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2 - Definición de rayado

15/09/2003
Hay varias razones para que aparezcan daños sobre los componentes de automoción realizados con compuestos de PP. Tomando los paneles de instrumentos como ejemplo, varios problemas potenciales existen en casi todos los pasos de las áreas de producción y las cadenas de montaje: robots en las máquinas de inyección, líneas de transporte en secciones intermedias, procesos de soldado de piezas, carruseles, carga y descarga en los ‘racks’ y, en general, cualquier zona de manejo de las piezas. Además, el resultado final de dicho problema de rayado no incluye solamente en costes de reparación sino también en la subjetiva percepción final de un producto de baja calidad por parte del usuario final del automóvil.

Según la Real Academia de la Lengua Española, rayar es 'hacer o trazar rayas sobre una superficie' y una raya es 'aquella línea o señal larga y estrecha que se marca en un cuerpo o superficie cualquiera' pero hay que añadir el término geológico, para darle la idea final que nos ocupa a la definición de la propiedad física del material: 'señal que queda en una roca al ser probada su dureza con la uña, una navaja, etc.'. En este último caso, la raya sirve, por su color, para una primera clasificación de la roca estudiada.

Entre estas definiciones encontramos la definición del término que nos ocupa: resistencia al rayado de los compuestos de PP. Así, se trata de la ‘medida de la línea o señal larga, estrecha y visible que se marca en una superficie plana de una pieza inyectada del material a estudiar, realizada con un objeto punzante que nos dará idea de su capacidad para ser marcada durante su uso’, o sea, se trata de medir la capacidad de resistir una deformación superficial permanente resultado de una corta tensión mecánica sobre la superficie visible emulando a la manipulación y uso posterior de la misma. Dicha deformación presenta en el caso de compuestos de PP reforzados un color blanco.

Las deformaciones pueden ser de dos tipos:

  • Rayas: profundos hundimientos en el material producidos por objetos puntiagudos. En el caso de grados reforzados con talco, ésta aparece de color blanco.
  • Marcas: ligeras señales que se hacen visibles por cambio del brillo superficial. En piezas de Compuestos de PP, esta señal no es suficiente para variar el color, por lo que las marcas son menos visibles al ojo humano.
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2.1. Medida de la resistencia al rayado

La necesidad de cuantificar la resistencia al rayado ha llevado al desarrollo de numerosos métodos de ensayo, algunos estandarizados a través de organismos oficiales como ASTM (p.ej. la norma ASTM D5178), algunos estandarizados por compañías particulares y otros que no han sido estandarizados.

Por el momento, no hay un método aceptable establecido para la caracterización cuantitativa de la resistencia al rayado, no ya como parámetro de control antes y después de las ventas, sino también para evaluar los materiales a utilizar en los componentes de compuestos de PP.

Actualmente, para poder evaluar esta propiedad, debemos remitirnos a las normas que los OEM han ido desarrollando para conseguir medir la resistencia al rayado requerida.

Las condiciones usadas durante la inyección deberían ser las idóneas para mejorar la calidad superficial y muy especialmente, aumentando la postpresión y el tiempo de estancia en el molde
Volviendo a la definición empleada, habría que prestar atención a los términos en los que se van a basar y diferenciar las diferentes normas que actualmente existen: línea o señal larga, visible, superficie, objeto punzante y, por supuesto, la especificación final.

Así, para la medida de la resistencia al rayado habría que prestar especial atención a la visibilidad de las rayas o la influencia que ésta tenga sobre las propiedades ópticas del compuesto de PP. Además de la medida de la deformación superficial causada por el rayado, un escaneado óptico, espectroscopia óptica y análisis de la imagen han sido estudiados para observar los cambios en color y brillo.

Centrándonos en los aparatos de evaluación del rayado más sencillos y accesibles y, por tanto, más utilizados tenemos los siguientes:

  • Varilla Erichsen, tipo 318: Este aparato es de muy fácil uso y ofrece de forma rápida una valoración inicial de la resistencia al rayado. Se trata de un objeto de punta redondeada con 0.75 mm de diámetro presionado por un muelle. Tras ajustar mediante dicho muelle, una presión específica entre 0 y 20 N, se pasa la varilla sobre el componente a evaluar realizando una raya en la superficie a una velocidad aproximada de 10 mm/s. Se emplean distintas presiones de valores ascendentes hasta encontrar una presión que deje marca visible. Este método tiene como ventaja la rapidez y versatilidad, pero como desventaja la subjetividad del dato que puede variar con la persona que realice el ensayo y en las condiciones ambientales en que lo realice.
    Este método fue el inicialmente utilizado por Ford en el método BN 108-13, pero con el tiempo dicho OEM cambió la especificación visual de criterio pasa/no pasa a la medición de un porcentaje de raya visible frente al total marcado en la superficie.
  • Prueba del papel de lija: En este test, la probeta a evaluar está fijada a un carro que se mueve deslizándose a una velocidad especificada sobre un papel de lija de una dureza dada y cargada con un peso específico. La lija deja sobre la probeta un dibujo que se evalúa por la diferencia de color en el dL (escala Cielab) comparando antes y después el valor de dL* medido sobre la parte rayada: menores valores de dL* muestran mejor resistencia al rayado. Es un método exacto pero la desventaja principal de este método es el desgaste que sufre la lija, que es un parámetro incontrolado y que da inconsistencia en las medidas. Este sería un ejemplo de método de ensayo no estandarizado utilizado principalmente en laboratorios independientes.
  • Erichsen Modelo 430: Es un test automático basado en dicho equipo pero con los mismos principios que la varilla Erichsen tipo 318. Tiene un peso ajustable sobre el brazo que aplica el objeto punzante. Tiene una clara ventaja: alta consistencia y repetibilidad de las marcas realizadas. Se prealiza una gradilla con una fuerza, tamaño y separación de la gradilla definido. También puede ser programado para hacer rayas individuales a diferentes fuerzas (0-50 N). La evaluación final es realizada midiendo el valor de dL* (medida de la claridad en la escala CIELAB) antes y después del rayado del componente: menores valores de dL*, o sea, más cercanos a valor 0, significarán mejor resistencia al rayado. Este aparato está basado en los requerimientos de la norma de Opel GME 60280.

La medida de control visual podría usarse para suplementar a todos estos tests determinando el grado de resistencia al rayado pero este será, por supuesto, el valor más subjetivo y puede ser, a la vez, la prueba final más importante en cuanto a si es válida o no una pieza. Después de todo, es el ojo humano el que siempre hace un juicio final sobre la cuantificación del daño sufrido en la superficie.

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