Наиболее распространенные проблемы с методиками и результатами испытаний Taber

Какие проблемы чаще всего встречаются в методиках и результатах испытаний Taber?

Иногда клиенты говорят нам, что их абразивные круги Taber «слишком агрессивны». Поскольку результаты испытаний различались от теста к тесту, клиенты приходили к выводу, что источником вариации должны быть именно абразивные круги.

Часто клиент проводит такие испытания уже давно и уверен в своем подходе, поэтому поиск источника вариации может быть сложным: заказчик настаивает, что испытание было выполнено правильно.

В одном недавнем случае невинный комментарий помог обнаружить истинную причину проблемы. Техник, проводивший испытание, недавно прошел обучение у руководителя лаборатории, который имел более 15 лет опыта выполнения Taber-теста.

Из-за простоты испытания на Taber Abraser обучение состояло в том, что техник получил общий обзор управления прибором, а затем наблюдал, как руководитель лаборатории выполняет испытание.

Наставник выполнял Taber-тест много лет, поэтому обучение было простым и не включало ни изучения метода испытания, ни документированной процедуры. В результате некоторые ключевые детали были упущены. Поскольку лаборант никогда не видел, чтобы руководитель обращался к документу с методикой, он не знал, какой информации ему не хватает.

Лабораторные испытания могут дать значительное понимание факторов, влияющих на эксплуатационные свойства материала. Но для получения повторяемых и воспроизводимых результатов методика, которой вы следуете, должна устанавливать необходимые требования и параметры; иначе возникает риск непреднамеренной вариации.

К сожалению, лаборанты часто не знают, как поступать с требованиями, которые их лаборатория не может выполнить. В результате они считают такие требования необязательными и игнорируют их. Обычно это происходит из-за недостаточного понимания или из-за того, что не осознается, как принятое решение может внести вариацию в результаты испытаний.

Какие факторы следует учитывать при подготовке образцов для испытаний Taber?

Вопросы подготовки образцов сильно зависят от оцениваемого материала, но большинства проблем можно избежать, просто следуя стандартной отраслевой практике. Однако если пользователь не прочитал методику испытаний, некоторые простые требования могут быть пропущены.

Область применения Taber Abrasion Test разнообразна: твердые материалы, металлы, пластики, покрытия поверхностей (например, краска, лак, гальванические покрытия), текстиль (от тонких шелковых тканей до тяжелой обивки), кожа, резина, линолеум и другие материалы.

Такой диапазон применений затрудняет предложение одного решения для всех материалов, но большинство методик испытаний содержат достаточные указания по правильной подготовке образца.

Например, при проведении испытаний Taber на органических покрытиях по ASTM D4060 критически важно обеспечить нанесение равномерного покрытия на жесткую панель, у которой обе поверхности в основном плоские и параллельные, а также обеспечить отверждение панели при согласованных условиях влажности и температуры.

Если покрытие имеет неравномерную толщину, подложка может быть протерта и открыта раньше в зоне, где слой нанесен тоньше. В результате отказ наступит за меньшее число циклов, чем при покрытии с постоянной толщиной.

Нанесение покрытия на жесткую панель, например стальную, помогает избежать растрескивания или отслаивания, которые могут возникнуть, если подложка является гибким или сжимаемым материалом.

Если поверхности образца не являются плоскими и параллельными, абразивные круги не будут полностью контактировать с поверхностью образца. Это приведет к неравномерному износу, причем более сильный износ будет наблюдаться на внутренней или внешней стороне дорожки износа.

Для максимальной эффективности желательно дождаться полного отверждения покрытия. Однако многим производителям данные нужны значительно быстрее, и они не могут ждать рекомендованные 3 или 4 недели либо более длительный срок.

В таких случаях крайне важно, чтобы все заинтересованные стороны согласовали, как долго покрытие должно отверждаться перед испытанием и при каких условиях окружающей среды.

Другой пример влияния подготовки образца на результат взят из ASTM D3389, где приведены рекомендации по оценке стойкости к истиранию тканей с покрытием.

Для этого Taber-теста образец должен быть свободен от отверстий, пузырей и других дефектов. Дефекты в зоне дорожки износа могут вызвать быстрый износ и привести к преждевременному отказу.

Если образец тонкий, вакуумная система может приподнимать его во время испытания, если не используется прижимное кольцо. Это приведет к нежелательному контакту между вакуумным соплом и образцом и может повредить образец.

Чтобы предотвратить это, ASTM D3389 рекомендует приклеивать образец к подходящей подложке, например к монтажной карте.

Еще один фактор, который часто упускают из виду, - шероховатость поверхности однородного испытуемого образца. Для образцов с шероховатой поверхностью может быть целесообразно выполнить предварительный период приработки перед измерением потери массы. У образцов с шероховатой поверхностью обычно меньшая площадь контакта между абразивными кругами и образцом до тех пор, пока выступы шероховатости не будут изношены.

Включение периода приработки позволяет износить шероховатую поверхность до более гладкого состояния и обеспечить полный контакт между абразивными кругами и поверхностью образца.

Если целью является определение стойкости к истиранию именно шероховатой поверхности, испытание следует контролировать, а данные записывать на разных интервалах, чтобы результаты можно было различать по мере износа выступов шероховатости.

Насколько важно учитывать условия окружающей среды для надежных результатов Taber-теста?

Факторы окружающей среды очень важны. Износ является реакцией на условия, воздействию которых подвергается вся система, и важно понимать, что стойкость к истиранию может зависеть от условий испытания, включая факторы окружающей среды.

Поскольку многие материалы чувствительны к изменениям температуры и влажности, испытания, выполненные при разных условиях окружающей среды, особенно при разной влажности, могут вносить вариацию в результаты.

Надежные методики испытаний учитывают это: они требуют кондиционирования образца перед испытанием и предписывают проводить тест в среде с контролируемыми температурой и влажностью.

К сожалению, кондиционирование образцов или испытание в контролируемой среде обычно упускается из виду компаниями, у которых нет специализированной испытательной лаборатории или возможности контролировать температуру и влажность.

Хотя испытание при разных условиях окружающей среды может быть желательным, лаборатория, проводящая испытание, должна убедиться, что делает это по одним и тем же критериям, чтобы результаты были сопоставимыми.

Должен ли абразив быть стандартизован?

Да. Проведение Taber-теста относительно несложно, но в нем есть гораздо больше факторов, чем простой выбор абразивного круга, нагрузки и числа циклов.

Одна из самых распространенных проблем связана с обновлением поверхности абразивных кругов. При испытании некоторых материалов абразивные круги могут забиваться, поскольку частицы, снятые с образца, прилипают к рабочей поверхности кругов. Это меняет абразивные характеристики круга и часто влияет на результаты испытаний.

Чтобы снизить такую вариацию, рабочая поверхность абразивных кругов должна очищаться и обновляться перед использованием и, при необходимости, через регулярно определенные интервалы во время испытания.

Если оператор не знает об этом ключевом требовании, он может начать новый тест с абразивными кругами, на которых присутствуют продукты износа от предыдущего испытания. Это даст результаты с меньшей потерей массы или с большим числом циклов истирания до наступления отказа.

Чтобы абразивная функция кругов поддерживалась на постоянном уровне, ASTM D4060 требует подготавливать абразивные круги перед каждым испытанием и после каждых 500 циклов, если не согласовано иное.

Как лучше удалять продукты износа во время испытания?

Taber Abraser включает вакуумную систему отсоса, предназначенную для удаления продуктов износа и абразивных частиц с поверхности образца во время испытания.

Вакуумная система должна начинать работу при запуске испытания, и очень важно правильно установить зазор вакуумного сопла. Большинство методик испытаний задают зазор между поверхностью образца и вакуумным соплом; наиболее распространенное значение - 3 ± 1 мм. Настройка вакуума 100% является стандартной, но оператор все равно должен контролировать испытание и убеждаться, что вакуум удаляет продукты износа.

Для некоторых материалов испытания на истирание с использованием Taber Abraser могут подвергаться вариации из-за изменений абразивных характеристик круга во время испытания.

В зависимости от испытываемого материала продукты износа могут прилипать к поверхности абразивного круга, а не удаляться вакуумной системой. Когда это происходит, абразивные круги следует обновлять чаще, чтобы поддерживать их абразивность.

Чтобы определить, требуется ли более частая правка при испытании покрытия по ASTM D4060, оператор может построить график суммарной потери массы через каждые 50 циклов. Если до 500 циклов наблюдается существенное отрицательное изменение наклона, точка, в которой меняется наклон, определит требуемую частоту правки.

Какие методы оценки являются наиболее распространенными и рекомендуемыми?

Для испытаний стойкости к истиранию идеален метод оценки, который дает количественный результат, например потерю массы. Обычно его указывают после заданного числа циклов истирания, но он также может определяться до заданной конечной точки, например до открытия подложки.

Когда результаты испытаний требуют оценки внешнего вида или состояния образца, критически важно установить шкалу оценивания или определить критерии pass/fail. Визуальная шкала может использоваться для ранжирования образца при испытании на фиксированное число циклов истирания.

Критерии pass/fail могут применяться как при испытании на фиксированное число циклов, так и при определении числа циклов до достижения заранее установленной конечной точки. Во всех случаях должно быть письменное описание повреждения или фотографическое/визуальное представление истертого образца, либо и то и другое.

Что должен учитывать оператор при сравнении результатов разных материалов?

При сравнении стойкости к истиранию двух или более материалов параметры испытания должны быть одинаковыми: например, абразивный круг, уровень вакуумного отсоса и нагрузка. Также важно понимать, что различия в составе материалов могут требовать дополнительных соображений для корректного сравнения.

Недавнее изменение раздела «Significance and Use» ASTM D4060 включает характеристики покрытий, которые могут вызывать проблемы, например наличие пузырьков вовлеченного воздуха, встречающихся в некоторых гибких покрытиях. По мере износа материала, если пузырьки воздуха открываются, изменяется площадь контакта абразивных кругов и связанное с этим давление кругов, что приводит к большей потере массы.

D4060 также указывает, что покрытия с плотными наполнителями обычно дают большую потерю массы, но часто имеют меньшее изменение толщины покрытия. Если оператор смотрит только на показатели потери массы, он может ошибочно заключить, что покрытие с наименьшей потерей массы является наиболее стойким к истиранию.

Данные, представленные в заявлении о прецизионности ASTM D4060, ясно показывают, что эпоксидные покрытия имели более чем вдвое большую потерю массы по сравнению с уретановым покрытием. Можно было бы сделать вывод, что уретаны более прочны, чем эпоксидные покрытия, но полевые данные этого не подтверждают.

В редакции ASTM D4060 2019 года есть примечание о том, что при сравнении износостойкости покрытий с разной удельной плотностью следует применять поправку на удельную плотность каждого покрытия, чтобы получить истинную меру сравнительной стойкости к износу.

Покрытия, содержащие диоксид кремния, оксиды металлов или другие чрезвычайно плотные частицы, могут изнашивать абразивный круг. Продукты износа таких покрытий будут включать частицы, способные вызывать трехтельное истирание, что может способствовать разрушению покрытия, если они не удаляются вакуумной системой.

При сравнительных испытаниях также следует учитывать покрытия с разной шероховатостью поверхности или разными коэффициентами трения.

Каков лучший подход к калибровке Taber Abraser и о каких проблемах следует знать операторам?

Несмотря на кажущуюся простоту, испытание с использованием Taber Abraser включает сложную последовательность взаимодействий между каждым критическим компонентом.

Правильная калибровка прибора жизненно важна, поскольку Taber Abraser, вышедший за пределы допуска, может приводить к значительным различиям в результатах испытаний.

Неправильное выравнивание абразивных кругов может привести к тому, что каждый круг будет истирать дорожку, отличающуюся от дорожки парного круга, а также от дорожек кругов на других машинах. Площадь дорожки износа может отличаться на величину до 20%, а площадь, истираемая обоими кругами на образце, может составлять менее 50% общей истираемой площади для этого образца.

Смещенный рычаг абразиметра создает проблему выравнивания круга. Смещение на 4 мм вызовет изменение площади износа примерно на 1000 мм² и приведет к менее агрессивному испытанию. Перекрытие дорожек кругов также снизится со 100% примерно до 65%.

Вращение подшипника круга играет критическую роль в правильной работе Taber Abraser. Изношенные подшипники кругов могут иметь чрезмерный люфт или препятствовать легкому вращению круга.

При поиске признаков износа подшипников рекомендуется проверять вал, на котором вращается круг, и точку поворота рычагов абразиметра, включая любое боковое движение, скручивание или другое движение, выходящее за пределы установленного вращения рычага или вала. «Заклинивший» подшипник заставит круги скользить и приведет к более агрессивному испытанию.

Правильно работающая вакуумная система Taber необходима для удаления продуктов износа с поверхности образца. Необходимо очищать или заменять вакуумные фильтры и мешки по мере необходимости. Также рекомендуется периодически очищать вакуумное сопло. При сниженной силе вакуума продукты износа могут накапливаться на образце, потенциально меняя тип износа с двухтельного на трехтельный.

Для некоторых материалов эти продукты износа могут образовать защитный барьер, который уменьшает объем истирания, вызываемого кругами. Для других образцов накопление продуктов износа приводит к более агрессивному испытанию и к результатам выше нормы.

Испытание с кругами, которые стали закругленными или выпуклыми, может привести к значительным отклонениям от ожидаемых результатов. Выпуклые круги увеличивают давление на границе с образцом из-за уменьшенной площади контакта круга. В результате образцы могут показывать ранний отказ и уменьшенную дорожку износа.

Проблемы биения стола, обычно наблюдаемые как качание стола, могут приводить к неправильному износу, поскольку площадь контакта круга меняется во время вращения стола. Сильный износ на внешнем крае образца может быть следствием биения стола; биение всего 0.035" потенциально может повлиять на результаты.

Рычаг абразиметра обеспечивает стандартную нагрузку 250 г на круг. Используя дополнительные грузы, можно получить стандартные нагрузки на круг 500 или 1000 г. Дополнительные грузы маркируются общей нагрузкой, которая будет приложена к кругу, и эта величина равна суммарной массе рычага абразиметра и дополнительных грузов.

Поскольку рычаги работают независимо, нагрузки указываются на один рычаг и не должны суммироваться. Оператор, ошибочно считающий, что 500 г на каждый из двух рычагов абразиметра дают общую нагрузку 1000 г, фактически будет испытывать при половине требуемой нагрузки. Это приведет к тому, что он сообщит более высокую стойкость к истиранию, чем операторы, выполняющие испытание правильно.

Хотя большинство компаний имеют график калибровки прибора, операторы не всегда знают возраст своих приборов. Taber Abraser используется с 1930-х годов. Чтобы узнать возраст Taber Abraser, оператор может проверить первые цифры серийного номера: до 2000 года первые две цифры означают год выпуска, а после 2000 года - первые четыре цифры. Например, прибор с серийным номером 841234 был произведен в 1984 году, что делает его старше 35 лет.

Как операторы могут убедиться, что методика актуальна и соответствует лучшим практикам?

Чтобы испытательные данные были надежными, рекомендуется следовать установленному протоколу испытаний, доказавшему свою устойчивость и надежность. Когда у упомянутого ранее клиента спросили, в каком году была выпущена методика, которой он следовал, клиент признал, что в его файлах хранится более старая версия.

Хотя это не обязательно создает проблему, важно убедиться, что используются актуальные методики испытаний. Большинство организаций по стандартизации имеют процедуры, которые обеспечивают регулярное экспертное рассмотрение методик и поддержание их в актуальном состоянии.

Операторы не должны предполагать, что методика, давно находящаяся в применении, не может быть обновлена. Новые технологии или достижения могут потребовать добавления дополнительной информации или изменения процедуры.

Методики испытаний следует пересматривать и проверять, чтобы убедиться, что операторы используют последнюю доступную документацию, а техников необходимо регулярно оценивать, чтобы подтверждать правильность выполнения испытаний.

Аккредитация по ISO/IEC 17025 показывает, что лаборатория способна предоставлять достоверные результаты, а лица, выполняющие работу, компетентны. Однако для небольшой испытательной лаборатории на производственном предприятии это может быть непрактично. В таком случае отдел качества может проводить собственный аудит.

Кроме того, Taber Industries может предоставить экспертизу, рекомендации и опыт. Это может включать посещение лаборатории Taber, выездные обучающие семинары на предприятии заказчика или консультации по испытаниям на истирание и стойкость к царапанию.

Участие в отраслевых организациях, отвечающих за используемые методики испытаний, также является хорошим вариантом для многих организаций и дает дополнительные возможности для профессионального взаимодействия. Одно из преимуществ состоит в том, что операторы смогут сами участвовать в пересмотре методик и межлабораторных исследованиях.