En el sistema de control de calidad de los productos de caucho, la dureza es un indicador clave para evaluar la densidad de enlace cruzado del material, el módulo de elasticidad y la conformidad de las propiedades del producto final. La esencia de la medición de la dureza del caucho representada por el durómetro Shao es medir la respuesta mecánica de una aguja de geometría específica que presiona la profundidad del material en un tiempo prescrito bajo la acción de una fuerza de resorte dada. Este proceso parece simple, pero se ve afectado por el complejo acoplamiento de la elasticidad viscosa del material, el Estado mecánico del instrumento, las características dinámicas del proceso de operación y las condiciones ambientales. Por lo tanto, para mejorar la precisión de la medición, es necesario ir más allá de la optimización de un solo enlace y establecer un marco sistemático para comprender los principios, controlar las variables y lograr la trazabilidad.
Partiendo de la base de la ciencia de los materiales: comprender la respuesta dinámica de los objetos de medición
Como material viscoso - elástico típico, la respuesta mecánica del caucho tiene una dependencia significativa del tiempo y la temperatura. Esta es la razón fundamental que afecta la repetibilidad y comparabilidad de la medición de la dureza. Al medir, la profundidad de presión de la aguja no solo está relacionada con el módulo inicial del material, sino que también se ve afectada significativamente por la velocidad de carga (operación rápida y lenta) y el tiempo de carga (momento de lectura). El método estándar generalmente estipula que el valor instantáneo se lee dentro de 1 segundo después del contacto con el pie de presión, precisamente para controlar la variable de tiempo. El operador debe seguir estrictamente esta regla de tiempo, y cualquier retraso o lectura demasiado rápida introducirá desviaciones significativas debido a la relajación del estrés o el arrastre del material. Comprender este principio es la base de las operaciones estandarizadas y también explica por qué las operaciones aparentemente consistentes pueden obtener lecturas de fluctuaciones.
Control de precisión para medir las condiciones de contacto: la piedra angular de la estabilidad y la consistencia
El núcleo de la medición es lograr un alto grado de repetibilidad de las condiciones de acción mecánica entre la aguja y la muestra en cada prueba. Esto incluye tres aspectos clave:
Verticalidad y estabilidad: el instrumento debe presionarse estrictamente perpendicular a la superficie medida. Una pequeña inclinación hará que la aguja esté sujeta a una fuerza lateral, cambiando la fuerza del resorte que realmente actúa sobre el eje de la aguja, afectando así la profundidad de presión. Al operar, las manos o las pinzas deben proporcionar un soporte estable para evitar temblores.
Fuerza de contacto y ajuste: el estándar requiere que la presión suficiente se ajuste estable y estrechamente a la superficie de la muestra sin impacto. Esto garantiza que la fuerza del resorte comience a aumentar linealmente en el momento en que la aguja entra en contacto con la superficie. Los choques violentos pueden producir un exceso dinámico debido al efecto de inercia, lo que dará lugar a lecturas anormales. No debe haber una brecha visible entre el pie de presión y la superficie de la muestra, de lo contrario se introducirá un error de brecha de aire.
Soporte y espesor de la muestra: la parte posterior de la muestra debe estar firmemente apoyada por una plataforma de soporte dura, plana y lisa. Para las muestras delgadas, su espesor debe ser mucho mayor que la profundidad de presión que puede alcanzar la aguja (generalmente se requiere un espesor no inferior a 6 mm) para evitar que la fuerza de reacción de la Plataforma de soporte afecte el campo de deformación local del material, lo que resulta en valores de medición falsos y altos. Para las piezas de trabajo de forma irregular, es necesario diseñar accesorios especiales para garantizar un soporte efectivo y la accesibilidad de la superficie de medición.
Regulación estandarizada del medio ambiente y el Estado de la muestra
La temperatura ambiente es una variable externa que afecta la dureza del caucho. Debido a que la actividad de los segmentos de la cadena de polímeros aumenta con el aumento de la temperatura, los materiales de caucho generalmente muestran un efecto de temperatura negativo obvio: la temperatura aumenta y la dureza disminuye. Por lo tanto, todas las mediciones comparativas o decisiones de conformidad deben realizarse a una temperatura estándar (generalmente 23 ± 2 ° c) y la muestra debe ajustarse en este ambiente durante el tiempo suficiente (por ejemplo, no menos de 24 horas) para garantizar una distribución uniforme de su temperatura interna. Las muestras tomadas directamente de diferentes entornos de temperatura deben medirse de inmediato, y sus resultados solo pueden reflejar esta condición de trabajo y no pueden utilizarse para la comparación de las propiedades estándar del material. Además, la superficie de la muestra debe estar limpia, plana, libre de poros y defectos, y la contaminación leve o irregularidad de la superficie puede afectar directamente el ajuste del pie de presión y la refracción de la luz (afectando más a los instrumentos antiguos de algunas lecturas visuales).
Verificación periódica y verificación del proceso del rendimiento metrológico del instrumento
La trazabilidad precisa del durómetro depende de las características de fuerza - desplazamiento de su resorte interior y del tamaño geométrico de la aguja. Las calibraciones periódicas de nivel profesional son necesarias y el alcance de la calibración debe cubrir el rango de uso diario. Lo que es más importante es establecer un mecanismo de verificación de procesos en el trabajo diario. Esto incluye:
Inspección diaria puntual: se utiliza un bloque de dureza de caucho estándar valorado y con un material estable para la medición y verificación. El bloque estándar se medirá varias veces en diferentes posiciones para confirmar si la desviación entre el promedio de la lectura del instrumento y el valor nominal del bloque estándar y la repetibilidad de la medición están dentro del rango permitido.
Inspección de retorno a cero: Al realizar la operación de retorno a cero en la placa de vidrio, es necesario confirmar que la aguja de presión acaba de entrar en contacto con el plano y que el indicador se refiere a cero de manera estable. Cualquier deriva continua o dificultad para volver a cero sugiere que el instrumento puede tener problemas.
Inspección de componentes: inspeccionar visualmente regularmente si la aguja de presión está desgastada, doblada o oxidada, y si la superficie del pie de presión es plana y limpia. Pequeños daños mecánicos pueden afectar directamente los resultados de las mediciones.
Rigor en la estrategia de medición y el análisis de datos
La medición de un solo punto no es suficiente para caracterizar las características de dureza del material. Las mediciones se realizarán en varios puntos representativos de la muestra (generalmente al menos tres puntos, y cada punto no estará a menos de 6 mm de distancia y no estará a menos de 12 mm del borde), informando de su media aritmética y alcance. La dispersión de los datos es un mensaje importante en sí mismo: un rango de dispersión demasiado grande puede indicar materiales desiguales, operaciones inconsistentes o mala preparación de muestras. Todos los resultados de las mediciones se registrarán íntegramente junto con los siguientes metadatos: modelo y número del instrumento, Estado de calibración / verificación, temperatura de medición, identificación de la muestra, esquema de la posición de medición, operador y tiempo de medición. Este registro trazable es la base para el análisis de datos efectivos, el juicio de tendencias y el diagnóstico de problemas.
Construir un sistema de gestión de calidad de circuito cerrado y capacidad de personal
Finalmente, la medición de dureza se incorpora en el circuito cerrado de gestión de calidad del laboratorio o sitio de producción. Esto incluye la formulación de instrucciones de operación estándar, sistemas de certificación de Operaciones de personal, procedimientos de gestión de instrumentos y piezas estándar y procesos de auditoría de datos. Los operadores no solo deben dominar las acciones estándar, sino también comprender los principios detrás de ellas, ser capaces de identificar anomalías (como la deriva continua de las lecturas, el fracaso de la verificación de bloques estándar, las anomalías discretas de los datos, etc.) e iniciar los procedimientos de investigación correspondientes. Las actividades periódicas de comparación interna y verificación de capacidades ayudan a mantener la consistencia del nivel de medición del equipo.
Al implementar el marco sistemático anterior, la medición de la dureza del caucho puede pasar de una operación "técnica" basada en la experiencia personal a una actividad de detección estandarizada controlable, trazable y confiable. Esta transformación tiene un importante papel de apoyo para garantizar la coherencia de la calidad de los productos de caucho, la efectividad de los datos de investigación y desarrollo de procesos y la transmisión precisa de los requisitos de calidad en la cadena de suministro.