Klik hier voor de volledige PDF van dit verslag.
Het testen van de hechtingseigenschappen van een afwerklaag zal zorgen voor een succesvolle prestatie van het product.
Om te voldoen aan de steeds hogere verwachtingen van de veeleisende klant van vandaag, worden zeer complexe afwerkingen met meerstapsafwerkingssystemen in meubelstijl steeds vaker gebruikt in plaats van een uitzondering, in alle sectoren van de houtveredelingsindustrie. Deze trends in afwerking vereisen het gebruik van glazuren, shaders, toners en andere hoogwaardige coatings. Bij deze afwerkingssystemen moeten afwerkers waakzamer zijn bij het testen om er zeker van te zijn dat de hechtingseigenschappen van het gebruikte systeem met succes voldoen aan de verwachtingen voor de prestaties van het product.
Hechting is een zeer breed onderwerp, waarbij in de laboratoria van formuleerders veel aandacht wordt besteed aan de hechtingseigenschappen van de coating; vanuit het oogpunt van de applicateur wordt hechting echter vaak over het hoofd gezien of verkeerd begrepen. Vanuit het oogpunt van de afwerker is het mijn bedoeling een praktische kennis te verschaffen over hechting van coatings en methoden om de hechting van coatings te testen.
Hechting is het vermogen van de coating om zich aan het substraat te hechten, "substraathechting" genoemd, en het vermogen van de coating om zich aan meerdere lagen in het systeem te hechten, "hechting tussen de lagen" genoemd.
Er zijn twee factoren die het vermogen van de coating om zich aan het oppervlak te hechten beïnvloeden: mechanische hechting en chemische hechting.
Mechanische hechting ontstaat doordat de coating zich hecht aan het schuurkrasprofiel van het oppervlak en zich rond de vezel van het substraat beweegt om de film mechanisch aan het oppervlak te bevestigen. Diepere en grotere schuurprofielen verhogen de hechting van de coating, terwijl ondiepere profielen en gladdere oppervlakken het vermogen van de coating om voldoende te hechten belemmeren.
Chemische hechting heeft betrekking op het vermogen van de coating om zich te hechten aan de chemie van de coatingformulering. Diverse componenten van de coatingchemie zijn van invloed op de hechting. De coating moet voldoende bevochtigingseigenschappen hebben om in de poriën van het oppervlak door te dringen en om de vezels van het substraat te bevochtigen. Solventmengsels van het coatingsysteem laten de coating inbranden in coatinglagen binnen het systeem. De harskenmerken van de coating variëren en beïnvloeden het hechtingsvermogen.
Als algemene regel geldt dat bij het opschalen in de coatingtechnologieën, van lakken naar conversielakken, naar tweedelige urethanen naar polyesters, de hechtingseigenschappen aanzienlijk toenemen.
Er mag echter niet van worden uitgegaan dat alle producten binnen elke categorie dezelfde prestaties leveren. Elk product heeft zijn eigen specifieke hechtingseigenschappen. De afwerker is uiteindelijk verantwoordelijk om na te gaan of het gekozen coatingsysteem aan de vereiste hechtingseisen voor elk specifiek afwerkingsproject voldoet. Hetzelfde coatingsysteem zal ook verschillende niveaus van chemische hechting vertonen op verschillende houtsoorten en ondergronden. Houtharsen, pek en oliën in het hout zullen de chemische hechting van de coating aanzienlijk beïnvloeden. Rekening houdend met alle verschillende factoren die van invloed zijn op de hechting, moet de afwerker een goede beslissing nemen over het te gebruiken coatingsysteem.
Vervolgens moet een gedetailleerd afwerkingsschema en een standard werkprocedure worden opgesteld en goedgekeurd met een handtekening van de vertegenwoordiger van de coatingleverancier. Om na te gaan of het gekozen coatingsysteem deugdelijk en veilig is, moet de afwerker de film vóór de productie altijd afdoende testen op hechting.
Er zijn drie verschillende procedures om de weerstand van de coating te beoordelen om los te komen van het substraat en om verschillende adhesieanalyses van de film te maken: kruiskrastest, schraapadhesietest en een pull-off test.
De schraapmethode maakt gebruik van een verzwaarde evenwichtsbalk met een afgeronde naald of lus die aan de balk is bevestigd. De panelen met de droge afwerklaag worden onder de naald geduwd en de balk wordt met steeds meer gewicht belast totdat de afwerklaag van het substraat wordt geschraapt. De beoordelaar gebruikt het gewicht in kilogrammen dat nodig is om de film te verwijderen, om een waarde toe te kennen aan de kleefeigenschappen van de coating. Deze procedure volgt de Amerikaanse standard testmethode (ASTM) - D2197, D2248, D2454, 5178, afhankelijk van de te testen coating en het substraat. De volledige testmethoden zijn te vinden op de ASTM-website.
De tweede en meest gebruikte testmethode in de houtindustrie is de "cross-hatch cutter test". Deze test is snel en eenvoudig uit te voeren met een goedkope cross-hatch cutter testkit, zoals de PosiTest CH. Er wordt een rasterpatroon gesneden in de afwerklaag tot op het substraat, met behulp van een cross-hatch cutter. Het testgebied wordt vervolgens vijf keer diagonaal geborsteld in elke richting om losse afwerklaagdeeltjes te verwijderen.
Vervolgens wordt een speciale tape voor het testen van de hechting stevig over het testgebied met de gekruiste groeven aangebracht en snel verwijderd door de tape van het testgebied terug te trekken om de hoeveelheid coating te onthullen die door de testtape is losgekomen. Het gekruiste testgebied wordt vervolgens visueel vergeleken met (ASTM) standaarden D3002 en D3359.
In de normen staan vijf grafieken met visuele diagrammen van verschillende gradaties van filmtrekkingen. ASTM-klasse 5B laat zien dat er geen folie wordt verwijderd, wat het hoogste niveau van hechting vertegenwoordigt. ASTM-klasse 1B geeft aan dat tussen 35 en 65 procent van de film is verwijderd, wat de slechtste hechting is. Klasse 2B-4B vertegenwoordigt verschillende niveaus van hechting die tussen klasse 1B en 5B in liggen. Door de aard van deze visuele vergelijking zijn de resultaten soms enigszins subjectief en niet definitief met een numerieke waarde verbonden aan deze test.
De derde methode maakt gebruik van een hydraulische pull-off tester om de trekspanning in pounds per square inch (psi) te meten die nodig is om de coating los te maken in een richting loodrecht op het substraat. Voor het uitvoeren van deze test gebruikten we een DeFelsko Positest hechtingstester volgens ASTM D4541. Een metalen laaddolly wordt loodrecht op het oppervlak van de droge coatingfilm bevestigd met behulp van een CA-lijm (cyanoacrylaat of "superlijm") of de door de fabrikant geleverde lijm.
Wanneer de lijm is uitgehard, wordt de dolly aan de hydraulische trekapparatuur bevestigd, waarbij hydraulische druk wordt toegepast en geleidelijk wordt verhoogd totdat de dolly de coating van het substraat trekt. Een meter op de tester toont de hoeveelheid druk (psi) die nodig is om de coating los te maken van het substraat.
Het resultaat is een definitief getal dat kan worden toegekend aan de kleefkracht van de coating. Er kunnen verschillende waarden worden verkregen op verschillende delen van het testpaneel als gevolg van verschillende dichtheden van het houtsubstraat. Het hoge en lage bereik van de trekdruk die aanvaardbaar is om aan de verwachtingen te voldoen, moet worden toegewezen aan de hechtingswaarde van de coating.
Volgens ons onderzoek is er geen standard gevonden voor de verwachte trekdruk voor elke categorie coating die op verschillende substraten wordt aangebracht, en moet deze door de afwerker worden bepaald voor het specifieke coatingsysteem dat wordt beoordeeld.
Hoeveel tijd moet er verstrijken voordat de hechting wordt getest? Aanbevolen wordt de coating te controleren na de eerste uitharding en na langdurige uitharding. De aanbevelingen van de fabrikant van de coating moeten worden opgevolgd met betrekking tot het moment waarop hechtingstesten moeten worden uitgevoerd. Factoren zoals het aantal aangebrachte mils, de droogmethode met omgevingslucht of geforceerd drogen en het type coating moeten in overweging worden genomen wanneer de test moet worden uitgevoerd.
Normaal gesproken moet na 30 dagen een tweede test worden uitgevoerd. Naarmate coatings verder uitharden, veranderen de hechtingseigenschappen. Bij sommige coatings zal de hechting verbeteren naarmate de crosslinking van de coating voortduurt, terwijl bij andere coatings de hechting afneemt als gevolg van verschillende krimpsnelheden tussen substraten of coatinglagen binnen het systeem.
Afwerkers mogen nooit de ogen sluiten voor een ondermaatse hechting. Eén grote productfout kan leiden tot een faillissement en u, de afwerker, uw baan kosten.
Ed. noot: Phil Stevenson is de oprichter van het American Wood Finishing Institute in Vineland, N.J. De ATSM grafiek is met toestemming overgenomen uit D 3359-02 Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape test, © ASTM International. 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428
