Dureza Superficial de las películas de barniz en el Mueble: dureza a los lápices
Por Angel Lanchas Hervalejo
La dureza superficial medida empleando los lápices de grafito, es una prueba de medida simple que puede indicar la dureza de las capas que se emplean en los procesos de barnizado del mueble
Aunque algunas personas puedan considerar este método con bajo componente tecnológico, el uso de los lápices para comprobar la dureza es todavía un método usado por muchos fabricantes de barnices y algunas empresas de recubrimientos.
Esta prueba emplea lápices especiales con los grados diferentes de dureza para rayar la capa superficial y determinar su dureza. Si usted no esta familiarizado con este tipo de prueba, entonces puede quedar sorprendido de las posiciones de comparación para muchas de las capas comúnmente empleadas para recubrir la madera.
Analizando las posiciones de dureza de lápiz en las diferentes capas de barniz, se puede emplear un criterio para definir que tipo de material nos interesa emplear en su acabado final
El grafito
El grafito es una de las formas alotrópicas en las que se puede presentar el carbono junto al diamante y los fullerenos. A presión atmosférica y temperatura ambiente es más estable el grafito que el diamante, sin embargo la descomposición del diamante es tan extremadamente lenta que sólo es apreciable a escala geológica. Fue nombrado por Abraham Gottlob Werner en el año 1789 y el término grafito deriva del griego γραφειν (graphein) que significa escribir. También se denomina plumbagina y plomo negro. El grafito se encuentra en yacimientos naturales y se puede extraer, pero también se produce artificialmente. El principal productor mundial de grafito es China, seguido de India y Brasil.
Es de color negro con brillo metálico, refractario y se exfolia con facilidad. En la dirección perpendicular a las capas presenta una conductividad de la electricidad baja y que aumenta con la temperatura, comportándose pues como un semiconductor. A lo largo de las capas la conductividad es mayor y disminuye al aumentar la temperatura, comportándose como un conductor semimetálico.
Historia de los lápices de grafito
En 1564 se descubrió el grafito, en Cumberland, (Inglaterra, cercana a la frontera con Escocia). Esto permitió la invención de los lápices de grafito, que se introdujeron en Francia, en la corte de Luis XIII.
Durante tres siglos, Inglaterra mantiene el monopolio y sus lápices cuadrados se venden por toda Europa, y aunque otros países tratan de purificar el grafito, lo que obtienen es un polvo fino, no los palos sólidos de los ingleses, de modo que se ven obligados a seguir comprándolos.
Sin embargo, el dominio inglés terminaría cuando, en 1662, los alemanes consiguen mezclar grafito en polvo, azufre y antimonio para crear unos palos similares a los de los lápices ingleses, aunque de inferior calidad.
El desarrollo internacional del lápiz continuará entonces en Italia: una pareja de carpinteros, Simonio y Lyndiana Bernacotti, ahuecan un trozo de madera de enebro y meten el grafito dentro. Poco después, alguien aún más ingenioso que ellos inventa el método que usamos hoy en día: tomar dos mitades con un surco en cada una, poner el grafito dentro y luego pegarlas juntas.
Pero la composición de las minas de los lápices de hoy tendría que esperar hasta 1795, una vez más debido a los azares de la historia: en plenas guerras napoleónicas, Francia no disponía de lápices. Al estar luchando con prácticamente todo el mundo, ni los ingleses ni los alemanes se los vendían. De modo que Nicholas Jacques Conté, un oficial de Napoleón, desarrolla un sistema propio para producir minas: mezclar el polvo de grafito con arcilla y luego cocer la mezcla en un horno, el sistema que seguimos utilizando hoy, con algunas mejoras. De hecho.
La composición de los lápices
Los lápices especiales usados para hacer la prueba de durezas están hechos de varias combinaciones de grafito y arcillas, cocidos al horno para endurecer sus composiciones.
La dureza de los lápices depende de la proporción entre grafito (una variedad del carbono) y arcilla: cuanto más grafito se utilice, más blando u oscuro es el trazo del lápiz.
Todos los lápices modernos tienen alrededor de un 5% de cera, pero variando la cantidad de arcilla y grafito se pueden hacer más negros y blandos o más duros y claros – la gradación Black (B) / Hard (H) que usamos hoy en día. El lápiz normal y corriente de escritura es HB, Hard-Black, en el punto medio de la escala y tiene un 68% de grafito. Un lápiz muy duro, como un 9H, tiene sólo un 41% de grafito, mientras que uno muy negro, como un 8B, tiene un 90%.
Durezas
Por ajuste de las cantidades de estos dos materiales orgánicos, los lápices pueden ser muy blandos o muy duros. Los diferentes juegos de estos lápices están disponibles en las empresas de suministro de materiales de control de recubrimientos.
Un juego completo tendrá las clasificaciones de lápiz siguientes, que comienzan con el más difícil – 9o, 8o, 7o, 6o, 5o, 4o, 3r, 2o, la F, HB, la B, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B y 9B (a la izquierda es el lápiz más suave; esto contiene la mayor parte de grafito y la menor parte de cantidad de arcilla). El «H» significa «la dureza» y el «B» significa «la oscuridad», que viene de la cantidad de grafito usado en los lápices más suaves.
El lápiz puede clasificarse en dos grupos según sea su dureza:
Lápices duros: de mina seca, tenaz, grisacea,y algo estrecha, se definen por la letra H o números altos
Lápices blandos: de mina aceitosa, frágil, oscura y más gruesa, se identifican con la letra B seguido por un número ( cuanto más alto más blando )
Como se efectúan los ensayos de dureza.
Para preparar una muestra de ensayo sobre una probeta barnizada, la madera deberá estar bien seca, limpia y suciedad de partículas de polvo. El grosor de la capa deberá estar entre 0,5 y 1.5 milímetros de espesor. Después de que la muestra haya sido acabada, deberían permitirle secar durante siete días antes de que la prueba de dureza de lápiz sea realizada.
En todos los casos, es muy útil anotar todas las medidas de las pruebas realizadas sobre las probetas a verificar.
Todas las probetas que se van a analizar su dureza requieren que estén lo suficientemente secas como para que no se produzcan datos dispares en las diferentes medidas obtenidas.
La temperatura ambiental donde se realizan las pruebas de dureza, puede tener un efecto positivo o negativo sobre la dureza de las películas.
Algunas películas de barniz pueden hacerse más duras después de una semana y, de ser probadas o medidas de nuevo, mostrarían una dureza de lápiz más alta sobre el dato obtenido con anterioridad.
Es muy interesante averiguar los posibles cambios que se pueden producir en la repetitividad de los ensayos realizados en diferentes momentos sobre los mismos materiales. Esto nos dará una idea de los posibles errores d apreciación que podamos haber cometido.
La superficie del revestimiento puede ser verificada con una amplia gama de puntas de lápiz, desde 9H -la más dura- hasta 6B -la más blanda-. El operario aplica una secuencia de toques sobre la superficie del filme, por lo general cinco; si no consigue rayarla, pasa al grado de dureza siguiente, y asi sucesivamente hasta que la muestra es dañada por el lápiz. Se considera que un revestimiento es duro cuando sobrevive al intento de rayarlo con un lápiz 3H o superior.
Variabilidad de los resultados.
La variabilidad de la efectividad del test de lápices, elaborado por algunas personas, pone de manifiesto algunas variabilidades en el resultado de las pruebas ya con H1, aun cuando el test haya sido llevado a cabo mediante operarios experimentados con buena vista, de acuerdo con un protocolo estricto y utilizando la especificación estricta del lápiz. Esta variabilidad puede llegar a ser mucho mayor en condiciones de laboratorio o cuando se esté trabajando con proveedores o usuarios finales distintos.
Existen varias razones para explicar la diferencia. Por ejemplo, a menudo el ensayo lo llevan a cabo a mano personas muy diferentes, sin un orden preciso en la gestión de los lápices; frecuentemente el filme revestido se coloca sobre una gran variedad de materiales, desde la goma hasta el cristal.
En el contexto de estas investigaciones se ha visto que una gama de lápices de diversos fabricantes, acusaban diferencias considerables en cuanto a rendimiento en los mismos test. Así, un 3H fabricado en Japón puede diferir notablemente de un 3H de europeo, el cual a su vez es distinto de otro 3H de procedencia Norteamericana. Esta disparidad tiene una explicación obvia que a menudo se pasa por alto: los lápices se fabrican para ser utilizados por dibujantes y artistas, y no para realizar mediciones científicas.
Lo esencial reside en que los resultados de este estudio poseen una importancia fundamental para la industria de fabricación de substratos para film. Para empezar los productores tendrán que convenir un estándar para los ensayos de dureza mediante lápices, buscando condiciones controlables al efecto de averiguar la metodología más repetible y exacta. Sobre ello el cliente debería estar mejor informado acerca de estos temas, y también se le debería animar a que coopere más estrechamente con el productor para decidir qué artículo responde mejor a sus especificaciones, de acuerdo con ensayos realizados bajo condiciones controladas.
Campos de aplicación de este ensayo
El test de lápices, utilizado para saber si un revestimiento se comportará bien en condiciones de uso, se utiliza frecuentemente en la fabricación de muebles, coches, asi como en impresión y otros sectores de recubrimientos orgánicos, ya que no requiere equipos caros y ofrece un resultado visual inmediato.
Por último se concluye que en un mercado como el actual, ferozmente competitivo, con estándares de calidad precisos, el test de lápices resulta un método poco exacto e inadecuado para justificar decisiones de ingeniería o de compra. Hay métodos mucho mejores, como el test Taber, para verificar aplicaciones de pantalla: en este caso se trata de una prueba de resistencia superficial, y no de escala.
