ASTM D7027-20 Standardowa metoda testowa do oceny odporności na zarysowania powłok polimerowych i tworzyw sztucznych przy użyciu oprzyrządowanej maszyny do zarysowań

Norma „ASTM D7027-20 Standardowa metoda badania odporności na zarysowania powłok polimerowych i tworzyw sztucznych przy użyciu przyrządowej maszyny do badania zarysowań” opublikowana przez Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów (ASTM) opisuje laboratoryjną metodę badania, w której do wytwarzania i pomiaru uszkodzeń powierzchni w kontrolowanych warunkach wykorzystuje się przyrządową maszynę do badania zarysowań. Metoda ta pozwala określić odporność polimerów na zarysowania poprzez pomiar kilku ważnych parametrów materiału. Proces uruchamiania rysowania i zbierania danych jest zautomatyzowany w celu uniknięcia wpływu użytkownika, który mógłby wpłynąć na wyniki.

Na potrzeby niniejszej normy, oprócz terminów i definicji podanych w normach ASTM D883 i ASTM E456, stosuje się następujące definicje:

• Oprogramowanie ASV (automatic scratch visualization) to program komputerowy, który automatyzuje identyfikację punktów awarii w testach obciążeniowych poprzez porównanie kryteriów awarii. Oprogramowanie ASV wykrywa awarię, gdy następuje ciągła zmiana kontrastu między rowkiem zarysowania a nieuszkodzoną powierzchnią materiału. Kryterium ciągłości definiuje się jako obszar równy dwóm średnicom pisaka o długości, przy czym 2 procent lub więcej obszaru przekracza kryterium kontrastu. Najniższy punkt obciążenia, przy którym następuje ciągła akumulacja kontrastu na zarysowaniu, jest uważany za punkt awarii. Program ten jest przydatny do wizualnej analizy testu i może być również używany do innych zastosowań, np. do oceny widoczności zarysowań.
• Krytyczne obciążenie normalne odnosi się do obciążenia normalnego, przy którym materiał po raz pierwszy ulega zniszczeniu w rowku zarysowania.
• Obciążenie normalne odnosi się do obciążenia przyłożonego do rysika w kierunku pionowym w dół, prostopadle do powierzchni próbki.
• Punktem awarii jest punkt łączący obciążenia ze ścieżką zarysowania, w którym uszkodzenie powierzchni jest początkowo uznawane za niedopuszczalne.
• Współczynnik tarcia wyraża stosunek siły stycznej do obciążenia normalnego.
• Głębokość zarysowania odnosi się do odległości pionowej mierzonej od rowka zarysowania do nieuszkodzonej powierzchni próbki lub wierzchołków ścieżki zarysowania.
• Odporność na zarysowania to zdolność materiału do wytrzymywania uszkodzeń będących skutkiem dużych odkształceń, zwykle związanych z wgniataniem wypukłości, co może obejmować ściskanie, łamanie i ścinanie. Ocenę odporności na zarysowania można przeprowadzić poprzez pomiar krytycznych obciążeń normalnych, głębokości zarysowania, szerokości zarysowania i innych geometrycznych lub wizualnych cech zarysowania.
• Szerokość rysy to pozioma odległość między dwoma szczytami po obu stronach rowka rysy.
• Zarysowanie to proces deformacji powierzchni (przemieszczenia lub mechanicznego usunięcia materiału, lub obu tych zjawisk) spowodowany przesuwaniem się jednej lub większej liczby chropowatości lub wypukłości, lub obu tych zjawisk, po powierzchni.
• Siła styczna to siła działająca na styku końcówki rysy i próbki w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu końcówki rysy.
• Wybielanie to zjawisko powstające w wyniku rozpraszania światła na skutek deformacji powierzchni wskutek zarysowania. Powoduje ono, że ślad zarysowania staje się jaśniejszy lub bielszy niż nienaruszona powierzchnia tła.

W tej metodzie badawczej wykorzystuje się zautomatyzowaną maszynę do przeprowadzania kontrolowanych testów zarysowań na próbkach polimerowych. Przedstawiono dwa podstawowe tryby testowe (tryby testowe A i B).

• Tryb badania A: Na powierzchnię próbki nakłada się zarysowanie ze stałą prędkością zarysowania wynoszącą 2 m/s plus/minus 50 m/s, w odległości 0,1 m plus/minus 0,0001 m, przy obciążeniu normalnym zwiększającym się od 0,1 do 0,0005 N. Ten tryb badania ma na celu określenie krytycznego obciążenia normalnego powodującego zniszczenie układu materiałowego. Test A uważa się za ważny, jeśli punkt awarii występuje w drugiej lub trzeciej ćwiartce długości testu. W przypadku materiałów, które nie ulegają uszkodzeniu w tym zakresie, zakres obciążeń można zmieniać, aby mieć pewność, że punkt uszkodzenia wystąpi w środku ścieżki zarysowania.
• Tryb testowy B: Na powierzchnię próbki nakłada się zarysowanie w odległości 0,1 m plus/minus 0,0001 m, przy stałej prędkości zarysowania 0,1 m/s plus/minus 0,0005 m/s, przy stałym obciążeniu normalnym 30 N plus/minus 0,1 N. Ten tryb testowy jest przeznaczony do oceny zależnej od obciążenia równomiernej odpowiedzi materiału i określenia współczynnika tarcia zarysowania. Jeżeli siła 30 N nie jest wystarczająca, aby spowodować uszkodzenie próbki, można zwiększyć stałą wartość obciążenia.

Zarysowaną powierzchnię można poddać kontroli wizualnej lub można zastosować odpowiednie narzędzia w celu zbadania uszkodzeń powierzchni. W przypadku trybu testowego A krytyczne obciążenie normalne jest określane na podstawie punktu kryterium awarii określonego dla danego testu. Pomiar szerokości lub głębokości rysy, lub obu tych parametrów, może być również pomocny w ilościowym określeniu odporności na zarysowania. Oprogramowanie ASV można wykorzystać do zautomatyzowania pomiaru punktu awarii w celu sprawdzenia widoczności zarysowań.

Współczynnik tarcia zarysowującego można obliczyć w celu scharakteryzowania materiału, wykorzystując siłę styczną i dane dotyczące obciążenia normalnego zarejestrowane w trakcie testów.

Testy zarysowania wykonuje się na próbkach w następujących celach:

• Aby ocenić odporność danego materiału na zarysowania
• Ocena względnej odporności różnych materiałów na zarysowania
• Określanie współczynnika tarcia zarysowującego materiałów

Ponieważ polimery wykazują właściwości mechaniczne, które w dużym stopniu zależą od temperatury, niniejszy standard testowy opracowano tak, aby zapewnić powtarzalne wyniki, gdy użytkownicy przeprowadzą testy na próbkach tego samego materiału i tej samej tekstury powierzchni w podobnych warunkach testowych i poddają je tym samym procedurom kondycjonowania.

Niektóre polimery są samonaprawialne (odzyskiwalne) pod wpływem zarysowań lub innych odkształceń fizycznych ze względu na ich właściwości lepkosprężyste i relaksacyjne. Ważne jest, aby zwrócić uwagę na różnicę między natychmiastowymi (jeśli można je łatwo zmierzyć) a trwałymi uszkodzeniami spowodowanymi zarysowaniem i porównać wyniki, aby zapewnić powtarzalność. Biorąc pod uwagę głębokość trwałej rysy, zaleca się odczekać 24 godziny, aby umożliwić odzyskanie właściwości lepkosprężystych.

Wybielanie powierzchni zarysowanych to poważny mechanizm powodujący uszkodzenia, który budzi duże obawy w motoryzacji i innych zastosowaniach, w których ważna jest estetyka powierzchni. Tego typu uszkodzenia są niepożądane, ponieważ są widoczne gołym okiem. Krytyczne obciążenie normalne, przy którym występuje to zjawisko, stanowi kryterium klasyfikacji właściwości materiału, zwłaszcza z punktu widzenia estetyki.

Nasza organizacja, która od lat stara się wspierać przedsiębiorstwa z każdej branży, realizując szeroką gamę badań testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silną kadrą, która uważnie śledzi rozwój nauki i techniki na świecie oraz nieustannie się doskonali. W tym kontekście usługi testowe są również świadczone przedsiębiorstwom zgodnie z normą „ASTM D7027-20 Standardowa metoda testowa do oceny odporności na zarysowania powłok polimerowych i tworzyw sztucznych przy użyciu przyrządowej maszyny do zarysowań”.