روش آزمون استاندارد ASTM D7027-20 برای ارزیابی مقاومت در برابر خراش پوشش‌های پلیمری و پلاستیک‌ها با استفاده از دستگاه خراش‌سنج مجهز

استاندارد «ASTM D7027-20 روش آزمون استاندارد برای ارزیابی مقاومت در برابر خراش پوشش‌های پلیمری و پلاستیک‌ها با استفاده از دستگاه خراش مجهز» که توسط انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM) منتشر شده است، یک روش آزمون آزمایشگاهی را توصیف می‌کند که از یک دستگاه خراش مجهز برای ایجاد و اندازه‌گیری آسیب سطحی در شرایط کنترل‌شده استفاده می‌کند. این روش آزمایش می‌تواند مقاومت پلیمرها در برابر خراش را با اندازه‌گیری چندین پارامتر مهم مواد مشخص کند. فرآیند شروع ترسیم و جمع‌آوری داده‌ها به صورت خودکار انجام می‌شود تا از تأثیرات ناشی از کاربر که می‌تواند بر نتایج تأثیر بگذارد، جلوگیری شود.

برای اهداف این استاندارد، علاوه بر اصطلاحات و تعاریف ارائه شده در ASTM D883 و ASTM E456، تعاریف زیر نیز اعمال می‌شود:

• نرم‌افزار ASV (تجسم خودکار خراش) یک برنامه کامپیوتری است که با مقایسه معیارهای شکست، شناسایی نقاط شکست در آزمایش‌های بارگذاری را خودکار می‌کند. نرم‌افزار ASV زمانی که تغییر مداومی در کنتراست بین شیار خراش و سطح ماده آسیب ندیده وجود داشته باشد، شکست را تعیین می‌کند. معیار پیوستگی به صورت ناحیه‌ای با طول برابر با ۲ قطر خودکار خراش تعریف می‌شود که ۹۰ درصد یا بیشتر از آن ناحیه از معیار کنتراست تجاوز کند. پایین‌ترین نقطه بارگذاری که در آن تجمع کنتراست پیوسته روی خراش وجود دارد، نقطه شکست در نظر گرفته می‌شود. این برنامه برای تحلیل بصری آزمون مفید است و همچنین می‌تواند برای کاربردهای دیگری مانند معیارهای قبولی/ردی برای مشاهده خراش استفاده شود.
• بار نرمال بحرانی به بار نرمالی اشاره دارد که در آن ماده برای اولین بار در شیار خراش دچار شکست می‌شود.
• بار عمودی به باری اطلاق می‌شود که به صورت عمودی رو به پایین و عمود بر سطح نمونه، به دستگاه حکاکی اعمال می‌شود.
• نقطه شکست، نقطه‌ای است که بارها را به مسیر خراش متصل می‌کند و در آن نقطه، آسیب سطحی در ابتدا غیرقابل قبول تلقی می‌شود.
• ضریب اصطکاک نسبت نیروی مماسی به بار عمودی را بیان می‌کند.
• عمق خراش به فاصله عمودی اندازه‌گیری شده از شیار شیار خراش تا سطح نمونه سالم یا بالای مسیر خراش اشاره دارد.
• مقاومت در برابر خراش، توانایی ماده در تحمل آسیب‌هایی است که با تغییر شکل‌های بزرگ همراه است و معمولاً با فرورفتگی برشی برآمدگی‌ها همراه است، که می‌تواند شامل فشرده‌سازی، شخم زدن و برش باشد. تعیین کمی مقاومت در برابر خراش را می‌توان با اندازه‌گیری بارهای عمودی بحرانی، عمق خراش، پهنای خراش و سایر ویژگی‌های هندسی یا بصری خراش انجام داد.
• پهنای خراش، فاصله افقی بین دو قله در دو طرف شیار خراش است.
• خراشیدن فرآیند تغییر شکل سطح (جابجایی یا حذف مکانیکی ماده یا هر دو) است که در اثر لغزش یک یا چند ناهمواری یا برآمدگی یا هر دو در امتداد سطح ایجاد می‌شود.
• نیروی مماسی نیرویی است که در سطح مشترک بین نوک خراش و نمونه در خلاف جهت حرکت نوک خراش عمل می‌کند.
• سفید شدن پدیده‌ای است که در اثر پراکندگی نور به دلیل تغییر شکل سطح در نتیجه فرآیند خراش رخ می‌دهد و باعث می‌شود مسیر خراش روشن‌تر یا سفیدتر از سطح زمینه سالم شود.

این روش آزمایش از یک دستگاه خراش خودکار برای انجام آزمایش‌های خراش کنترل‌شده روی نمونه‌های پلیمری استفاده می‌کند. دو حالت تست پایه (حالت‌های تست A و B) ارائه شده است.

• حالت آزمایش A: یک خراش با سرعت خراش ثابت 2 متر بر ثانیه به اضافه/منهای 50 متر بر ثانیه، در فاصله 0,1 متر به اضافه/منهای 0,0001 متر، تحت بار عمودی که از 0,1 تا 0,0005 نیوتن افزایش می‌یابد، بر روی سطح نمونه اعمال می‌شود. هدف این حالت آزمایش تعیین بار عمودی بحرانی برای شکست برای یک سیستم ماده است. اگر نقطه شکست در ربع دوم یا سوم طول آزمون رخ دهد، آزمون A معتبر در نظر گرفته می‌شود. برای موادی که در این محدوده دچار شکست نمی‌شوند، می‌توان محدوده بار را تغییر داد تا اطمینان حاصل شود که نقطه شکست در وسط مسیر خراش رخ می‌دهد.
• حالت آزمایش B: یک خراش با فاصله 0,1 متر به علاوه/منهای 0,0001 متر، با سرعت خراش ثابت 0,1 متر بر ثانیه به علاوه/منهای 0,0005 متر بر ثانیه، تحت بار عمودی ثابت 30 نیوتن به علاوه/منهای 0,1 نیوتن، بر روی سطح نمونه اعمال می‌شود. این حالت آزمایش برای ارزیابی پاسخ یکنواخت وابسته به بار ماده و تعیین ضریب اصطکاک خراش طراحی شده است. اگر 30 نیوتن برای ایجاد آسیب به نمونه کافی نباشد، مقدار بار ثابت می‌تواند افزایش یابد.

سطح خراشیده شده را می‌توان به صورت بصری بررسی کرد یا از ابزارهای ارزیابی برای بررسی آسیب سطحی استفاده کرد. برای حالت آزمایش A، بار بحرانی عمودی توسط نقطه معیار شکست تعیین شده برای آن آزمایش خاص تعیین می‌شود. اندازه‌گیری عرض یا عمق خراش، یا هر دو، نیز می‌تواند برای کمک به تعیین مقدار مقاومت در برابر خراش انجام شود. نرم‌افزار ASV می‌تواند برای اندازه‌گیری خودکار نقطه شکست برای مشاهده خراش استفاده شود.

ضریب اصطکاک خراش را می‌توان برای توصیف مواد با استفاده از داده‌های نیروی مماسی و بار عمودی ثبت شده در طول آزمایش‌ها محاسبه کرد.

آزمایش‌های خراش روی نمونه‌ها به دلایل زیر انجام می‌شوند:

• برای ارزیابی مقاومت در برابر خراش یک ماده خاص
• رتبه‌بندی مقاومت نسبی مواد مختلف در برابر خراش
• تعیین ضریب اصطکاک خراش مواد

از آنجایی که پلیمرها خواص مکانیکی وابسته به دما را نشان می‌دهند، استاندارد آزمون ارائه شده در اینجا به گونه‌ای طراحی شده است که وقتی کاربران آزمایش‌هایی را روی نمونه‌هایی از همان ماده و بافت سطحی تحت شرایط آزمایش مشابه و تحت رویه‌های آماده‌سازی یکسان انجام می‌دهند، نتایج قابل تکرار ارائه دهد.

برخی از پلیمرها به دلیل خواص ویسکوالاستیک و شل‌شدگی، در صورت قرار گرفتن در معرض خراش و سایر تغییر شکل‌های فیزیکی، خودترمیمی (قابل بازیابی) دارند. توجه به تفاوت بین آسیب خراش آنی (اگر به راحتی قابل اندازه‌گیری باشد) و دائمی و مقایسه نتایج بر این اساس برای اطمینان از تکرارپذیری، مهم است. با توجه به عمق خراش دائمی، توصیه می‌شود ۲۴ ساعت برای بازیابی ویسکوالاستیک در نظر گرفته شود.

سفید شدن سطح خراشیده شده یک مکانیسم آسیب قابل توجه است که باعث نگرانی زیادی در خودرو و سایر کاربردهایی می‌شود که زیبایی شناسی سطح در آنها مهم است. این نوع آسیب نامطلوب است زیرا با چشم انسان قابل مشاهده است. بار نرمال بحرانی که این پدیده در آن رخ می‌دهد، به عنوان معیاری برای رتبه‌بندی عملکرد مواد، به ویژه از دیدگاه زیبایی‌شناسی، عمل می‌کند.

سازمان ما که سال‌هاست با طیف گسترده‌ای از مطالعات آزمایش، اندازه‌گیری، تحلیل و ارزیابی که انجام می‌دهد، سعی در حمایت از کسب‌وکارها از هر بخشی دارد، دارای کارکنانی قوی است که از نزدیک تحولات جهان در زمینه علم و فناوری را دنبال می‌کنند و دائماً خود را بهبود می‌بخشند. در این زمینه، خدمات تست نیز مطابق با استاندارد «روش تست استاندارد ASTM D7027-20 برای ارزیابی مقاومت در برابر خراش پوشش‌های پلیمری و پلاستیک‌ها با استفاده از دستگاه خراش ابزار دقیق» به مشاغل ارائه می‌شود.