Método de prueba estándar ASTM D7027-20 para evaluar la resistencia al rayado de recubrimientos poliméricos y plásticos utilizando una máquina de rayado instrumentada

La norma “ASTM D7027-20 Método de prueba estándar para evaluar la resistencia al rayado de recubrimientos poliméricos y plásticos utilizando una máquina de rayado instrumentada” publicada por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) describe un método de prueba de laboratorio que utiliza una máquina de rayado instrumentada para producir y medir daños en la superficie en condiciones controladas. Este método de prueba puede caracterizar la resistencia al rayado de los polímeros midiendo varios parámetros importantes del material. El proceso de activación del sorteo y recopilación de datos está automatizado para evitar influencias inducidas por el usuario que podrían afectar los resultados.

Para los efectos de esta norma, además de los términos y definiciones dados en ASTM D883 y ASTM E456, se aplican las siguientes definiciones:

El software ASV (visualización automática de arañazos) es un programa informático que automatiza la identificación de puntos de falla en pruebas de carga mediante la comparación de criterios de falla. El software ASV determina una falla cuando hay un cambio continuo en el contraste entre la ranura de rayado y la superficie del material no dañado. El criterio de continuidad se define como una región igual a 2 diámetros del lápiz rayado en longitud, con un 90 por ciento o más de la región excediendo el criterio de contraste. El punto de carga más bajo en el que hay una acumulación continua de contraste en el rayón se considera el punto de falla. Este programa es útil para el análisis visual de la prueba y también se puede utilizar para otras aplicaciones, como criterios de aprobación o rechazo para la visibilidad de los rayones.
La carga normal crítica se refiere a la carga normal en la cual el material falla por primera vez en la ranura de rayado.
La carga normal se refiere a la carga aplicada al trazador en dirección vertical hacia abajo, perpendicular a la superficie de la muestra.
El punto de falla es el punto que conecta las cargas con la trayectoria de rayado en el que el daño a la superficie se considera inicialmente inaceptable.
El coeficiente de fricción expresa la relación entre la fuerza tangencial y la carga normal.
La profundidad del rayado se refiere a la distancia vertical medida desde la ranura del rayado hasta la superficie intacta de la muestra o la parte superior de la trayectoria del rayado.
La resistencia al rayado es la capacidad del material de soportar el daño que viene con la gran deformación típicamente asociada con la indentación por corte de las protuberancias, que puede incluir compresión, arado y cizallamiento. La cuantificación de la resistencia al rayado se puede lograr midiendo las cargas normales críticas, la profundidad del rayado, el ancho del rayado y otras características geométricas o visuales del rayado.
El ancho del rayado es la distancia horizontal entre dos picos a cada lado de la ranura del rayado.
El rayado es el proceso de deformación de la superficie (desplazamiento o eliminación mecánica de material, o ambos) causado por el deslizamiento de una o más asperezas o protuberancias, o ambas, a lo largo de la superficie.
La fuerza tangencial es la fuerza que actúa en la interfaz entre la punta de rayado y la muestra en dirección opuesta a la dirección de movimiento de la punta de rayado.
El blanqueamiento es un fenómeno que se produce como resultado de la dispersión de la luz debido a la deformación de la superficie como resultado del proceso de rayado, lo que hace que la trayectoria del rayado se vuelva más brillante o más blanca que la superficie de fondo intacta.

Este método de prueba utiliza una máquina de rayado automatizada para realizar pruebas de rayado controladas en muestras poliméricas. Se presentan dos modos de prueba básicos (modos de prueba A y B).

Modo de prueba A: Se aplica un rayado a la superficie de la muestra a una velocidad de rayado constante de 2 m/s más/menos 50 m/s, a una distancia de 0,1 m más/menos 0,0001 m, bajo una carga normal que aumenta de 0,1 a 0,0005 N. Este modo de prueba tiene como objetivo determinar la carga normal crítica para el fallo de un sistema de material. La prueba A se considera válida si el punto de falla ocurre en el segundo o tercer cuadrante de la longitud de prueba. Para los materiales que no fallan en este rango, se puede variar el rango de carga para garantizar que el punto de falla ocurra en el medio de la trayectoria de rayado.
Modo de prueba B: Se aplica un rayado a la superficie de la muestra a una distancia de 0,1 m más/menos 0,0001 m, a una velocidad de rayado constante de 0,1 m/s más/menos 0,0005 m/s, bajo una carga normal constante de 30 N más/menos 0,1 N. Este modo de prueba está diseñado para evaluar la respuesta uniforme dependiente de la carga del material y para determinar el coeficiente de fricción por rayado. Si 30 N no son suficientes para causar daños a la muestra, se puede aumentar el valor de carga constante.

La superficie rayada se puede inspeccionar visualmente o se pueden utilizar herramientas de evaluación para examinar el daño de la superficie. Para el modo de prueba A, la carga normal crítica está determinada por el punto de criterio de falla determinado para esa prueba en particular. También se puede medir el ancho o la profundidad del rayado, o ambos, para ayudar a cuantificar la resistencia al rayado. El software ASV se puede utilizar para automatizar la medición del punto de falla para la visibilidad del rayado.

El coeficiente de fricción por rayado se puede calcular para la caracterización del material utilizando datos de fuerza tangencial y carga normal registrados durante las pruebas.

Las pruebas de rayado se realizan en muestras para los siguientes fines:

Para evaluar la resistencia al rayado de un material en particular
Clasificación de la resistencia relativa al rayado de diferentes materiales
Determinación del coeficiente de fricción por rayado de los materiales

Dado que los polímeros exhiben propiedades mecánicas que dependen en gran medida de la temperatura, el estándar de prueba proporcionado aquí está diseñado para proporcionar resultados reproducibles cuando los usuarios realizan pruebas en muestras del mismo material y textura de superficie bajo condiciones de prueba similares y sujetas a los mismos procedimientos de acondicionamiento.

Algunos polímeros son autocurativos (recuperables) cuando se someten a arañazos y otras deformaciones físicas debido a sus propiedades viscoelásticas y de relajación. Es importante tener en cuenta la diferencia entre el daño por rayado instantáneo (si se puede medir fácilmente) y el daño permanente y comparar los resultados en consecuencia para garantizar la repetibilidad. Teniendo en cuenta la profundidad del rasguño permanente, se recomienda dejar pasar 24 horas para la recuperación viscoelástica.

El blanqueamiento de la superficie rayada es un mecanismo de daño importante que causa mucha preocupación en las aplicaciones automotrices y otras aplicaciones donde la estética de la superficie es importante. Este tipo de daño es indeseable porque es visible al ojo humano. La carga normal crítica en la que se produce este fenómeno sirve como criterio para clasificar el rendimiento del material, especialmente desde una perspectiva estética.

Nuestra organización, que lleva años intentando apoyar a empresas de todos los sectores con una amplia gama de estudios de pruebas, mediciones, análisis y evaluación que ha llevado a cabo, cuenta con un personal sólido que sigue de cerca los desarrollos en el mundo en el campo de la ciencia y la tecnología y se mejora constantemente. En este contexto, también se prestan servicios de ensayo a las empresas de acuerdo con la norma “ASTM D7027-20 Método de ensayo estándar para evaluar la resistencia al rayado de recubrimientos poliméricos y plásticos utilizando una máquina de rayado instrumentada”.