ارزیابی مقاومت سایشی پوشرنگ ها ی آلی

ارزیابی مقاومت سایشی پوشرنگ ها ی آلی

(Evaluation of Abrasion Resistance of Organic Coatings)

1- مقاومت سایشی پوشش های آلی با استفاده از سقوط مواد ساینده

2-مقاومت سایش پوششهای آلی به وسیله دستگاه سایشTABER

 

Abrasion Resistance of Organic Coatings by Falling Abrasive

روش آزمون برای ارزیابی مقاومت سایشی پوشش های آلی با استفاده از سقوط مواد ساینده

این روش آزمون برای تعیین مقاومت پوشش‌های آلی در برابر سایش بوسیله سقوط مواد ساینده بر روی سطوح سخت مانند صفحات شیشه‌ای یا سطوح فلزی بكار مي‌رود.دو روش آزمون بر اساس استفاده از ساینده‌های متفاوت اجرا می‌شود:

A: آزمون تعيين مقاومت سایشی با استفاده از سقوطذرات سیلیکا

B: آزمون تعيين مقاومت سایشی با استفاده از سقوط سیلیکون کاربید

 خلاصه روش آزمون

در این روش ساینده از یک ارتفاع معین و از داخل یک مجرا روی سطح نمونه آزمون تا زمانی که زیرايند قابل رويت باشد، سقوط می‌کند. مقدار ساینده استفاده شده در ازای واحد ضخامت فیلم، بعنوان مقاومت سایشی پوشش گزارش می‌شود. ذرات سیلیکا یا سیلیکون کاربید ممکن است بعنوان ساینده استفاده شوند.ذرات سیلیکا نسبت به سیلیکون کاربید با سرعت کمتری باعث سایش پوشش‌های آلی می‌شود. اما برای بعضی از پوشش‌ها این میزان اختلاف بسیار بيشتر است.مقدار مقاومت سایشی توسط دو روش ارائه می‌شود، اما هر دو روش درجه بندی تقریباً مشابهی را ارائه می‌کنند.

هر کدام از اين روش‌ها برای اندازه‌گیری مقاومت سایشی گروه خاصی از پوشش‌ها مناسب هستند. برای مثال روش A (سقوط ذرات سیلیکا) برای اریابی پوشش کف مناسب می باشد و روش  B(سقوط ذرات سیلیکون کاربید) برای سنجش پوشش‌ها عرشه کشتی مناسب تر است.

روش آزمون A (آزمون مقاومت سایشی با استفاده از سقوط ذرات سیلیکا)

تجهیزات و مواد

دستگاه سایش: همان طور که در شکل 1 و شکل 2 نشان داده شده است براي شروع جریان مواد ساينده، یک دریچه نزديك بالای لوله راهنما تعبیه شده است. اين دريچه شامل یک صفحه فلزی است که یک مجرای لوله راهنما با حلقه فلزی توسط یک شکاف به صفحه نصب شده اند. لوله راهنما و به صورت عمود بر صفحه نصب شده است و شامل یک صفحه با زاویه 45˚برای نگهداشتن نمونه آزمون روی آن می باشد. بنابراین دهانه لوله راهنما مستقیماً در بالای صفحه‌ای که روی آن نمونه آزمون قرار گرفته شده است، قرار داشته و فاصله آن تا نزدیک ترین نقطه به نمونه آزمون 25 ميليمتر است. بهتر است تجهیزات در یک ردیف قرار گرفته و به خوبی نصب شوند.

ساینده استاندارد: ذرات سیلیکای طبیعی به شرطی استاندارد در نظر گرفته می‌شود که بعد از 5 دقیقه الك كردن مداوم، داراي دانه‌بندي‌زير باشد:

• صفر درصد باقي‌مانده ذرات سیلیکا روي الك شماره 16 (18/1 ميلي‌متر)
• حداكثر 15% باقي‌مانده روي الك شماره 20 (850 ميكرومتر)
• حداكثر 80% باقي‌مانده روي الك شماره 30 (600 ميكرومتر)
• حداكثر 5% عبور از الك شماره 30 (600 ميكرومتر)

ذرات سیلیکا با ميزان كروي بودن سنجيده مي‌شوند.

 

شكل 1: دستگاه تعيين مقاومت سايشي بر اثر سقوط سنگ‌دانه	شكل 2: جزييات طراحي دستگاه سايش

نمونه‌هاي آزمون

حداقل دو نمونه از پوشش مورد ارزيابي، بر روي سطوح سخت مانند فلز و يا شيشه با ضخامت يكنواخت اجرا شود. براي هر نوع مواد حداقل دو صفحه پوشش‌داده شود.در شرايط دمايي و رطوبتي مورد توافق بین خریدار و فروشنده، فرایند پخت و يا خشک شدن پوشش انجام گردد.

استانداردسازی

مقداری ذرات سیلیکا استاندارد را در قیف بریزید و جریان ذرات سیلیکا که از تیوپ بیرون می‌ریزد را بررسی کنید. دقت کنید تجهیزات در یک راستا و بصورت قائم قرار داشته باشند. حجم ذرات را اندازه گیری کنید: (2000±10ml مقدار قابل قبولی است) و زمان جریان ذرات را تعیین کنید. مقدار حجم ذرات خروجی باید 2 لیتر ذرات سیلیکا در طي 21 تا 5/23 ثانیه باشد.

از شرایط دستگاه و نمونه آزمون‌ها اطمينان حاصل نماييد. در این روش آزمون باید در نهایت 4 میلی‌متر از سطح ساییده شود. مجرای سایش به صورت بیضی شکل و به ابعاد 25 میلی‌متر عرض و 30 میلی‌متر طول می‌باشد. مرکز مجرای سایش کاملا باید در مرکز دستگاه قرار داده شود و در مختصات طولی 14 تا 17 میلی متر با لبه بالایی فاصله داشته باشد.

به منظور تنظیمات نهایی مقداری از ذرات سیلیکا را از سوراخ با قطر 4 میلی متر عبور دهید به طوری که نمونه آزمون به صورت کاملا مستقیم در زیر مجرای لوله حرکت ذرات شن قرار داده شده باشد. یک ظرف در زیر مجرای لوله خروجی قرار دهید و مقدار وزن ذرات خروجی را اندازه‌گیری نمایید. دستگاه با استفاده از مقدار دانه ها (شن های) خروجی از لوله، به صورتی کالیبره می‌گردد كه 90 تا 93% ذرات عبور داده شده از مجرای به سطح نمونه آزمون اصابت کرده باشد.

آماده‌سازي براي انجام آزمون

نمونه آزمون ها باید حداقل 24 ساعت در دمای 2±23 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبي 5±50 % قرار داده و آزمون را نیز در همین شرایط اجرا کنید.

روش انجام آزمون

سه منطقه دایره‌ای شکل را روی نمونه آزمون نشانه‌گذاری گنید که قطر هر منطقه تقریبا 25 میلی متر باشد. ضخامت فیلم خشک تشکیل شده بر روی نمونه آزمون ها را در 3 منطقه اندازه‌گیری کرده و میانگین نتايج را به عنوان ضخامت در نظر بگیرید.بعد از آماده سازی شرایط نمونه آزمون را طوری تنظیم کنید که یکی از محل های مشخص شده در انتهای لوله روی مرکز آن قرار گیرد.

ذرات سیلیکا استاندارد را بریزید و اجازه دهید که آنها در لوله جریان داشته باشند و روی سطح پنل را سایش دهند. ذرات سیلیکا را در ظرفی که در پایین وسیله تعبیه شده است جمع کنید و آزمایش را تا زمانی که 4 میلی متر از قطر محل ساییده شود تکرار کنید.

محاسبات

مقاومت در برابر سایش را برای هر نمونه آزمون پوشش داده شده مطابق روش ذیل حساب کنید:

A_volume = V/T

V =حجم ساینده استفاده شده (تا   1/0 اعشار)   (L)

T = ضخامت نمونه آزمون (تا   1/0 اعشار) (mil)

مقاومت در برابر سایش را برحسب میانگینی از سایش برای ناحیه های مختلف و میانگین مقدار نمونه آزمون های تکرار شده محاسبه کنید.

روش آزمون B(آزمون مقاومت سایشی با استفاده از سقوط ذرات سیلیکون کاربید)

تجهیزات و مواد

آزمون‌گر ساینده (دستگاه سایش): مانند توضیحات داده شده در قسمت 6-1می باشد به جز دو مورد که در ذیل توضیح دادهمی شود:

یک واشر فلزی با دهانه mL5/8 در بالای دریچه قیف قرار گرفته تا جریان سایش را محدود کند.یک در دایره ای شکل روی شکاف بالای لوله نصب شده است که ممکن است با درب پایین قیف جابجا شود. این در شامل یک دیسک فلزی نصب شده روی پیچ بلند عمودی و نصب شده روی واشر است.

ساینده استاندارد – ذرات سیلیکون کاربید در صورتی بعنوان استاندارد در نظر گرفته می شوند که اندازه ذرات مطابق الک مناسبی که در ادامه توصیف شده است باشند:

 

• بر روی الک شماره 10 (2 میلی متر) هیچ ذره ای باقی نماند.
• حداکثر 20% ذرات نمونه روی الک شماره 14(14/1 میلی متر) باقی بمانند.
• حداقل 45% ذرات روی الک شماره 16(18/1 میلیمتر) باقی بمانند.
• حداقل 70% ذرات روی الک شماره 16(18/1 میلی متر) باقی بمانند.

آماده‌سازي شرایط براي انجام آزمون

نمونه آزمون را باید حداقل 24 ساعت در دمای 2±23 درجه سانتی گراد و رطوبت % 5±50 قرار دهيد و آزمون را نیز در همین شرایط اجرا کنید.

روش انجام آزمون

ضخامت پوشش‌ها را با توجه به روش های توضیح داده شده تعیین کنید.

سطح نمونه آزمون را مورد سایش قرار دهید و با توجه به روش های ذکر شده مقدار حجم و وزن خروجی ذرات ساینده را تا رسیدن به مقدار سایش مورد نظر، اندازه گیری نمایید.مراحل را حداقل بر روی یک نمونه آزمون دیگر تکرار کنید.

محاسبات

برای مقاومت سایشی هر ناحیه از نمونه آزمون, مقدار کیلوگرم ماده ساینده را به ضخامت پنلmil))  طبق روش ذیل محاسبه نمایید:

A_weight = W/T 

گیلوگرم مواد ساینده استفاده شده (تا   1/0 اعشار)   W= (L)

ضخامت نمونه آزمون (تا   1/0 اعشار) T = (mil)

محاسبات مقاومت سایشی را بر حسب میانگینی از سایش برای ناحیه های مختلف و میانگین  نمونه آزمون های تکرار شده انجام دهید.

 

Abrasion Resistance of Organic Coatings by the TaberAbraser

روش آزمون برای تعيين مقاومت سایش پوشش‌های آلی به وسیله دستگاه سایشTABER

این روش آزمون مقاومت پوشش‌های آلی اجرا شده بر روی یک سطح سخت مانند یک صفحه فلزیرا در برابر فرایند سایش به وسیله دستگاه Taber اندازه گیری می کند.پوشش‌های ایجاد شده بر روی سطح زیرآیندممكن است در طول زمان دچار آسیب شود. این روش آزمون در ارزیابی مقاومت سایشی پوشش‌ها بکار می رود، مقدار بدست آمده به روش سایش از طریق سقوط آزاد مواد ساینده، استاندارد ASTM-D-968 به خوبی با نتايج حاصل از این روش آزمون مرتبط می باشد.

اصطلاحات علمی و تخصصی

توضیحات مراحل ویژه در این استاندارد:

• مقاومت سایشی می تواند توسط یک یا بیشتر از یکی از مراحل زیر توصيف شود:
• شاخص فرسایش:کاهش وزن براساس میلی گرم بر دور به ازای 1000دور سایش
• کاهش وزن : کاهش وزنبر اساس واحد میلی گرم که به وسیله تعداد دور سایش تعیین می‌شود.
• چرخه سایش در هر میل: تعداد دور سایش که منجر به کاهش µm 25 از ضخامت فیلم می‌شود.

خلاصه روش آزمون

پوشش‌های آلی با ضخامت یکنواخت روی یک صفحه یا پانل های سخت اجرا شده و پس از خشک شدن کامل، سطح به وسیله  چرخش پنل که در زیر وزنه غلتک های ساینده و تحت شرایط کنترل شده فشاري، ساییده می‌شود. نمونه آماده شده بر روی سطح یک پنل، بر روی یک محور عمودی حرکت قرار می‌گیرد و دو غلتک ساینده بر روی سطح آن قرار داده می‌شود. نتایج آزمون سایش برای هر نمونه الگو، نیاز به مساحتی نزدیک به 30 سانتی متر مربع دارد.

مقاومت در برابرسایش بر اساس کاهش  وزن در ازای تعداد دورسایش محاسبه می‌شود به طوری که کاهش وزن در هر دوره باعث از بین رفتن مقداری از ضخامت پوششی می شود.

دستگاه و تجهیزات

دستگاه سایشی Taber- در شکل زیر قسمت های مختلف دستگاه نشان داده شده است.:

• دیسک گردون افقی که شامل صفحه لاستیکی و گیره نگهدارنده صفحه می باشد.
• موتور چرخشی با یک صفحه تخت با سرعت 72±2 rpm برای 110v/60Hz یا 60±2 rpm برای 230v/50Hz.
• یک جفت میله و وزنه کمکی که فشاری به اندازه 250، 500 و یا 1000 گرمی روی هر غلتک وارد می‌کند. می‌توان وزن وارده بر روی غلتک‌ها را تا 125 یا 175 گرم کاهش داد و یا می توان بدون وزنه کمکی آزمون را انجام داده شود.
• نازل مکش خلا- مواد و ذرات سایش شده از روی سطح نمونه را در طول مدت انجام آزمون جمع آوری می‌کند.ارتفاع نازل مکش باید به فاصله 8 میلیمتر از روی سطح نمونه تنظیم گردد.
• شمارنده و ثبت تعداد دورهای انجام شده توسط صفحه گردون.
• چرخ های ساینده – غلتک‌های ارتجاعی کالیبره شده به شماره هایCS-10 وCS-17 به منظور انجام آزمون مورد نیاز می باشد. در این نوع از ساینده ‌ها،به دلیل سخت شدن تدریجی غلتک های سایش، نباید بعد از پایان تاریخ انقضا یا یکسال بعد از خریداری آن ها(در صورتی که غلتک‌ها تاریخ تولید و انقضا نداشته باشند) استفاده شوند.
• هر کدام ازغلتک‌های سایشی باید قبل از استفاده دارای ضخامت3/0±7/12میلیمتر و قطر خارجی 5/0±9/51 میلیمترباشند. قطر خارجی غلتک‌ها نباید کمتر از 4/44 میلیمتر باشد.
• غلتک های سایش CS-17 با ساینده های خشن تر(زبرتر) نسبت به چرخ های CS-10 ساخته می شوند.
• از دیسک سایش متوسط S-11 به منظور تعمیر( بازسازی) سطح غلتک های سایش استفاده می شود.

ساختار و قسمت‌های مختلف دستگاه Taber

 نمونه مورد آزمون

یک پوشش یکنواخت از مواد مورد نظر برای آزمون را بر روی یک صفحه یا پنل سخت اجرا کنید.نمونه می بایست یک صفحه دایره ای و یا یک صفحه مربع با گوشه‌های گرد شده باشد. سوراخ مرکزی روی هر پانل باید دارای قطر 5/6 میلیمتر باشد و در مرکز هر پانل ایجاد شده باشد. هر نمونه آماده شده برای آزمون باید دارای قطر با اندازه 100 میلیمتر و یا اگر مربع باشد اندازه 100 در 100 میلیمتر داشته باشد.. ضخامت هر نمونه باید بیشتر از 3/6 میلیمتر نباشد، بجز  زمانی که از سنگ S-21 ، استفاده می گردد.حداقل دو پانل پوشیده برای هر نمونه ماده آماده کنید.

انجام آزمون

نمونه مورد نظر را با دقت 1/0 میلیگرم توزین کرده و ثبت کنید. اگر هرگونه شاخص فرسایش یا کاهش وزنی وجود دارد باید گزارش داده شود.ضخامت پوششی نمونه مورد آزمون را در چندین نقطه در امتداد خط مسیری که غلتک ساینده حرکت می کند را اندازه گیری کنید.نمونه آزمون را روی صفحه گردان نصب کنید و غلتک های ساینده را روی فیلم آزمون قرار داده و و نازل مکنده خلاء را در جایگاه مناسب قرار دهید.

مکنده ها و سپس ساینده ی گردان را روشن کنید. آزمون سایشی را برای تعداد دور مشخص یا وقتی کل پوشش ساییده شود انجام دهید. در اندازه گیری سایش کل پوشش، برای بررسی نمونه آزمون، در فواصلی دستگاه راه متوقف نمایید.

باقیمانده های سایشی جدا شده روی نمونه را با فرچه نرم پاک کنید و وزن نمونه را اندازه گیری کنید.

موارد فوق را برای حداقل یک نمونه دیگر بعنوان آزمون های اضافی تکرار کنید.

 محاسبات

شاخص سایش – شاخص سایش نمونه ذکر شده را محاسبه کنید:

I= [(A-B) 1000]/C

توضیحات:

A: وزن نمونه قبل از سایش به میلی گرم

B: وزن نمونه بعد از سایش به میلی گرم

C: تعداد دورهای سایش

در محاسبه شاخص سایش ممکن است صرف نظر کردن از 200 دور آخر معقول باشد. زیرا نتایج ممکن است به وسیله سطح در معرض سایش مورد تاثیر قرار گیرد.

کاهش وزن نمونه – کاهش وزن نمونه (L)  را از روی نمونه آزمون به شرح زیر محاسبه کنید:

L=A-B

A: وزن نمونه قبل از سایش به میلی گرم

B: وزن نمونه بعد از سایش به میلی گرم

دور سایش به ازای هر MIL

تعداد دور سایش را بر اساس mil از طریق فرمول زیر محاسبه کنید:

W=D/T

D: تعداد دور سایش که برای ساییدن پوشش از سطح لازم است.

T: ضخامت پوشش بر اساس mils

در محاسبه دوره پوشش می توان اولین و آخرین عدد را صرف نظر کرد زیرا اولین عدد ممکن است بوسیله سطح ناصاف و آخرین عدد به وسیله سایش قسمتی از ماده تاثیر بگذارند.

الف: قرار دادن نمونه در دستگاه و بارگذاری وزنه یک کیلوگرمی روی آن

 

ب: وضعیت نمونه در زمان انجام آزمون

 

ج: تصویر نمونه‌ها پس از انجام آزمون تعیین مقاومت سایشی با دستگاه TABER

 

د: نحوه قرار گرفتن چرخ‌هاي ساينده روی نمونه مورد آزمون

شکل( الف الی د): مراحل انجام آزمون تعیین مقاومت سایشی

 

مراجع:

• ASTM D968-Standard Test Methods for Abrasion Resistance of Organic Coatings by Falling Abrasive
• ASTM D 4060-Standard Test Method for Abrasion Resistance of Organic Coatings by the TaberAbraser

 

تنظیم و اقتباس گزارش: ستاره عسگری