lớp màng bị loại bỏ dần từ trên xuống do mài mòn, hoặc bị phân hủy hóa học đến mức có thể lau đi.

Do đó, một hình in có thể vượt qua mọi phép thử độ bám dính ở mọi giai đoạn đánh giá, nhưng vẫn không đọc được sau tám tháng trên một sản phẩm được cầm nắm. Quy cách đã đo sai thứ cần đo từ đầu đến cuối.

Chọn kiểu mài mòn

Mài mòn không phải là một hiện tượng đơn lẻ và các phương pháp tiêu chuẩn làm hỏng bề mặt theo những cách khác nhau.

Mài mòn quay bằng bánh xe có tải áp dụng tổ hợp tiếp xúc trượt và lăn theo quỹ đạo tròn, cho kết quả mòn tổng quát có thể tái lập và được sử dụng rộng rãi. Phương pháp này phù hợp với vùng phẳng và công việc so sánh.

Mài mòn tuyến tính di chuyển vật liệu mài qua lại theo một đường, phản ánh tốt hơn việc lau chùi, tiếp xúc trượt và mòn theo hướng, và có thể áp dụng cho các vùng nhỏ hơn và có đường cong.

Thử chà xát có kiểm soát với khăn, tải trọng, môi chất và số hành trình được chỉ định phản ánh sát nhất việc vệ sinh và tiếp xúc tay, đặc biệt khi môi chất là chính sản phẩm vệ sinh thực tế thay vì vật liệu mài khô.

Chọn kiểu giống với hư hỏng thực tế là điều quan trọng, vì kết quả không chuyển đổi giữa các kiểu. Một lớp phủ hoạt động tốt với mài mòn quay có thể hoạt động kém khi chà xát bằng dung môi, và sản phẩm sẽ gặp bất kỳ kiểu nào mà người dùng áp dụng.

Những hóa chất thực sự tiếp xúc với sản phẩm

Bảng thử độ bền hóa chất thường liệt kê dung môi và chất lỏng công nghiệp mà bỏ sót các chất gây ra phần lớn lỗi thực địa trên sản phẩm tiêu dùng, y tế và nội thất ô tô.

Kem chống nắng là chất nổi tiếng nhất. Các thành phần của nó tấn công mạnh nhiều lớp phủ và màng in, dính trên tay, truyền sang bề mặt và lưu lại ở đó. Sản phẩm dùng ngoài trời hoặc được cầm nắm vào mùa hè thường xuyên gặp phải chất này.

Nước rửa tay sát khuẩn đã trở nên phổ biến trong môi trường y tế, khách sạn và tiêu dùng, và các công thức nồng độ cồn cao làm mềm nhiều hệ mực và lớp phủ, đặc biệt khi tiếp xúc lặp lại.

Thuốc xua côn trùng chứa DEET gây hại bất thường cho cả nhựa lẫn lớp phủ.

Sản phẩm vệ sinh và khử trùng trong môi trường y tế liên quan đến tiếp xúc lặp lại với hợp chất amoni bậc bốn, cồn, peroxide và dung dịch tẩy, thường nhiều lần mỗi ngày trong nhiều năm.

Kem dưỡng da, mỹ phẩm và dầu thực phẩm thường xuyên truyền sang sản phẩm được cầm nắm.

Bổ sung các chất này vào bảng thử hầu như không tốn chi phí và đưa chương trình thử nghiệm tiến gần thực tế hơn đáng kể. Phương pháp thử cũng quan trọng: nhỏ chấm trong thời gian cố định thử một điều, còn lau lặp lại bằng khăn có tải thử sự kết hợp giữa tấn công hóa học và tác động cơ học diễn ra thực tế.

Thử trên bề mặt sẽ xuất xưởng

Khi bề mặt trang trí có lớp phủ ngoài bảo vệ, lớp phủ đó đảm nhận phần lớn khả năng chống mài mòn và hóa chất của sản phẩm. Thử lớp in khi không có nó là đo một bề mặt mà không khách hàng nào chạm tới, và cho kết quả bi quan đến mức vô dụng.

Ngược lại, thử nghiệm phải bao gồm các vị trí lớp phủ ngoài mỏng nhất — cạnh, góc, chi tiết nhô lên, ranh giới vùng trang trí — vì đó là nơi hỏng hóc bắt đầu. Vùng giữa phẳng của tấm thử luôn đánh giá quá cao hiệu năng.

Chỉ định điều kiện để kết quả có ý nghĩa

Các tiêu chuẩn thử mài mòn và hóa chất để ngỏ rất nhiều tùy chọn, và những lựa chọn khác nhau cho ra những con số khác nhau. Một quy cách chỉ trích dẫn phương pháp mà không cố định các tùy chọn sẽ gây ra tranh chấp giữa phòng thí nghiệm của nhà cung cấp và khách hàng, và tranh chấp đó hoàn toàn chính đáng ở cả hai phía.

Các điều kiện cần nêu gồm: loại vật liệu mài hoặc khăn và lịch thay thế hoặc phục hồi; tải trọng áp dụng; số chu kỳ hoặc thời lượng; chiều dài và tốc độ hành trình đối với phương pháp tuyến tính; điều hòa mẫu trước khi thử; hóa chất, nồng độ và phương thức tiếp xúc; và tiêu chí đánh giá — hỏng được xác định bằng thay đổi nhìn thấy, bằng đặc tính quang học đo được, hay bằng khả năng đọc.

Tình trạng vật liệu mài đáng được đặc biệt chú ý. Bánh xe và khăn xuống cấp theo sử dụng, và phòng thí nghiệm dùng vật liệu mài đã mòn nhiều sẽ luôn cho kết quả tốt hơn phòng thí nghiệm dùng vật liệu mới. Chỉ định chu kỳ thay thế là điều giúp kết quả so sánh được theo thời gian và giữa các địa điểm.

Xây dựng chương trình có khả năng phân biệt

Mục đích của thử độ bền trong giai đoạn phát triển là lựa chọn giữa các phương án, và điều đó đòi hỏi những phép thử phân tách được chúng. Một chương trình mà mọi phương án đều đạt thì chưa cung cấp thông tin cho quyết định.

Chạy đến khi hỏng thay vì dừng ở mốc cố định là thay đổi hiệu quả nhất: báo cáo số chu kỳ mà tại đó từng phương án trở nên không chấp nhận được sẽ xếp hạng chúng và định lượng biên an toàn, trong khi cả ba cùng đạt ở 500 chu kỳ không cho biết điều gì. Khi sản xuất cần tiêu chí chấp nhận cố định, có thể đặt sau đó, khi đã biết ngưỡng sụp đổ thực sự nằm ở đâu.

Kết hợp các tác động là cách thứ hai: lão hóa mẫu, sau đó mài mòn, rồi phơi nhiễm hóa chất tái tạo trình tự mà sản phẩm thực tế trải qua tốt hơn nhiều so với ba phép thử độc lập trên mẫu mới. Các lớp phủ vượt qua từng phép thử riêng lẻ nhưng hỏng ở chuỗi kết hợp là chuyện thường gặp, và phát hiện điều đó trong giai đoạn phát triển rẻ hơn đáng kể so với phát hiện sau đó.

Đánh giá kết quả nhất quán

Mắt xích yếu nhất trong hầu hết các chương trình thử độ bền không phải là phơi nhiễm mà là phán đoán sau đó. “Không chấp nhận được” chỉ là ý kiến nếu tiêu chí không được xác định, và những người đánh giá khác nhau vạch ranh giới ở những chỗ khác nhau trên các hình in mòn dần.

Đánh giá bằng thiết bị loại bỏ sự mơ hồ khi có thể áp dụng. Mật độ quang hoặc độ tương phản đo trước và sau phơi nhiễm định lượng trực tiếp mức mất đi. Đo độ bóng ghi nhận sự suy giảm bề mặt xảy ra trước khi mòn nhìn thấy được. Đo màu định lượng sự lệch màu dưới tác động của tia cực tím và hóa chất. Với mã đọc bằng máy, cấp xác minh trước và sau là thước đo tự nhiên và đã được tiêu chuẩn hóa.

Khi không thể tránh đánh giá bằng mắt, cần có cùng kỷ luật như bất kỳ phép đo thuộc tính nào: mẫu tham chiếu xác định ranh giới chấp nhận, điều kiện và khoảng cách quan sát được kiểm soát, nhiều hơn một người đánh giá, và kiểm tra định kỳ rằng những người đánh giá thống nhất với nhau và với chính họ. Thiếu những điều đó, một chương trình thử độ bền có thể tạo ra rất nhiều dữ liệu nhưng vẫn không phân biệt được một cách đáng tin cậy giữa lớp phủ sẽ bền và lớp phủ sẽ không bền.

Bài viết liên quan

• Đo độ bám dính và độ bền mài mòn
• Đo độ bám dính và độ bền mài mòn, phần 2
• Nứt do ứng suất môi trường
• Thiết kế quy trình thử lão hóa gia tốc
• Viết quy cách có thể thực thi

Cần hỗ trợ về vấn đề này?

The Sabreen Group cung cấp hỗ trợ kỹ thuật độc lập cho các chương trình thử độ bền đối với bề mặt nhựa được in, phủ và trang trí. Đội ngũ dịch vụ kỹ thuật của chúng tôi làm việc với các nhà sản xuất về phát triển quy trình, đánh giá vật liệu và xử lý sự cố sản xuất. Hãy liên hệ để trao đổi về ứng dụng của quý khách.

Câu hỏi thường gặp

Vì sao thử độ bám dính là chưa đủ đối với bề mặt trang trí?

Vì nó đo xem lớp phủ có bám vào hay không, chứ không đo xem nó có chịu được việc bị chạm, lau và chà xát trong nhiều năm hay không. Mài mòn loại bỏ vật liệu dần dần khỏi lớp màng bám tốt, còn tấn công hóa học làm nó mềm hoặc hòa tan. Cả hai đều gây mất hoàn toàn hình in trên những bề mặt vốn vượt qua phép thử băng keo từ đầu đến cuối.

Nên dùng phép thử mài mòn nào?

Phép thử giống với hư hỏng thực tế. Mài mòn quay bằng bánh xe có tải phù hợp với mòn tổng quát trên vùng phẳng; mài mòn tuyến tính phản ánh tốt hơn việc lau và chà theo một hướng; thử chà xát có kiểm soát với khăn, tải trọng và môi chất xác định phản ánh tốt nhất việc vệ sinh và cầm nắm. Chạy sai kiểu sẽ cho con số không tương quan với hiệu năng thực địa.

Nên đưa những hóa chất nào vào thử nghiệm?

Những chất mà sản phẩm thực sự gặp, thường vượt ra ngoài quy cách. Với sản phẩm tiêu dùng và y tế được cầm nắm, đó là kem chống nắng, thuốc xua côn trùng, nước sát khuẩn tay, kem dưỡng da, bình xịt vệ sinh và khăn khử trùng. Với nội thất ô tô, thêm sản phẩm vệ sinh và chất hóa dẻo di chuyển từ vật liệu liền kề.

Nên thử trên lớp phủ ngoài hay trên hình in?

Trên bề mặt hoàn chỉnh như khi xuất xưởng, bao gồm cả lớp phủ ngoài bảo vệ, vì lớp phủ ngoài đảm nhận phần lớn khả năng chống mài mòn và hóa chất. Thử lớp in không được bảo vệ là đo một thứ khách hàng sẽ không bao giờ chạm tới và sẽ đánh giá thấp đáng kể độ bền.

Làm sao để kết quả so sánh được giữa các phòng thí nghiệm?

Bằng cách chỉ định mọi điều kiện mà tiêu chuẩn để ngỏ: loại vật liệu mài và lịch thay thế, tải trọng áp dụng, số chu kỳ, chiều dài và tốc độ hành trình, điều hòa mẫu, và tiêu chí đánh giá. Chỉ riêng các lô vật liệu mài khác nhau cũng có thể làm kết quả thay đổi đo được, vì vậy so sánh giữa các phòng thí nghiệm mà không khớp đầy đủ điều kiện là không đáng tin cậy.

---