Начните с отказа, который должен выявлять входной контроль качества

Метод испытания на прокол, согласованный с ASTM, целесообразно разрабатывать, когда стойкость к проколу является значимой частью характеристик упаковки: пленка может подвергаться воздействию острых кромок продукта, повреждений при обращении, контакта с поддонами, компонентов медицинских устройств, углов вторичной упаковки или концентрированных напряжений при формовании и наполнении. В таких случаях входному контролю качества недостаточно сертификата поставщика или номинальной толщины пленки. Необходим воспроизводимый способ выявления партий, которые существенно слабее пленки, одобренной для данного применения.

Метод следует начинать с практического вопроса: какому типу прокола должен противостоять материал? Медленное проникновение зонда через плоский образец не воспроизводит все опасности, возникающие при дистрибуции или производстве. Однако оно может обеспечить контролируемое сравнение входящих партий, если последовательно используются один и тот же зонд, опорное приспособление, скорость, процесс кондиционирования и правила расчета.

Для гибких барьерных пленок и ламинатов ASTM F1306 часто является подходящей отправной точкой, поскольку этот стандарт рассматривает стойкость к проникновению при низкой скорости. Его не следует использовать как общее обозначение для любого испытания пленки на прокол. Стретч-пленка, геомембраны, жесткие листы и материалы с высокой эластичностью могут подпадать под другие методы испытаний или требовать метода, адаптированного к их фактическим условиям эксплуатации. Называть метод «согласованным с ASTM» уместно, когда лаборатория выбрала применимую структуру ASTM, соблюдала ее применимые принципы и документировала все обоснованные отклонения. Это не означает, что любое испытание зависимости силы от перемещения автоматически соответствует ASTM.

Выберите нормативную основу до установления предела годности/браковки

Распространенная ошибка при входном контроле качества — начинать с предела силы, поскольку его легко донести: «пленка должна выдерживать X ньютонов». Такой предел малоценен, если конфигурация испытания, лежащая в его основе, нестабильна. На усилие прокола влияют форма зонда, геометрия опоры образца, скорость испытания, ориентация пленки, конструкция ламината, история кондиционирования и способ определения максимального усилия по кривой.

ASTM F1306 предоставляет полезную структуру для определения этих условий при испытании на проникновение с низкой скоростью. Лаборатория должна изучить действующую контролируемую копию стандарта и подтвердить, что материал и предполагаемая цель испытания соответствуют его области применения. Если фактическая опасность для упаковки отличается от стандартной конфигурации, метод все равно может использовать принципы ASTM при явном указании вариации. Например, для упаковки, подвергаемой воздействию узкого угла продукта, может потребоваться форма зонда, лучше имитирующая этот угол, чем универсальный закругленный зонд.

Это различие важно при обсуждениях с поставщиками. Отчет, содержащий только «стойкость к проколу: соответствует», оставляет слишком много места для интерпретации. Отчет, в котором указаны применяемый метод, геометрия зонда, опорное приспособление, скорость, кондиционирование образцов, количество образцов и представленные значения, может быть воспроизведен другой лабораторией и использован для расследования при расхождении результатов.

До утверждения метода определите предполагаемое решение по качеству одним предложением. Примеры:

• Отклонять входящие партии пленки, демонстрирующие недостаточную стойкость к концентрированному проникновению при обращении с упаковкой.
• Контролировать стабильность от партии к партии относительно одобренной конструкции пленки.
• Оценивать, изменило ли изменение материала поставщиком характеристики прокола.
• Расследовать отказы, связанные с проколом, не смешивая их с отказами прочности сварного шва, раздира, ударной прочности или визуального контроля.

Этот последний пункт важен. Испытание на прокол не заменяет испытания сварного шва, испытания на удар падающим грузом, испытания на растяжение, испытания коэффициента трения или визуальный контроль. Его следует использовать, когда его механизм отказа имеет достоверную связь с контролируемым риском.

Постройте метод на контролируемых условиях испытания

Испытатель усилия прокола пластиковых пленок может быстро формировать кривую силы-перемещения. Сложность заключается в обеспечении того, чтобы эта кривая имела одинаковое значение от одного цикла входного контроля к следующему. Рабочая инструкция должна определять каждое условие, способное изменить результат настолько, чтобы повлиять на решение о выпуске.

Идентификация образцов и отбор проб

Регистрируйте поставщика, код материала, номер партии, номинальную структуру, спецификацию по толщине и место на рулоне или листе. Отбор образцов только с края рулона или только из первых доступных слоев может скрыть вариации, вызванные намоткой, профилем толщины, нанесением покрытия или условиями переработки. План отбора проб должен указывать, сколько рулонов отбирается, откуда берутся образцы из каждого рулона и сколько действительных повторных испытаний требуется.

Продольное и поперечное направления следует маркировать там, где ориентация может влиять на характеристики. Некоторые пленки и ламинаты демонстрируют различное деформирование и поведение при разрушении в зависимости от направления. Если предполагаемая нагрузка на упаковку имеет преобладающую ориентацию, это направление следует испытывать целенаправленно, а не смешивать с другими в одном неквалифицированном среднем значении.

Кондиционирование и обращение с образцами

Пластиковые пленки чувствительны к температуре хранения, влажности, релаксации после размотки и повреждениям при обращении. Рулон, непосредственно перенесенный из холодного склада, образец, вырезанный из материала под натяжением, или многократное касание образца вблизи зоны испытания могут вносить ненужную вариабельность.

Письменный метод должен определять среду и продолжительность кондиционирования перед испытанием в соответствии с выбранным стандартом и потребностями материала. Он также должен устанавливать порядок вырезания образцов, их защиты от заломов и загрязнения, а также дефекты, делающие образец недействительным. Если образец проскальзывает в приспособлении или имеет видимый залом в зоне испытания, результат не следует просто включать потому, что он получен; событие и причина признания результата недействительным должны быть документированы.

Зонд, опорное приспособление и скорость

Геометрия зонда не является второстепенной деталью оборудования. Закругленный зонд распределяет напряжение иначе, чем заостренный или конический зонд. Больший диаметр может сильнее подчеркивать растяжение пленки до разрыва, тогда как меньшая площадь контакта может усилить влияние локальных дефектов и тонких участков. Размер отверстия опоры и условия зажима также определяют, насколько свободно пленка может деформироваться до проникновения.

По этой причине зонд не следует менять только потому, что другая лаборатория использует иной зонд. После того как конфигурация была связана с одобренной пленкой и риском для упаковки, изменение зонда, отверстия опоры или скорости испытания создает новое условие испытания. Исторический предел приемки может больше не применяться.

Скорость испытания требует такой же дисциплины. Полимеры пленки и клеевые слои могут по-разному реагировать на нагружение с различной скоростью. Более быстрое перемещение траверсы может давать более высокое кажущееся пиковое усилие для некоторых материалов, но это не означает автоматически, что материал лучше. Выбранная скорость должна соответствовать релевантному методу ASTM или документированному обоснованию, связанному с ожидаемой опасностью, а затем оставаться неизменной для стандартного входного контроля.

Возможности прибора и сбор данных

Испытательная машина должна соответствовать ожидаемому диапазону усилий. Датчик силы с чрезмерно большой грузоподъемностью может снижать полезное разрешение при малых усилиях, тогда как датчик, слишком близкий к ожидаемому максимуму, может быть перегружен при аномальном испытании. Система также должна регистрировать усилие и перемещение с частотой, достаточной для выявления события прокола, а не просто отображать конечное число.

Регулярные проверки должны охватывать индикацию нагрузки, перемещение или движение траверсы, состояние зонда, выравнивание приспособления и настройки программного обеспечения. Поврежденный наконечник зонда, незакрепленное приспособление или измененный шаблон испытания могут изменить результаты до того, как оператор заметит явную неисправность. Одной калибровки недостаточно, чтобы показать пригодность всей испытательной установки к использованию; требуется также верификация собранной испытательной системы.

Используйте не только пиковое усилие, когда этого требует механизм отказа

Пиковое усилие прокола является наиболее привычным показателем и часто полезно для входного скрининга. Однако оно описывает только наибольшую нагрузку, достигнутую во время события. Две пленки могут показывать сходное пиковое усилие, но вести себя по-разному до разрыва: одна может значительно растягиваться и поглощать больше энергии, тогда как другая может разрушиться резко после ограниченной деформации.

Если риск для продукта предполагает длительную деформацию до прокола, метод должен учитывать, дают ли перемещение при максимальном усилии и энергия до прокола полезную дополнительную информацию. Энергия обычно определяется по площади под кривой силы-перемещения до установленной точки прокола. Ее расчет необходимо тщательно контролировать. Лаборатория должна определить, идентифицируется ли прокол по пиковому усилию, резкому падению усилия, видимому сквозному проникновению или другому критерию, допускаемому выбранным методом.

Для многослойных пленок сохранение репрезентативных разрушенных образцов может быть особенно полезным при расследовании. Снижение пикового усилия, сопровождаемое видимым расслоением, может указывать на проблему, отличающуюся от чистого разрыва через в остальном однородную структуру. Само испытание может не установить первопричину, но оно может направить последующую работу на толщину пленки, адгезию ламината, рецептуру смолы, покрытие, ориентацию или условия переработки.

Устанавливайте критерии приемки на основе возможностей процесса и риска для упаковки

Предел входного контроля должен основываться на данных по одобренному материалу и применению упаковки, а не копироваться из нерелевантного технического описания. Исходный набор данных должен включать несколько соответствующих требованиям партий, испытанных по окончательно утвержденному методу. Это устанавливает нормальное распределение результатов для фактически одобренной конструкции, а не предполагаемое значение, основанное только на номинальной толщине или общем типе материала.

Критериям приемки также необходима четкая единица принятия решения. Лаборатория может использовать индивидуальный минимум, среднее значение по партии, нижний статистический порог или их сочетание. Каждый подход контролирует разный риск. Правило, основанное только на среднем значении, может позволить скрыть один крайне слабый образец среди остальных высоких значений. Правило индивидуального минимума может быть более чувствительным к изолированным дефектам, но способно приводить к необоснованным задержкам, если обращение с образцами или повторяемость испытания недостаточны.

Практическое правило выпуска часто включает как условие для индивидуального результата, так и условие на уровне партии, при условии что каждое из них обосновано достаточным объемом исходных данных. Правило также должно указывать, что происходит, когда результаты близки к пределу. Повторное испытание не должно быть неформальным способом заменить неблагоприятный результат. Заранее определите, допускается ли подтверждающее испытание, сколько новых образцов требуется и когда партия должна быть помещена на удержание для инженерной проверки или проверки поставщиком.

Толщину следует регистрировать, когда она релевантна спецификации, но ее не следует без должного обоснования использовать для нормирования результатов прокола. Более толстая пленка все равно может показывать низкие характеристики из-за структурных дефектов, слабого межслойного сцепления или изменений поведения полимера. И наоборот, более тонкая, но грамотно спроектированная структура может демонстрировать высокую стойкость к проколу при выбранном методе. Толщина и усилие прокола отвечают на связанные, но разные вопросы качества.

Сделайте отчет полезным для расследования

Отчет входного контроля качества должен позволять последующему проверяющему восстановить ход испытания, не полагаясь на память оператора. Как минимум он должен включать идентификацию материала, прослеживаемость партии, дату испытания, статус кондиционирования, редакцию метода, идентификацию прибора, диапазон датчика силы, идентификацию зонда и приспособления, скорость испытания, ориентацию образца, количество действительных и недействительных испытаний, индивидуальные результаты, сводную статистику и решение: принять, удержать или отклонить.

Отчет также должен сохранять кривые силы-перемещения, если система их поддерживает. Одно указанное максимальное значение может скрыть проскальзывание, множественные события разрушения, необычную деформацию или раннее падение усилия. Кривые особенно ценны, когда поставщик изменяет смолу, клей, массу покрытия или конструкцию пленки при сохранении номинальных спецификаций без изменений.

Для команд по безопасности и качеству цель состоит не в том, чтобы максимально усложнить входное испытание. Цель — сделать решение обоснованным. Метод, согласованный с применимой структурой ASTM, связанный с определенной опасностью для упаковки и находящийся под контролем конфигурации, обеспечивает гораздо более надежную основу для выпуска, чем отдельное значение усилия. После создания такой основы испытание на прокол становится надежным средством входного контроля качества, а не периодическим сравнительным упражнением с неопределенным значением.