Ćwiczenia_ZIP ćwiczenia_Budowa i klasyfikacja materiałów
advertisement
Budowa i klasyfikacja materiałów samoprzylepnych ETYKIETY I KLEJE Do ćwiczeń obowiązuje dodatkowo część teoretyczna ze skryptu: Korzeniowski A., Towaroznawstwo Artykułów Przemysłowych, MD, część III, Poznań 2006, rozdział 12 Badanie klejów, str. 241. Materiały samoprzylepne są produktami wielowarstwowymi. Najczęściej składają się one z dwóch części: wierzchniej, stanowiącej samoprzylepny materiał użytkowy oraz spodniej, ochronnej dla kleju samoprzylepnego. Powszechny jest także pogląd, że materiały samoprzylepne składają się z trzech komponentów, które stanowią: materiał powierzchniowy, klej samoprzylepny, papier podkładowy. Jak widać, poglądy są trochę rozbieżne. Niemniej w najprostszej wersji materiał samoprzylepny składa się z: materiału wierzchniego, kleju samoprzylepnego, materiału spodniego. Schematyczną budowę materiału samoprzylepnego przedstawiono na rys. 1. Jest to najprostszy i najczęściej produkowany rodzaj materiałów samoprzylepnych, w związku z tym produkowane są materiały kilkuwarstwowe mające inną niż przedstawiona na rys. 1. budowę. Materiały samoprzylepne w zależności od rodzaju powierzchni najczęściej dzielone są na: papiery niepowlekane, papiery powlekane, laminaty termiczne, laminaty syntetyczne, asortyment specjalny Rysunek 1 Schematyczna budowa materiału samoprzylepnego: 1 materiał wierzchni, 2 klej samoprzylepny, 3 materiał spodni (powleczony warstwą silikonu) Materiały wierzchnie - podłoża drukowe stosowane w materiałach samoprzylepnych Jako materiały wierzchnie w materiałach samoprzylepnych występują: papiery niepowlekane, papiery powlekane, 1 - materiały termiczne, folia aluminiowa, jej laminaty i papiery metalizowane próżniowo, folie syntetyczne, materiały specjalne. Klejenie Początkowo stosowano kleje pochodzenia naturalnego uzyskiwane z mleka i wapna gaszonego oraz innych substancji. Pomimo rozwoju opracowania klejów syntetycznych w dalszym ciągu stosowane są kleje pochodzenia naturalnego. Podstawowymi składnikami klejów są polimery, które w mieszaninie z rozpuszczalnikami, rozcieńczalnikami, napełniaczami i innymi składnikami dodatkowymi stanowią klej. Za pomocą klejów połączyć można praktycznie wszystkie materiały (tworzywa, metale, szkło, drewno, kamień, gumę i inne) między sobą i praktycznie w dowolnych kombinacjach – układach. Przyczepność kleju do powierzchni klejonej – adhezja Podstawowymi składnikami klejów są żywice naturalne lub syntetyczne. Żywice naturalne są pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego. Syntetyczne natomiast otrzymujemy przy pomocy tzw. polireakcji. W skład klejów wchodzą żywice oparte na polimerach termoplastycznych, termoutwardzalnych i elastomerach. Adhezja jest to oddziaływanie na granicy dwóch faz: stałej i ciekłej. Siły występujące podczas tego oddziaływania warunkują przyczepność pomiędzy substancjami. Oddziaływania te mogą mieć charakter mechaniczny zakotwiczenia się kleju do nierówności powierzchni łączonej (adhezja mechaniczna) lub też być sumą oddziaływań międzyatomowych i cząsteczkowych (adhezja właściwa). Na oddziaływania te składają się: siły oddziaływań cząsteczkowych i atomowych wywołane przez siły międzycząsteczkowe i siły wiązań chemicznych. W przypadku polimerów liniowych (kleje na bazie termoplastów) są to przede wszystkim siły van der Waalsa. Siły te mają zasięg oddziaływania w zakresie długości wiązań atomowych i maleją proporcjonalnie do odległości. Podczas klejenia warunek ten może być spełniony, gdyż kleje występują w postaci ciekłej. Nawet kleje o dużej lepkości czy też w stanie stałym (kleje topliwe) w procesie klejenia (utwardzania kleju) przechodzą przez fazę ciekłą związane jest to bądź z podwyższoną temperaturą utwardzania, bądź w wyniku reakcji chemicznych zachodzących podczas utwardzania kleju, które są najczęściej egzotermiczne. Podczas klejenia tworzyw bardzo istotna jest polarność tworzywa. Polarność tworzywa, jak i kleju, wynika z niesymetrycznego rozłożenia ładunku w cząsteczce. Takie rozłożenie ładunków prowadzi do pojawienia się momentu dipolowego. Siła wynikająca z oddziaływań dipolowych maleje wraz ze wzrostem temperatury, gdyż wówczas wzmaga się ruch cząsteczek, w tym i dipoli, zmienia się ich orientacja w tworzywie. Klejom właściwości kleiste nadaje się podczas produkcji. Natomiast materiałom klejonym, jak tworzywo sztuczne, metale, ceramika, szkło i inne, nadaje się optymalne właściwości powierzchni do klejenia w procesie przygotowania powierzchni. 2 Cechą charakterystyczną klejów jest kohezja. Kohezja, czyli spójność spoiny klejowej określa jej wytrzymałość mechaniczną będącą odzwierciedleniem sił i oddziaływań międzycząsteczkowych wewnątrz kleju. Zniszczenie złącza klejonego może nastąpić w jednym z trzech następujących przypadków: • na granicy materiał łączony - klej, zniszczenia takie ma charakter adhezyjny, • w warstwie kleju, wówczas zniszczenie ma charakter kohezyjny, • w materiale łączonym. Pierwszy rodzaj zniszczenia (adhezyjny) ma miejsce wtedy, gdy siły wpływające na przyczepność kleju do materiału łączonego są mniejsze od sił kohezji kleju i materiału łączonego. Drugi przypadek (zniszczenie kohezyjne) ma miejsce wówczas, gdy siły kohezji są mniejsze od sił adhezji i wytrzymałości materiału łączonego. Trzeci przypadek jest tym, do którego się zmierza prowadząc proces klejenia, czyli do zniszczenia połączenia występującego w materiale łączonym. W tym przypadku siły przyczepności i kohezji są większe od sił spójności materiału klejonego. Z tego powodu substancje chemiczne, z których otrzymuje się kleje, muszą charakteryzować się dużymi siłami spójności w stanie utwardzonym. W celu polepszenia jakości klejów dodaje się do nich napełniacze, modyfikatory i inne składniki. Klej oprócz spójności (kohezji) musi w sposób maksymalnie dobry współdziałać z powierzchnią łączoną, tj. wykazywać dobrą przyczepność – adhezję. Aby to zrealizować, należy odpowiednio przygotować powierzchnię do klejenia. Przygotowanie powierzchni do klejenia Operacja technologiczna przygotowania powierzchni ma na celu przeprowadzenie takich działań, w wyniku których otrzyma się powierzchnię o największej aktywności. Sposób przygotowania powierzchni dostosowuje się do konkretnego kleju, czyli układu: przygotowana powierzchnia – klej, a w wyniku współdziałania uzyskuje się maksymalną adhezję. Najprostszym sposobem oceny metody przygotowania powierzchni do klejenia jest zwilżalność mierzona kątem zwilżania (Rys. 2). Próbę można wykonać, używając do oceny zwilżalności wody. Jeśli woda dobrze zwilża powierzchnię, to tym bardziej klej będzie ją zwilżał. Rysunek 2 Zwilżanie powierzchni stałej przez ciecz: σsg – napięcie powierzchniowe podłoże – gaz; σsl - napięcie powierzchniowe podłoże – ciecz; σlg - napięcie powierzchniowe ciecz – gaz. 3 Przygotowanie do klejenia powierzchni tworzyw sztucznych prowadzić można następującymi sposobami: mechanicznym, chemicznym lub obróbką za pomocą metod fizykochemicznych: płomieniową plazmową. Każdy przypadek klejenia rozpatruje się indywidualnie, dobierając sposób przygotowania powierzchni i klej, który musi spełnić wymagania eksploatacyjne połączenia będące efektem optymalnego doboru kleju i sposobu przygotowania powierzchni. Pierwszą operacją w procesie przygotowania powierzchni jest odtłuszczanie. W procesach klejenia różnych materiałów jest to warunek konieczny, gdyż obrabiane powierzchnie nie mogą być zatłuszczone. Odtłuszczanie ma na celu usunięcie z powierzchni zanieczyszczeń, do których należą: zabrudzenia olejem, smarem, wilgoć i inne niepożądane substancje przeszkadzające w dalszych procesach uaktywniania powierzchni. Odtłuszczanie przeprowadzać można ręcznie w przypadku produkcji jednostkowej lub w przypadku skomplikowanego kształtu elementu odtłuszczanego. Ten rodzaj odtłuszczania jest niedoskonały oraz praco- i czasochłonny. Odtłuszczanie najczęściej odbywa się albo w kąpielach rozpuszczalników, albo ich parach. Do odtłuszczania i mycia można stosować rozpuszczalniki: aceton, benzynę, czterochlorek węgla lub wodne roztwory substancji powierzchniowo czynnych, np, alkiloarylosulfoniany, roztwory fosforanów i inne. Gdy do odtłuszczania używa się wody ze środkami myjącymi, należy sprawdzić, czy tworzywo chłonie wodę – czy jest hydrofilowe. Jeżeli tak, to następną czynnością musi być usunięcie wody np. przez wysuszenie. Do mechanicznych metod przygotowania należy szorstkowanie powierzchni. Metodę tę stosuje się do tworzyw twardych, takich jak PVC, poliamidy, tworzywa termoutwardzalne. Powierzchnię tworzyw miękkich najczęściej poddaje się działaniu rozpuszczalnika, w wyniku czego powierzchnia pęcznieje. Działania te prowadzą do powiększenia czynnej powierzchni klejenia. Powierzchnia ta jest większa od powierzchni geometrycznej połączenia. W warstwie spęcznionej makrocząsteczki tworzywa stają się bardziej ruchliwe i mogą łatwiej się łączyć z klejem. Przykładem może być klejenie twardego polichlorku winylu. Tworzyw niepolarnych, bardzo trudno rozpuszczających się w rozpuszczalnikach, nie obrabia się w ten sposób. Np. polietylen można poddać działaniu kwasu chromowego, policzterofluoroetylen (teflon) poddaje się działaniu sodu rozpuszczonego w naftalenie i czterowodorofuranie, polipropylen poddaje się działaniu wyładowań elektrycznych, np. przed malowaniem, gdzie powierzchnia musi mieć podobną aktywność jak przed klejeniem. W niektórych przypadkach stosuje się kąpiel sporządzoną ze stężonego kwasu siarkowego, dwuchromianu potasu i wody. Stosuje się ją do trawienia powierzchni tworzyw, które klejone są klejami reaktywnymi. Tworzywa niepolarne, szczególnie polietylen i polipropylen, zamiast kleić, należy spawać i zgrzewać. Efekty klejenia są stosunkowo mizerne, przy bardzo dużym nakładzie pracy związanym przede wszystkim z przygotowaniem powierzchni do klejenia. Połączenia spawane i zgrzewane PE i PP mają doskonałe własności mechaniczne. Tworzywa polarne można łatwo kleić, a proces przygotowania powierzchni jest najczęściej prosty i tani. W tworzywach polarnych występują dipole, wraz z dipolami pojawiają się oddziaływania elektrostatyczne, jak siły przyciągania dipolowego, na które wpływają momenty dipolowe. Dipole jednej cząsteczki oddziałując na cząsteczki drugiej 4 substancji zdolne są zainicjować zjawisko polaryzacji, mogą tworzyć się dipole indukowane. Oddziaływania te będą skuteczne w układzie: klej – materiał klejony, kiedy klej występuje w stanie ciekłym, wówczas zbliżenie kleju, do materiału klejonego jest najlepsze. Oprócz, opisanych zjawisk absorpcji fizycznej w procesie zwilżania kleju występują oddziaływania chemiczne, a właściwie siły wiązań chemicznych. W niektórych ocenach to one decydują o przyczepności kleju do materiału klejonego. Całość oddziaływań chemicznych nazywa się chemisorpcją. Zarówno absorpcja fizyczna, jak i chemisorpcją występują wspólnie. Intensywność tych zjawisk ma szczególne miejsce np. na powierzchniach przygotowywanych sposobami mechanicznymi, gdzie na skutek obróbki w warstwie obrabianej powierzchni, zarówno metali, jak i tworzyw sztucznych, tworzy się cała gama defektów strukturalnych, takich jak różnego rodzaju dyslokacje (krawędziowe, śrubowe, punktowe), stanowiących centra aktywne dla kleju. W literaturze związanej z adhezją zjawiska te są szczegółowo omówione i w dalszym ciągu stanowią interesującą dziedzinę badań. Dla osób zajmujących się procesem klejenia bardzo ważne są czystość powierzchni, jej aktywność, powodujące że nanoszony na nią klej, który ma podobne właściwości, bardzo dobrze się z nią zwiąże. Powierzchnię tworzyw sztucznych bardzo często przygotowuje się metodą płomieniową i plazmową. Metoda płomieniowa stosowana jest do modyfikacji (uaktywnienia) powierzchni tworzyw. Polega na działaniu płomienia spalanych węglowodorów na powierzchnię tworzywa. Jest to bardzo silny proces utleniający, powodujący destrukcję długich łańcuchów węglowych polimerów, przy czym tworzą się mniejsze cząsteczki oraz powstaje szereg grup funkcyjnych zawierających tlen, jak np. grupa hydroksylowa – OH, karboksylową – COOH, ketonowa – C = 0 i inne. Metodą tą dobrze uaktywnia się nawet silnie niepolarne tworzywa, jak PE i PP. Metoda plazmowa polega na działaniu plazmą, czyli zjonizowanym gazem (rozpad atomów na dodatnio zjonizowane cząsteczki i swobodne elektrony, tworzące kwazineutralną mieszaninę). Podczas działania plazmy na powierzchnię tworzywa zachodzą procesy trawienia, czyszczenia, a zwłaszcza tworzenie się nowych grup funkcyjnych. Jakie grupy funkcyjne się tworzą, zależne jest od składu gazów, z których plazma się tworzy. Plazma tlenowa generuje grupy zawierające atom tlenu, plazma azotowa wytwarza grupy zawierające azot, jak aminowe – NH i – NH2, – CN. Plazma halogenowa wytwarza na powierzchni grapy zawierające atomy chloru, fluoru, np. –C – Cl, – C – F. Podczas obróbki plazmowej ważny jest czas działania plazmy i jej moc. Obydwa te parametry ustala się doświadczalnie dla każdego układu: tworzywo – klej. Ma to miejsce podczas opracowania technologii klejenia. Podsumowując - metodami przygotowania powierzchni tworzyw do klejenia są: działanie rozpuszczalnikami, trawienie, obróbka płomieniowa i plazmowa oraz obróbka mechaniczna. 5 Surowce do produkcji klejów Jako surowce do produkcji klejów znaczenie techniczne mają następujące substancje chemiczne: • żywice: epoksydowe, fenolowe, rezorcynowe, mocznikowe, melaminowe, • nienasycone żywice poliestrowe, • silikony, poliuretany, polioctan winylu, chlorowany polichlorek winylu, kopolimery chlorku i octanu winylu, poliakrylany, polimetakrylany, estry celulozy, polialkohol winylowy, poliacetale winylowe, polistyren, poliizobutylen, polibutadien, kopolimery butadienu i akrylonitrylu, polichloropren, polisiarczki. Wymienione substancje rzadko występują w kleju same, najczęściej w mieszaninie z różnymi dodatkami. Całość takiej mieszaniny stanowi o właściwościach kleju. Każdy klej ma specjalne, charakterystyczne dla niego właściwości i przeznaczenie. Nie ma klejów uniwersalnych, które kleją wszystkie materiały z takim samym dobrym skutkiem. Kleje występują w różnych postaciach: jako roztwory wodne, dyspersyjne, roztwory w rozpuszczalnikach organicznych w postaci cieczy o małej i dużej lepkości – są to kleje rozpuszczalnikowe. Kleje, których utwardzanie związane jest z reakcją chemiczną nazywa się klejami reaktywnymi. Kleje mogą występować w postaci ciała stałego (kleje topliwe), folii lub mogą być naniesione na nośniki. Kleje te w procesie klejenia przechodzą przez fazę ciekłą (ulegają stopieniu). W fazie tej następuje zwilżenie powierzchni klejonej, czyli przechodzą przez fazę taką, w jakiej występują kleje ciekłe i w tym momencie pojawiają się oddziaływania pomiędzy klejem a przygotowaną powierzchnią klejoną. Na Rys. 3 przedstawiono zmianę lepkości kleju podczas jego utwardzania. Rysunek 3 Przebieg zmian lepkości podczas utwardzania klejów: 1 – kleje stałe, 2 – kleje ciekłe. Podział klejów Kleje można podzielić na naturalne i syntetyczne. Kleje naturalne można podzielić na pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Kleje syntetyczne można podzielić według różnych kryteriów, np.: 6 • według postaci – na ciekłe i stałe. • według budowy chemicznej – fenolowe, mocznikowe, epoksydowe, nitrocelulozowe, kauczukowe, • według mechanizmu wiązania - w procesie fizycznym (odparowanie rozpuszczalnika), w wyniku reakcji chemicznej, zestalające się po obniżeniu temperatury, • według zastosowania - do klejenia tworzyw sztucznych, drewna, metali itp. • według sposobu stosowania – kleje przylepcowe, kontaktowe, reaktywne i rozpuszczalnikowe. Podstawowym warunkiem stawianym klejom jest, aby posiadały one dobrą adhezję do powierzchni klejonej. Przejawia się to małym kątem zwilżania (Rys. 1). Na rynku krajowym występują a przynajmniej do niedawna występowały, następujące kleje epoksydowe utwardzane na gorąco: 1. Epidian 100, występujący jako ciało stałe, 2. Epidian 101 a. A – ciecz, roztwór epidianu 1 w acetonie, b. B – ciecz, roztwór cyjanodwuamidu w acetonie, 3. ME – 1, występujący jako ciecz, mieszanina epidianu 1 z poliwinylobutyralem i dwucyjanodwuamidem 4. ME – 1, występujący w postaci stałej – błony, klej naniesiony na siatkę stylonową, utwardzane na gorąco i na zimno: 5. Epidian 5 – małocząsteczkowa żywica epoksydowa bez dodatku rozpuszczalników i rozcieńczalników 6. Epidian 51 – jest to mieszanina epidianu 5 z modyfikatorem ftalan dwubutylu, 7. Epidian 53 – jest to mieszanina epidianu 5 z modyfikatorem styrenem, 8. Epidian 55 – jest to mieszanina epidianu 5 z aktywnym rozpuszczalnikiem organicznym – fosforynem trójfenylowym. Jako jedyny epidian mogący się utwardzać w temperaturze 0 oC, 9. Epidian 57 - jest to mieszanina epidianu 5 z modyfikowaną żywicą poliestrową 10. Epidian 58 – jest to mieszanina epidianu 5 z aktywnym rozcieńczalnikiem EBG, 11. Epidian 410 – jest to mieszanina epidianu 5 z pyłem aluminiowym. Wymienione epidiany od 5 do 410, aby mogły być zastosowane jako kleje, wymagają użycia utwardzacza. Utwardzaczy do ich utwardzenia jest kilka. Zastosowanie ich do utwardzania kleju daje spoiny (warstwę utwardzonego kleju) o różnych własnościach, np. kruche, elastyczne, odporne w różnym stopniu na różne środowiska. Do utwardzaczy tych należą: • Z-l – trójetylenoczteroamina (TECZA), M – m – fenylenodwuamina, PAC – pofiaminoamid, saduramit 25 i 40 (oznaczany również PA-25 i PA-40) są produktami poliaminoamidów z dimeryzowanymi kwasami tłuszczowymi, AR-1-10S i AR-1100S, Akfanil. 7 Kleje na bazie kwasu poliakrylowego i jego pochodnych: • bezrozpuszczalnikowy klej cyjanoakrylowy—Cyjanopan B-4, • kleje emulsyjne wytwarzane na bazie kopolimeru akrylowego. Kleje na bazie poliacetali winylu: • BWF-21 oraz BWF-41 - alkoholowy roztwór pofiwinylobuty-ralu modyfikowanego żywicą fenolowo-formaldehydową. Kleje fenolowe: • klej Nr-1 (do klejenia okładzin hamulcowych) - roztwór żywicy fenoloformaldehydowej z poliwinyloformalem, spirytusem posiarczynowym i dwuchloroetanem, • klej bakelitowy – roztwór żywicy fenolo – formaldehydowej typu rezolowego. Kleje na bazie polichlorku winylu: • PCW/AT oraz PCW/CA - roztwory PVC w rozpuszczal¬nikach: octanie etylu i butylu, dwuchloroetanie, chlorku metylenu i acetonie, • Klej agresywny do rur – roztwór. Kleje na bazie kwasów akrylowego i metakrylowego oraz ich pochodnych: • cyjanopan B-4 - 2-cyjanoakrylan, • Osolan Kl-B (Metapleks BK-540) - roztwór. Kleje anaerobowe – na bazie dwumetakrylanu, utwardzają się bez dostępu tlenu: • Loctite - klej irlandzki. • Kolfix: S, W/55; W/904; W/908; W/910 i P/55 - produkt krajowy na bazie dwumetakrylanu. Kleje często stosuje się z aktywatorami, preimerami (podkładami), które mają na celu zwiększenie przyczepności, poprawienie adhezji kleju do łączonego materiału. 8 Proces klejenia 1. Przygotowanie kleju Po dokonaniu wyboru kleju następuje operacja jego przygotowania. W przypadku klejów jednoskładnikowych nie ma żadnych czynności dodatkowych za wyjątkiem wymieszania, gdy klej jest z napełniaczem. Czynność przygotowania kleju występuje w przypadku klejów wieloskładnikowych: dwu-, trój- i wieloskładnikowych. Najważniejsze jest przestrzeganie zaleceń producenta kleju, przede wszystkim o ilościowym stosunku mieszania poszczególnych składników. Pod żadnym pozorem nie wolno tego zmieniać, gdyż najczęściej wynika to ze stechiometrii reakcji, która zachodzi po zmieszaniu np. żywicy z utwardzaczem. Nadmiar jednego z nich pozostawia go nie przereagowanym w utwardzonym kleju. Ważną informacją dla użytkownika kleju jest żywotność masy klejowej, czyli czas od chwili zmieszania żywicy z utwardzaczem do chwili osiągnięcia takiej lepkości przez klej, która uniemożliwia naniesienie na powierzchnię. Należy pamiętać o tym, że reakcja zachodząca pomiędzy żywicą a utwardzaczem jest najczęściej egzotermiczna i przy dużej ilości zmieszanych składników klej może się nagrzać do tego stopnia, że ulegnie zestaleniu przed jego wykorzystaniem. W krańcowym przypadku może dojść do zapalenia się kleju. Przygotowanie (mieszanie) można przeprowadzić ręcznie lub w mieszalnikach mechanicznych. Wiąże się to z ręcznym lub zmechanizowanym nanoszeniem kleju. 9 2. Nanoszenie kleju Na przygotowaną powierzchnię klejoną nanosi się klej. Klej nanosić można ręcznie za pomocą prostych narzędzi (np. pędzla) lub urządzeń do nanoszenia kleju. Ważne jest, aby warstwa kleju była możliwie cienka i równomierna na całej powierzchni klejonej. Najczęściej kleje nanosi się na obydwie powierzchnie łączone. Producent precyzuje to w instrukcji. Dla klejów rozpuszczalnikowych bardzo ważne jest przestrzeganie tzw. czasu otwartego (czas schnięcia otwartego) - jest to czas niezbędny do odparowania rozpuszczalnika z kleju, kiedy powłoka klejowa osiąga optymalną przyczepność (dotykający palec nie może się kleić). Po tej czynności następuje złączenie powierzchni z naniesionym klejem i utwardzenie. 3. Utwardzenie kleju Utwardzenie kleju można przeprowadzać na „zimno" w temperaturze pokojowej oraz na gorąco w temperaturze podwyższonej. Istnieje prosta zależność temperatury od czasu utwardzania: wyższa temperatura - krótszy czas utwardzania oraz lepsze właściwości połączenia. Szybkość utwardzania związana jest z reakcją, która zachodzi w kleju. Wyższa temperatura to szybszy przebieg reakcji utwardzania. Parametrami utwardzania kleju są: temperatura, czas i docisk. Utwardzanie przeprowadza się w suszarce, piecu lub autoklawie, w którym równocześnie wywierany jest docisk. Docisk w procesie klejenia można zrealizować w różny sposób. Rys. 4 przedstawia niektóre rozwiązania sposobu wywierania docisku. Są kleje, które wymagają docisku jedynie kontaktowego 0,1 kg/cm, inne np. fenolo – formaldehydowe ok. 20 kg/cm2. Wszystkich parametrów należy bezwzględnie przestrzegać i zachowywać je w wielkościach podanych przez producenta kleju. Od zachowania tych parametrów zależy w dużej mierze wytrzymałość połączenia klejonego. Rysunek 4 Sposoby wywierania docisku w procesie klejenia. 10 Tabela 1 Krajowe kleje do klejenia metali i tworzyw sztucznych - parametry utwardzania 4. Kondycjonowanie Po procesie utwardzania kleju następuje czynność kondycjonowania. Po zakończonym procesie utwardzania połączenia klejone pozostawia się na pewien czas w warunkach otoczenia w celu wyrównania w spoinie naprężeń wewnętrznych i między innymi osiągnięcia normalnej wilgotności sklejanego materiału. W czasie kondycjonowania spoina osiąga pełną wytrzymałość. Czas kondycjonowania jest zazwyczaj podawany przez producenta kleju. 5. Obróbka wykańczająca klejonych elementów Przedmioty sklejone można poddać obróbce dopiero po zakończeniu kondycjonowania. Wykańczanie polega na nadaniu złączu odpowiedniej estetyki. Najczęściej polega to na oszlifowaniu wycieków nadmiaru kleju, wypolerowaniu. 11 Zasady doboru kleju Kleje są opracowywane pod kątem klejenia określonych materiałów i tylko te materiały można nimi skutecznie łączyć. Pierwszym warunkiem właściwego doboru kleju jest znajomość budowy materiału, który ma być łączony. Doboru kleju do łączenia danego materiału można dokonać biorąc pod uwagę następujące czynniki: • właściwości użytkowe kleju, • właściwości otrzymanego połączenia, • koszt procesu klejenia, a zwłaszcza kleju. Pierwszy z tych czynników dotyczy przydatności kleju do danego procesu technologicznego i obejmuje takie elementy, jak sposób przygotowania masy klejowej i jej żywotność, sposób nanoszenia kleju, warunki utwardzania i wymagania związane z bezpieczeństwem pracy i ochrony środowiska. Drugi czynnik związany jest z własnościami eksploatacyjnymi wykonanego połączenia. Przede wszystkim wytrzymałością, ale również odpornością spoiny klejowej na różne oddziaływania, np. temperaturę, wilgotność, środowisko chemiczne, w którym połączenie pracuje, zmienne naprężenia, o ile występują itp. Trzeci czynnik to cena kleju, często ona decyduje o użyciu danego kleju. W przypadku konieczności wytypowania kleju do nowego połączenia należy wziąć pod uwagę następujące ogólne wskazania: • klej musi wykazywać przyczepność do danego materiału, czyli dobrze zwilżać jego powierzchnię, • spoina klejowa powinna mieć właściwości zbliżone do właściwości klejonego materiału. Pożądane jest, gdy klej w złączu jest bardziej elastyczny od materiału klejonego, co zapewnia większą wytrzymałość połączenia, • podczas klejenia tworzyw sztucznych najlepsze połączenia uzyskuje się, gdy klej jest wykonany na bazie tego samego polimeru, co materiał łączony, • w przypadku użycia kleju termoutwardzalnego temperatura jego utwardzania musi być znacznie niższa niż temperatura mięknienia tworzywa klejonego. W przeciwnym razie mogą wystąpić odkształcenia, a nawet uszkodzenia materiału łączonego, • wytypowany klej nie powinien wykazywać zbyt dużego skurczu podczas utwardzania, gdyż pociągałoby to za sobą występowanie naprężeń w złączu, • klejąc materiały porowate należy unikać klejów rozpuszczalnikowych; gdyby zaszła konieczność ich zastosowania, należy zwrócić uwagę na odparowanie rozpuszczalnika przed złączeniem elementów klejonych. Ważne jest, by nie dopuścić do rozpuszczenia tworzywa klejonego, co można zaobserwować, jako zapadnięcie struktury komórkowej. Uwzględniając powyższe uwagi można tak dobrać klej do łączenia danego tworzywa, że otrzymane połączenie będzie spełniało wymagania tak wytrzymałościowe, jak i odporności na warunki eksploatacyjne. Przy doborze kleju do łączenia danego tworzywa można posługiwać się informacjami zawartymi w literaturze fachowej, jednak szczegóły technologii klejenia należy ustalić doświadczalnie. 12 Kontrola połączeń klejonych Połączenia klejone można badać metodami nieniszczącymi i niszczącymi. Do nieniszczących metod badania należą: ocena wzrokowa, wysokonapięciowa, ultradźwiękowa, rentgenowska, podciśnieniowa, określenie wodo- i gazoszczelności. Powyższe metody można zastosować na gotowych wyrobach. Równolegle z wykonywanym wyrobem należy wykonać próbki, które poddaje się ocenie zgodnie z istniejącymi normami. Są trzy podstawowe normy określające jakość klejów i połączeń klejonych: • określenie wytrzymałości na ścinanie przez rozciąganie wgPN-69/C-89300 • określenie wytrzymałości klejów na oddzieranie wg PN-69/C-89302, • określenie wytrzymałości na odrywanie wg PN-65/C-89301. Na Rys. 5 przedstawiono próbki do badań połączeń klejonych wg wyżej podanych Polskich Norm. Rysunek 5 Próbki do badań połączeń klejowych: a) na ścinanie b)na oddzieranie c) na odrywanie Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych połączeń klejonych Połączenia klejone powinny być tak projektowane, by naprężenia w nich występujące miały charakter przede wszystkim ścinający lub odrywający. Połączenia wrażliwe są na działanie naprężeń złożonych, np. odrywająco – oddzierających. Najkorzystniejszym przykładem jest połączenie rura z rurą, gdzie przy rozciąganiu, ściskaniu i skręcaniu zawsze występują naprężenia ścinające. Ważna jest wielkość powierzchni łączonych, która powinna być możliwie duża. Dobrze jest to realizowane w połączeniach zakładkowych, w których wytrzymałość 13 połączenia związana jest z długością zakładki. Zależność ta jest zależnością liniową tylko do pewnej wartości jej długości. Długość zakładki określa wzór: L = mσ 0, 2 gdzie: m – współczynnik zależny od rodzaju połączenia i sił obciążających, σ0,2 – umowna granica plastyczności. Graficznie zależność długości zakładki od wytrzymałości przedstawiono na rys. 6. Rysunek 6 Wykres zależności wytrzymałości połączenia klejonego zakładkowego od długości zakładki. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych połączeń klejonych przedstawia Rys. 7. Rysunek 7 Przykłady połączeń klejonych, których spoiny pracują na ścinanie Rysunek 8 Połączenia klejone zakładkowe 14 Rysunek 9 Połączenia klejone rurowe Rysunek 10 Połączenia okrągłych prętów Kleje samoprzylepne Klejem samoprzylepnym powleczona jest spodnia strona wierzchniej warstwy materiału samoprzylepnego. Kleje samoprzylepne w określonym przedziale temperatur mają trwałe właściwości przylepne, które powodują natychmiastowe przywieranie z odpowiednią siłą do różnych powierzchni. Im większa jest ta siła, tym większa przyczepność. Kleje samoprzylepne wykazują pewną przylepność w stanie ciekłym przy nakładaniu na podłoże. W stanie stałym błona klejowa powstała po wysuszeniu lub ochłodzeniu ma jednak przylepność znacznie większą. Jest to charakterystyczna cecha klejów samoprzylepnych. Dawniej kleje samoprzylepne nakładano w postaci roztworów, do sporządzania których używano palnych, toksycznych rozpuszczalników organicznych. Bardzo często przy wytwarzaniu materiałów samoprzylepnych dochodziło do groźnych pożarów. Najczęściej stosuje się obecnie kleje samoprzylepne w postaci klejów topliwych lub emulsyjnych (dyspersyjnych). Częściej są to kleje dyspersyjne. Kleje samoprzylepne są nakładane zwykle stosowanymi sposobami powlekania. W zależności od chłonności podłoża i przeznaczenia (tj. stanu równości powierzchni, na którą naklejany jest materiał samoprzylepny) gramatura nakładanego kleju wynosi od kilku do nawet 30 g/m2. Kleje samoprzylepne mają zwykle skomplikowany skład chemiczny. Obecnie najczęściej do ich produkcji stosowane są poliakrylany i kauczuki (w przeważającej większości syntetyczne). Z dwóch wymienionych powyżej związków wielkocząsteczkowych produkowane są następujące kleje: dyspersyjne na bazie wody (poliakrylany, kauczuki syntetyczne), 15 rozpuszczalnikowe (kauczuk naturalny, poliakrylany)'5, topliwe (hot melts - na bazie kauczuków syntetycznych), sieciowane promieniowaniem UV (UV cross – linkable acrylic - specjalny rodzaj poliakrylanów). Nie wszyscy producenci materiałów samoprzylepnych mają w swej ofercie wszystkie wymienione kleje. Rodzaje klejów z punktu widzenia ich budowy chemicznej oraz sposób ich aplikacji na spodnią stronę materiału wierzchniego (przeznaczonego do zadrukowywania) stanowią dla użytkownika tylko dane informacyjne, gdyż tak naprawdę interesują go dwa zagadnienia: jak zachowuje się materiał samoprzylepny naklejony na daną powierzchnię i przeznaczenie materiału samoprzylepnego z danym typem kleju, czyli tzw. końcowe zastosowanie materiału. Oba problemy można rozwiązać przez stosowanie kombinacji różnych klejów samoprzylepnych. Ze względu na swe właściwości ogół klejów stosowanych w materiałach samoprzylepnych można podzielić na dwie grupy: kleje trwałe (ang. permanent adhesives), kleje usuwalne (ang. removabte adhesives). Kleje trwałe mają dużą przylepność (adhezję) do powierzchni, na którą są naklejane, tak że po naklejeniu etykiety nie można jej oderwać bez jej zniszczenia. W ramach klejów trwałych niektórzy producenci wyróżniają jeszcze: kleje półtrwate (ang. semi-permanent), kleje supertrwale (ang. supertack). Kleje półtrwate zachowują się w jednych warunkach jak trwale, w innych zaś jak usuwalne, np. klej trwały wodousuwalny (ang. water removable) jest trwały bez działania wody i usuwalny przez działanie wody. Kleje supertrwale to kleje trwale o znacznie zwiększonej przylepności. Są one stosowane najczęściej w niskich temperaturach do głębokiego mrożenia Do grupy klejów trwałych zaliczane są: kleje supertrwale, kleje do stosowania w niskich temperaturach (ang. deep freeze), kleje do etykiet na produkty żywnościowe (ang. food grade), kleje półtrwate. Kleje usuwalne mają znacznie niższą adhezję do powierzchni, na którą są przyklejane i w związku z tym można je oderwać od danej powierzchni i ponownie na nią przykleić. Niestety nie dotyczy to wszystkich podłoży: gdy podłoże ma matą spoistość powierzchni (np. papier niepowlekany), wtedy klej usuwalny zachowuje się tak jak klej trwały. Do grupy klejów usuwalnych zaliczane są także kleje zmywalne wodą (ang. water wash off). Są to kleje rozpuszczalne (zmywalne) w wodzie mającej najczęściej odczyn zasadowy. Ostatnio zostały wprowadzone dwie nowe grupy klejów: kleje specjalne (ang. specialities), kleje utwardzane promieniowaniem UV (ang. UV hot melts). 16 Kleje specjalne mają konkretne specyficzne zastosowanie, zaś kleje utwardzane promieniowaniem UV - specyficzny sposób nanoszenia i utrwalania na spodniej stronie materiału wierzchniego. Typowe kleje trwale, usuwalne i półtrwale nazywane są klejami ogólnego przeznaczenia. Kleje nie mają zwykle nazw i oznaczane są najczęściej symbolami. Kleje ogólnego przeznaczenia są stosowane do aplikacji na najprostszych gładkich i suchych powierzchniach bez ekstremalnych warunków otoczenia. Wymagania i zalecenia odnośnie do końcowego użytkownika, a prawdę mówiąc wymagania dotyczące specyficznych powierzchni, na które naklejany jest dany materiał (etykieta) samoprzylepny, zostaną przedstawione w jednym z dalszych rozdziałów. Zazwyczaj kleje kauczukowe są bardziej mrozoodporne niż poliakrylowe. Kleje kauczukowe bardziej niż kleje poliakrylowe brudzą noże przy krojeniu materiałów samoprzylepnych. Kleje mogą być nanoszone na całą powierzchnię materiału samoprzylepnego (etykiety) lub wybiórczo w postaci pasków o różnej szerokości. Materiały spodnie materiałów samoprzylepnych Spodnią część materiałów samoprzylepnych stanowi najczęściej papier o właściwościach abhezyjnych. Jest to papier powleczony warstwą silikonu. Warstwa ta ma właściwości antyadhezyjne (abhezyjne), które zabezpieczają warstwę kleju samoprzylepnego przed samoistnym przylepieniem, a jednocześnie umożliwiają łatwe oddzielenie silikonowego papieru od warstwy kleju dając możliwość łatwego przyklejenia (aplikacji) materiału samoprzylepnego na danej powierzchni, innymi słowy właściwości abhezyjne, czyli antyadhezyjne to nic innego jak właściwości przeciwprzylepne. Jak już wspomniano na wstępie tego rozdziału, materiały samoprzylepne produkowane są w dwóch postaciach: jako materiały arkuszowe i zwojowe. Materiały arkuszowe (głownie papierowe, tj. z wierzchem z papieru) wymagają stabilizującej przekładki abhezyjnej, czyli papieru silikonowego o stosunkowo dużej gramaturze. Samoprzylepne materiały zwojowe (w tym także papiery) wymagają papieru silikonowego o niższej gramaturze, gdyż stabilizacja wymiarowa wstęgi jest również uzależniona od naciągu wstęgi. W związku z powyższym stosowane są różne papiery silikonowe (o różnej gramaturze) do materiałów arkuszowych i zwojowych. Sita sczepienia (adhezji) warstwy spodniej z klejem samoprzylepnym musi być odpowiednia. Nie może być zbyt mała, gdyż warstwa spodnia mogłaby samorzutnie odpaść. Nie może być zbyt duża, gdyż wtedy trudno byłoby oddzielić część wierzchnią od spodniej. Składem powłoki silikonowej można regulować siłę jej sczepienia z warstwą kleju samoprzylepnego. Jest to zagadnienie ważne szczególnie w przypadku automatycznego etykietowania. Sita sczepienia musi być optymalna dla danej szybkości maszyny etykietującej. Materiałem, z którego najczęściej wykonuje się spodnią część materiałów samoprzylepnych, jest wyrób papierowy pokryty silikonem, czyli papier silikonowy. Papier silikonowy spełnia ważną funkcję, jako nośnik części wierzchniej, która jest najczęściej cienka i mało sztywna. W związku z tym musi on mieć odpowiednią sztywność i 17 wytrzymałość. Od papieru silikonowego przeznaczonego do materiałów arkuszowych wymagana jest szczególnie wytrzymałość na przedarcie, zaś dla materiałów zwojowych wytrzymałość na rozciąganie. Stosowane są do tego celu różne rodzaje papierów celulozowych (bezdrzewnych), różniące się sposobem wykończenia, gramaturą, składem itp. Pewne rozwiązania zostały opatentowane przez producentów materiałów samoprzylepnych i w związku z tym różni producenci stosują nieco różniące się papiery silikonowe do tych samych celów. Papier podłożowy do silikonowania jest kupowany u czołowych producentów papieru. Producenci materiałów samoprzylepnych sami we własnym zakresie powlekają silikonem papiery. Jako spodnia warstwa arkuszowych materiałów samoprzylepnych stosowane są głównie różnego rodzaju papiery siarczanowe o różnym stopniu przetworzenia, tak maszynowo gładzone, jak i powlekane. Dolny zakres gramatur papierów silikonowych do arkuszowych materiałów samoprzylepnych jest wyższy niż papierów silikonowych przeznaczonych do zwojowych materiałów samoprzylepnych i wynosi najczęściej od 80 g/m2 wzwyż - na ogól do 140 g/m2; w tym także papiery samokopiujące CFB (ang. Coated Front & Back) i CF (ang. Coated Front). Do materiałów samoprzylepnych zwojowych stosowane są najczęściej poniżej podane materiały spodnie. Do papierów samoprzylepnych zwojowych stosowane są głównie satynowane papiery pergaminowe (ang. glassine paper) i papiery siarczanowe (ang. kraft paper) powleczone warstwą silikonu oraz papier pergaminowy pokryty jednostronnie powloką polipropylenową i papier siarczanowy dwustronnie powlekany polietylenem. Satynowane papiery pergaminowe stosowane do silikonowania mają najczęściej gramaturę od 60 g/m2 do 97 g/m2. Papiery pergaminowe są transparentne, co umożliwia sterowanie procesem etykietowania przez urządzenia sterowane fotokomórkami. Satynowane papiery pergaminowe występują w kilku barwach: miodowej (żółtej), białej, niebieskiej, kremowej itp. Papiery siarczanowe przeznaczone do zwojowych materiałów samoprzylepnych, stosowane do silikonowania mają najczęściej gramaturę od 37 g/m2 do 137 g/m2. Papiery siarczanowe mają w zależności od zastosowania różne wykończenie powierzchni. Mogą być białe maszynowo gładzone bądź jedno- lub dwustronnie powlekane (mieszankami pigmentowymi albo polietylenem). Sposób wykończenia powierzchni papierów do silikonowania jest zależny od specyficznego zastosowania materiału samoprzylepnego. Mogą być także stosowane papiery dwustronnie silikonowane. Oczywiście w takim przypadku nie będzie to materiał samoprzylepny trójwarstwowy - będzie się składał z większej liczby warstw. Powleczone tworzywami sztucznymi satynowane papiery pergaminowe i siarczanowe są stosowane głównie, jako warstwa spodnia samoprzylepnych folii; konkurują one ze spodnimi warstwami z folii z tworzyw sztucznych. Konkurencja ta związana jest z szybkością automatycznego etykietowania. Przy dużych szybkościach w przypadku samoprzylepnych materiałów foliowych spodnią ich część stanowią przezroczyste folie poliestrowe lub polipropylenowe. Najczęściej stosowane są folie poliestrowe z poliftereftalanu etylenu) tzw. PET. Są to na ogól folie o grubości 30-36 µm, czyli o gramaturze 42-52 g/m2. Jako spodnia warstwa 18 materiałów samoprzylepnych stosowana jest także folia z orientowanego polipropylenu OPP 50 µm, tj. o gramaturze ok. 45 g/m2. Folie stosowane w charakterze przekładki antyadhezyjnej powlekane są silikonem. W charakterze spodnich warstw materiałów samoprzylepnych stosowane bywają także papiery pergaminowe satynowane powlekane polipropylenem. Materiały samoprzylepne formatowe, tj. w formacie A4 papiery samoprzylepne przeznaczone do prac biurowych (drukarki ink-jet, drukarki laserowe oraz wykrawane etykiety na tym formacie) i rolki kasowe mają jako dolną część materiałów samoprzylepnych najczęściej papiery siarczanowe o gramaturze pośredniej pomiędzy papierami silikonowymi przeznaczonymi do materiałów samoprzylepnych arkuszowych i zwojowych. Przedstawiony opis nie wyczerpuje zagadnienia. Jest wiele Innych specyficznych papierów silikonowych, przeznaczonych wyłącznie do jednego konkretnego zastosowania. Strona spodnia (niepowleczona) papieru silikonowego może być zadrukowywana prostymi rysunkami, gdy jest nie powlekana i/lub rysunkami wielobarwnymi, gdy jest powlekana. W celu ułatwienia oddzielania spodniej warstwy materiału samoprzylepnego od wierzchniej, warstwa spodnia jest w niektórych przypadkach nacinana (przekrawana) lub wypalana laserem. Zarówno metody, jak i kierunki oraz odstępy pomiędzy nacięciami są obiektem zastrzeżeń patentowych poszczególnych firm produkujących materiały samoprzylepne. Standardowe nacinanie warstwy spodniej jest wykonywane w zależności od firmy co 31, 32, 35, 38,... 50 mm itp. równolegle, prostopadle lub ukośnie (pod kątem 45°) do kierunku wytwarzania. Nie oznacza to bynajmniej, że przy stosunkowo dużym zamówieniu nie można zamówić sobie innych odstępów - zwykle nie mniejszych niż 25 mm. Nacięcia standardowe spełniają swą funkcję tylko przy małych użytkach (przy etykietach o małych formatach). Przy dużych formatach etykiet musimy sami wykonać nacięcia strony spodniej, aby łatwiej było oddzielić użytkową część wierzchnią od spodniej. Budowa materiałów samoprzylepnych o specjalnym przeznaczeniu Nie wszystkie materiały samoprzylepne mają klasyczną trójwarstwową budowę: warstwa wierzchnia - klej samoprzylepny - papier (folia) antyadhezyjny. Do pewnych specjalnych celów stosowane są materiały o innej budowie; najczęściej produkowane zostaną wymienione poniżej. Bardzo często jednak zastosowanie etykiety o innej budowie jest spowodowane przez niewielkie rozmiary opakowania, na które ma być naniesiona dana etykieta. Najczęściej nie ma z tym większych problemów, ale zdarzają się przypadki, że etykieta musi zawierać taką ilość informacji, jaka nie ma szans zmieścić się na małej etykiecie - w tym celu powstały etykiety wielowarstwowe, typu broszurowe i etykiety plus. W tej formie etykiety spełniają dwie funkcje. Pierwsza z nich to identyfikacyjna, a druga - w przypadku rozwinięcia kolejnych warstw - informacyjna. Bardzo ważne dla tych etykiet jest też to, że nawet po rozwinięciu informacja wciąż pozostaje z produktem, którego dotyczy. Taki sposób drukowania daje możliwość zwiększenia powierzchni informacyjnej etykiety nawet do dwudziestu lub trzydziestu razy. 19 Materiały wielowarstwowe typu sandwich to dwie etykiety jedna na drugiej tak jak w przypadku kanapki (rys. 11) - wariant tylko w wersji papierowej. Budowa od góry jest następująca: pierwszą etykietę stanowi dowolny papier pokryty klejem samoprzylepnym, druga etykieta wykonana jest z papieru silikonowego i pokryta klejem samoprzylepnym, ostatnia warstwa to papier silikonowy. Papiery w zależności od zastosowania mają różne powłoki funkcyjne - najczęściej są to materiały samokopiujące wieloarkuszowe z warstwami CFB i CF. Rysunek 11 Budowa materiału samoprzylepnego typu sandwich 1 – pierwsza etykieta 2 – druga etykieta 3 – materiał spodni A – papier wierzchni B – warstwa kleju C – papier silikonowy D – warstwa kleju Bardziej skomplikowany sandwich to trzy etykiety papierowe z klejem samoprzylepnym i papier silikonowy zabezpieczający: pierwsza etykieta z warstwą CB, druga pokryta z wierzchu żywicą silikonową i warstwami CFB, trzecia etykieta pokryta z wierzchu warstwą żywicy silikonowej i warstwą CF. Jeszcze bardziej wyrafinowaną „kanapką” są materiały samoprzylepne służące do wykonywania samoprzylepnych tatuaży. Od góry materiał (od czytelnej strony rysunku) do wykonywania tatuaży składa się z następujących warstw: folia z OPP, powłoka dzieląca (primer), druk (rysunek tatuażu), klej transferowy (nałożony na papier silikonowy), papier silikonowy (spodnia część materiału samoprzylepnego). Materiały wielowarstwowe z papierem silikonowym w środku. Tego typu materiał (rys. 12) zbudowany jest w ten sposób, że dwie powierzchnie przeznaczone do zadrukowywania powleczone klejem samoprzylepnym połączone są poprzez dwustronnie powlekany żywicą silikonową papier adhezyjny. Tego rodzaju konstrukcja określana jest w języku angielskim jako stereo construction. Na podobnej zasadzie zbudowany jest materiał wielowarstwowy z dwustronnie powleczonym klejem materiałem podłożowym; klej z obu stron zabezpieczony jest papierem silikonowym. 20 Rysunek 12 Budowa wielowarstwowego silikonowym w środku: 1 – pierwsza etykieta, 2 – druga etykieta, A – warstwa wierzchnia etykiety 1, B – warstwa kleju etykiety 1, C – papier silikonowy, D – warstwa kleju etykiety 2, E – wierzchnia warstwa etykiety 2 materiału samoprzylepnego z papierem Materiały wielowarstwowe z papierem dwustronnie pokrytym klejem samoprzylepnym. Budowa tego typu materiału jest następująca: dwustronnie powlekany klejem samoprzylepnym papier zabezpieczony jest dwoma papierami silikonowymi (rys. 13). Angielskie określenie tej konstrukcji to doubleface mounting construction. Rysunek 13 Budowa materiału wielowarstwowego dwustronnie pokrytego klejem samoprzylepnym 1 – etykieta dwustronnie pokrywa klejem samoprzylepnym A – papier silikonowy B – klej samoprzylepny C – klej samoprzylepny D – papier silikonowy Pewną odmianą powyżej opisanego materiału jest materiał samoprzylepny służący do zabezpieczania przed otwieraniem różnych produktów, głównie papierowych, w tym najczęściej kopert. Jest on zbudowany w następujący sposób: od góry papier silikonowy, warstwa kleju samoprzylepnego, którym pokryty jest barwny papier, spód papieru pokryty jest także klejem. Przy próbie rozłączenia materiału sklejonego za pomocą dwustronnie 21 samoprzylepnego materiału zostaje zerwana warstwa barwna i ukazuje się napis opened, który wskazuje, że dane zamknięcie było już otwierane. Tego rodzaju materiał samoprzylepny produkowany jest tylko w zwoju - brak przekładki adhezyjnej jest kompensowany wierzchnim papierem samoprzylepnym. Opisany układ materiału samoprzylepnego jest aplikowany bez poligraficznego wykończenia. Booklet, czyli etykieta broszurowa zwana także książeczkową. Możliwe jest zastosowanie samoprzylepnych broszur nawet 64-stronicowych, częściej stosowane są 24stronicowe. Do zadrukowania i wykonania etykiet broszurowych potrzebne są specjalne maszyny. Stosowanie etykiet broszurowych umożliwia zamieszczanie dużego opisu do opakowań o małych gabarytach. Strony broszur są połamane do (najczęściej) formatu etykiety i zamknięte specjalnie wykrojonym samoprzylepnym papierowym „zamkiem”. Zamek ten to samoprzylepny pasek będący częścią broszury i odpowiadająca mu powierzchnia brzegu naklejonej etykiety samoprzylepnej, powleczona silikonem. Etykieta - Plus, czyli 1 +1 =3. Jest to układ jednej etykiety samoprzylepnej zadrukowanej i naklejonej na opakowanie z doklejonym grzbietowo arkusikiem papieru, który jest dwustronnie zadrukowany - całość zamknięta miejscowo przez umieszczenie wybiórczo na brzegu jednej etykiety kleju samoprzylepnego, a na drugiej żywicy silikonowej. Duoface, czyli dwie etykiety połączone ze sobą bez papieru silikonowego. Jest to układ dwóch materiałów wierzchnich (najczęściej w formacie A4), powleczonych przemiennie miejscowo pasmami kleju i silikonu. Powierzchnia pokryta klejem odpowiada na drugim materiale powierzchni pokrytej silikonem. Innymi stówy w tym układzie brak papieru czy też folii przekładkowej, mamy tylko dwie samoprzylepne powierzchnie użytkowe połączone ze sobą (rys. 14). Rysunek 14 Budowa materiału samoprzylepnego składającego się z dwóch arkuszy papieru połączonych ze sobą bez papieru silikonowego (do obustronnego zadrukowania) Magazynowanie i przygotowanie materiałów samoprzylepnych do drukowania i/lub przetwarzania Bardzo ważnym zagadnieniem związanym ze stosowaniem i przechowywaniem materiałów samoprzylepnych są warunki ich magazynowania. Materiały samoprzylepne powinny być magazynowane w opakowaniach fabrycznych. Najlepsze efekty uzyskuje się magazynując je w regałach. W przypadku materiałów arkuszowych zaleca się 22 przechowywanie na palecie stosu arkuszy lub pudełek z ryzowanym materiałem do maksymalnej wysokości 50 cm. Rysunek 15 Maksymalna dopuszczalna wysokość stosu samoprzylepnych podczas magazynowania. arkuszowych materiałów Zwoje powinny być magazynowane ułożone na płasko czołem zwoju na paletach lub bez palet pojedynczo albo w postaci słupków zwojów w pozycji pionowej, jedno czoło zwoju na drugim. W przypadku zwojów o dużej masie pakowany jest tylko jeden zwój. Materiały samoprzylepne w wilgocioszczelnych opakowaniach fabrycznych można przechowywać w magazynach przystosowanych do przechowywania papieru. Pomieszczenia magazynowe powinny być suche, przewiewne bez ubocznych zapachów, które mogłyby zostać przejęte przez materiały samoprzylepne. Temperatura powietrza powinna być wyższa niż 4°C, wilgotność powietrza około 60% wilgotności względnej. Materiały samoprzylepne po przechowywaniu w takim magazynie muszą zawsze przed drukowaniem i przetwarzaniem być poddane klimatyzacji do warunków panujących w hali produkcyjnej. Czas klimatyzowania może wynosić nawet kilka dób. Producenci materiałów samoprzylepnych zalecają przechowywać je w ogrzewanych i nawilżanych magazynach. W przypadku, gdy magazyn jest ogrzewany i nawilżany, materiały samoprzylepne powinny być przechowywane w pomieszczeniach o temperaturze 18-20°C i wilgotności względnej powietrza 5-55%, z dala od źródeł ciepła i bez ekspozycji słonecznej. Czas magazynowania gwarantowany przez producenta (przy zachowaniu warunków magazynowania, tj. temperatury 18-20°C i wilgotności 50-55%) jest zależny od rodzaju materiału samoprzylepnego, w tym i od zastosowanego kleju. Dla poszczególnych rodzajów materiałów samoprzylepnych producent podaje gwarantowany czas magazynowy, czyli magazynowania. Czas magazynowania to okres, w którym materiał samoprzylepny ma takie same stałe właściwości jak w chwili produkcji. Do niedawna o czasie magazynowym decydował tylko rodzaj kleju; obecnie, gdy część materiałów zaopatrzona jest w papiery lub folie z powłokami funkcyjnymi (CB, CFB, CF, z powłokami do termodruku itp.), to użyteczność tych powłok plus nowe rodzaje klejów narzucają czas magazynowy danego produktu. W starszej literaturze dotyczącej materiałów samoprzylepnych można spotkać czas magazynowy (tj. od czasu wyprodukowania do użycia) co najmniej cztery lata dla klejów trwałych i dwa lata dla klejów usuwalnych. Obecnie są produkowane także materiały samoprzylepne, które mają tylko jeden rok czasu magazynowego. Jest więc rzeczą niezmiernie ważną wiedza o czasie magazynowym danego 23 materiału samoprzylepnego. Po przekroczeniu czasu magazynowego materiał samoprzylepny może nie spełniać już swych funkcji użytkowych. Rysunek 16 Magazynowanie zwojów materiałów samoprzylepnych Producenci materiałów samoprzylepnych często podają inne niż opisane powyżej warunki magazynowania poszczególnych produktów. Przed rozpoczęciem procesu drukowania lub/i procesów przetwórczych czy też krojenia na format (jednym słowem przed rozpakowaniem fabrycznego opakowania) materiał samoprzylepny musi zostać sklimatyzowany do warunków panujących w hali produkcyjnej. Odpowiednia klimatyzacja jest bardzo ważna dla materiałów samoprzylepnych wykonanych z papieru lub z udziałem papieru, niemniej jest stosowana także do materiałów samoprzylepnych wykonanych z innych niż papier materiałów. Pod pojęciem klimatyzacji należy rozumieć proces zrównania temperatury i wilgotności względnej stosu lub zwoju materiału samoprzylepnego z temperaturą i wilgotnością panującymi w hali produkcyjnej. Są oczywiście przyrządy, dzięki stosowaniu których można mierzyć temperaturę i wilgotność wewnątrz stosu lub zwoju. Pozwala to na precyzyjne dobranie czasu klimatyzacji. Niestety, większość drukarń i zakładów przetwarzających materiały samoprzylepne nie posiada tego typu przyrządów. W związku z tym należy stosować procedury podane poniżej, w których czas klimatyzacji został dobrany doświadczalnie. Najogólniej mówiąc czas ten zależy od różnic temperatur i wilgotności względnej pomiędzy halą produkcyjną a stosem lub zwojem materiału samoprzylepnego oraz od ich objętości. Współcześnie większość materiałów samoprzylepnych pakowana jest w wilgocioszczelne opakowania, które mają najczęściej następujące parametry: 50-55% wilgotności względnej przy temperaturze 21 °C. W tym przypadku z reguły wystarczy klimatyzowanie przez 24 godziny w pomieszczeniu o wilgotności względnej 50-55%. W ciągu tych 24 godzin nastąpi zrównanie temperatur stosu lub zwoju z temperaturą pomieszczenia. Jeśli w pomieszczeniu produkcyjnym temperatura wynosi 19-21°C, przy wilgotności względnej powietrza 55-60%, to można od razu przystąpić do drukowania lub przetwarzania (np. krojenia). Jeżeli zakres temperatur i wilgotności pomieszczenia produkcyjnego jest inny, to należy postępować zgodnie z podaną poniżej procedurą. Paletę lub zwój należy przez co najmniej 24 godziny przetrzymywać w opakowaniu fabrycznym w hali maszyn; w tym czasie nastąpi zrównanie temperatur. Po tym czasie należy usunąć opakowania fabryczne. Arkusze należy ułożyć na palecie, przekładając je co 5 cm drewnianym deklem, kładąc dekiel również na wierzchu stosu. Taki stos należy klimatyzować co najmniej przez 24 godziny w hali produkcyjnej. Po tym czasie stos materiału 24 samoprzylepnego powinien być w równowadze z otaczającym go powietrzem hali produkcyjnej. W związku z tym można przystępować do procesów drukowania lub/i przetwarzania. Zwój także się rozpakowuje i klimatyzuje na płasko na palecie przez co najmniej 24 godziny, obracając go po 12 godzinach na drugą stronę. Ogólnie mówiąc zwój jest mniej podatny na wpływ wilgotności niż materiał arkuszowy. Materiał samoprzylepny ryzowany można próbować zadrukować po zrównaniu temperatury, stosując niewielkie jego ilości. W przypadku występowania jakichkolwiek zakłóceń procesu należy postępować zgodnie z opisaną powyżej procedurą. Z powyższego materiału wynika, że w przypadku przetwarzania (drukowania) wyłącznie lub w większości materiałów samoprzylepnych, w celu uniknięcia kłopotów z warunkami otoczenia i magazynowania powinno się mieć klimatyzowaną halę maszyn (drukarnię) i klimatyzowany magazyn surowców (choćby tylko przejściowy). Bardzo ostre wymagania stawiane są materiałom samoprzylepnym (głównie papierowym lub z udziałem papieru) występującym w formatach A4. Nie dość, że muszą one spełniać wszelkie warunki magazynowania, które odbywa się na paletach w postaci stosu pudełek, to jeszcze w czasie użytkowania podlegają konieczności wilgocioszczelnego pakowania pozostałych niezużytych (niezadrukowanych) arkuszy. Od materiałów samoprzylepnych stosowanych do preprintu wymaga się w chwili elektrofotograficznej personalizacji wilgotności bezwzględnej 4-6%. Ten wymóg powoduje konieczność pakowania międzyoperacyjnego: po zadrukowaniu offsetem, a przed elektrofotografią. W przypadku używania formatów A4 do innych technik drukowania (drukarka laserowa, ink-jet, termodrukarka) zaleca się po przyniesieniu pudełek (ryz) z magazynu ich sklimatyzowanie w opakowaniu fabrycznym w pomieszczeniu, w którym następuje proces drukowania, przez 24 lub 48 godzin w zależności od występujących różnic temperatur pomiędzy magazynem a pomieszczeniem, w którym będzie się odbywał proces drukowania. Materiały samoprzylepne występują w dwóch postaciach: jako materiały arkuszowe i zwojowe. Materiały arkuszowe są bardzo często przycinane w drukami lub zakładzie przetwórczym do określonego formatu, zaś materiały zwojowe są stosowane w zasadzie jako cięte fabrycznie lub u ich dystrybutora, sporadycznie są cięte w drukarniach. Krojenie materiałów arkuszowych jest obwarowane pewnymi ogólnymi zasadami. Zasady te dotyczą zarówno czystych niezadrukowanych arkuszy, jak i tych już zadrukowanych. Arkusze materiału samoprzylepnego należy kroić (o ile inaczej nie zaleca tego producent) czystym, ostrym nożem o kącie zaostrzenia 17°. Ciąć należy małe stosy, maksymalnie 125 arkuszy. Lepiej jest kroić stos od odwrotnej strony, czyli od przekładki antyadhezyjnej. Nóż należy spryskiwać specjalnym aerozolem silikonowym, aby klej nie przyczepiał się do noża. Krojenie należy wykonywać przy minimalnym nacisku belki dociskowej. 25 Rysunek 17 Schemat krojenia arkuszowych materiałów samoprzylepnych. Wszyscy producenci materiałów samoprzylepnych zalecana stosowanie ostrych noży, ale podają różną wielkość kąta zaostrzenia noża; przykładowo 17° zaleca firma Samuel Jones & Co. Ltd.25, zaś 21° firma Jackstadt GmbH. Specyficzne właściwości materiałów samoprzylepnych, jako układu wielowarstwowego Materiały samoprzylepne będące specyficznym układem wielowarstwowym podlegają specjalnym badaniom całego układu lub części układu bez przekładki antyadhezyjnej po aplikacji na dane podłoże. Stosowane metody są metodami specyficznymi stosowanymi tylko do badania materiałów samoprzylepnych. Wartości niektórych parametrów podawane są w warunkach technicznych materiałów samoprzylepnych. Materiały wierzchnie i spodnie są oczywiście także badane, ale do określania ich właściwości stosowane są znormalizowane procedury EN, ISO lub PN. Kleje natomiast w postaci nałożonej na materiał wierzchni badane są tymi samymi specyficznymi metodami, co cały układ stanowiący materiał samoprzylepny. Organizacją firmującą i zalecającą stosowanie tych specyficznych metod badawczych jest FINAT. FINAT to międzynarodowa organizacja zrzeszająca producentów związanych z wytwarzaniem i użytkowaniem etykiet samoprzylepnych. Nazwa tej organizacji, czyli FINAT jest skrótem utworzonym od francuskiej nazwy Federation Internationale des Fabricants et Transformateurs d'Adhesifs et Thermocollants sur Autres Supports. Obecnie metodyk badawczych zalecanych przez FINAT jest 24. W związku z postępem panującym w dziedzinie materiałów samoprzylepnych liczba zalecanych metodyk badawczych z roku na rok wzrasta. Metodyki te określane są literami FTM i cyframi od 1 do 24. Litery FTM są skrótem angielskiego określenia „FINAT Test Method”, co znaczy „metoda badania FINAT". Najczęściej odbiorcy materiałów samoprzylepnych uzyskują w postaci danych technicznych badania wykonane wg: FTM 1-4, FTM 8-9 i FTM 13-14. Pozostałe badane parametry są na tyle specjalistyczne, że nie są podawane w danych technicznych przeznaczonych dla klientów. 26 Poniżej podano nazwy polskie i angielskie 24 obecnie stosowanych metodyk badawczych zalecanych przez FINAT. FTM 1 - Przylepność przy odrywaniu (180°) z prędkością 300 mm na minutę. / Peel adhesion 180 degrees at 300 mm per minutę. FTM 2 - Przylepność przy odrywaniu (90°) z prędkością 300 mm na minutę. / Peel adhesion 90 degrees at 300 mm per minutę. FTM 3 - Siła oddzierania przy małej szybkości. / Low speed release lorce. FTM 4 - Siła oddzierania przy dużej szybkości. / High speed release force. FTM 5 - Odporność na działanie wysokich temperatur. / Resistance to elevated temperatures. FTM 6 - Odporność na promieniowanie ultrafioletowe. / Resistance to ultra violet light. FTM 7 - Masa powłoki silikonowej. / Silicone Coat Weight FTM 8 - Wytrzymałość na ścinanie od standardowej powierzchni. / fte-sistance to shear from a standard surface. FTM 9 - Pomiar przylepności. / «Loop» tack measurement. FTM 10 - Jakość podłoża pokrytego silikonem do laminatów samoprzylepnych: siła oddzierająca. / Quality of silicone coated substrates for self - adhesive laminates: release force. FTM 11 - Jakość podłoża pokrytego silikonem do laminatów samoprzylepnych: adhezja wtórna. / Quality of silicone coated substrates for self- adhesive laminates: subsequent adhesion. FTM 12 - Masa powłoki kleju. / Adheshre coat weight. FTM 13 - Przylepność w niskiej temperaturze. / Low temperaturę ad¬hesion. FTM 14 - Stabilność wymiarowa. / Dimensional stability. FTM 15 - Napięcie powierzchniowe folii z tworzywa sztucznego. / Surface tension of plastic film. FTM 16 - Odporność chemiczna - metoda kroplowa (plamkowa). / Chemical resistance Spotmethod. FTM 17 - Odporność chemiczna - metoda zanurzeniowa. / Chemical resistance - Immersion method. FTM 18 - Ścinanie dynamiczne. / Dynamie Shear FTM 19 - Kompatybilność recyclingu etykiet samoprzylepnych. / Recyc¬ling compatibility of self - adheswe labels. FTM 20 - Fluorescencja i białość CIE. / Fluorescence and whiteness. FTM 21 - Adhezja farby drukarskiej (podstawowa). / Ink adhesion - basie. FTM 22 - Adhezja farby drukarskiej (zaawansowana). / Ink adhesion -advanced. FTM 23 - Nacinanie matrycowe. / Die strike. FTM 24 - Przylepność etykiet do powierzchni cylindrycznych o małej średnicy. / Mandrel hołd. Poniżej zostaną scharakteryzowane najczęściej przywoływane w danych technicznych metody badawcze. Badanie oznaczone jako FTM 1 „Przylepność przy odrywaniu (180°) z prędkością 300 mm na minutę” polega na zbadaniu siły oddzierania próbki materiału samoprzylepnego o szerokości 25 mm pod kątem 180o od szklanej płytki po 20 minutach i 24 godzinach od 27 naklejenia. Zasadę pomiaru przedstawia rys. 20. Wynik podawany jest w N/25 mm lub w N/m. Siła sczepienia, przywierania do powierzchni, na którą naklejamy dany materiał samoprzylepny, początkowo jest mała i zwiększa się z upływem czasu. Z tego powodu badania tych sił wykonuje się: bezpośrednio po naklejeniu lub w jak najkrótszym czasie od naklejenia, po 20 minutach, po 24 godzinach. Przyjmuje się, że po 24 godzinach uzyskuje się już maksymalną siłę sczepienia. Rysunek 18 Schemat badania FTM 1, Próbka (2) jest oddzierana od płytki (1) pod kątem 180° Badanie FTM 2 „Przylepność przy odrywaniu (90°) z prędkością 300 mm na minutę” polega na zbadaniu siły oddzierania próbki materiału samoprzylepnego o szerokości 25 mm pod kątem 90°. Zasadę pomiaru ilustruje rys. 21. Rysunek 19 Schemat badania FTM 2. Próbka (2) oddzierana jest od płytki (1) pod kątem 90o. Badania FTM 3 „Sita oddzierania przy małej szybkości” i FTM 4 „Sita oddzierania przy dużej szybkości” polegają na zbadaniu sity oddzierania materiału samoprzylepnego od części spodniej - papieru silikonowego. Badanie FTM 3 wykonywane jest przy prędkości oddzierania 300 mm/min, zaś FTM 4 od 10 do 300 m/min. Siła oddzierania zależy od prędkości, dlatego też ważniejszym wskaźnikiem jest siła przy dużych prędkościach, takich jakie występują w automatycznych etykieciarkach. Badanie FTM 8 „Wytrzymałość na ścinanie od standardowej powierzchni: jako powierzchnię standardową przyjęto płytkę szklaną, na którą nakleja się pasek materiału samoprzylepnego o szerokości 25 mm i długości 175 mm, na długości 25 mm. Po 5-10 minutach koniec paska obciąża się masą 1 kg. Mierzy się czas, po którym obciążona próbka odpadnie od płytki. Im dłuższy czas, tym większa jest wytrzymałość materiału samoprzylepnego na ścinanie. Zasada wykonania pomiaru została przedstawiona na rys. 20. 28 Rysunek 20 Schemat badania FTM 8. A – widok z przodu, B – widok z boku: 1 – płytka szklana, 2 – badana próbka. Badanie FTM 9 „Pomiar przylepności”: badanie siły sczepienia bezpośrednio po naklejeniu materiału samoprzylepnego jest przeprowadzane zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 21. Siła sczepienia określa przylepność materiału samoprzylepnego do płytki szklanej. Badanie przylepności prowadzone jest na maszynie wytrzymałościowej określającej siłę oddzierania badanej próbki od płytki szklanej. Badana próbka materiału samoprzylepnego o szerokości 25 mm jest umieszczona w maszynie wytrzymałościowej tworząc pętlę. Maszyna z dużą prędkością styka pętlę z płytką szklaną o szerokości 25 mm. Natychmiast po zetknięciu próbki z płytką szklaną o powierzchni 25 x 25 mm następuje podniesienie pętli i oddzieranie próbki od płytki szklanej. W wyniku badania zostaje oznaczona siła w N/25 mm. Duża przylepność jest wymagana szczególnie w przypadku etykiet naklejanych w supermarketach i taśm samoprzylepnych łączących zamknięcia pudeł. Rysunek 21 Schemat badania FTM 9. A – próbka (2) uformowana w pętlę zbliża się do płytki szklanej (1). B – po zetknięciu próbki (2) z płytką (1) następuje oddzieranie płytki od pętli. Badanie FTM 13 „Przylepność w niskiej temperaturze”: badanie polega na oznaczeniu przylepności materiału samoprzylepnego do płytek wykonanych z różnych materiałów (poliester, szkło, stal, folia aluminiowa, PE- LD, PE - HD i orientowany polipropylen). Oznaczenie wykonywane jest w temperaturze poniżej 5°C. Przyjęte są dwa 29 zakresy temperatur: 4°C (chłód) i - 25°C (głębokie mrożenie). Próbki materiału samoprzylepnego o wymiarach 25 mm x 15 mm po naklejeniu na badane powierzchnie w określony znormalizowany sposób są od nich odrywane. Przylepność jest określana wizualnie dla każdej z dwóch temperatur. Oznaczenie to jest bardzo istotne dla materiałów samoprzylepnych używanych do etykietowania opakowań przeznaczonych do przechowywania w chłodniach oraz do głębokiego mrożenia. Badanie FTM 14 „Stabilność wymiarowa” dotyczy materiałów samoprzylepnych o wierzchniej warstwie z folii syntetycznych takich jak PVC, PE, PP, PET itp. Wierzchni foliowy materiał samoprzylepny naklejany jest w warunkach standardowych na płytkę aluminiową o wymiarach 150 mm x 150 mm i grubości 2 mm. Płytka aluminiowa z naklejoną folią jest klimatyzowana przez 72 godziny w 23°C i wilgotności względnej 50%, następnie przez 48 godzin przetrzymywana jest w suszarce w temperaturze 70°C, a po tym czasie schładzana przez 10-15 minut do temperatury 23°C. W każdych warunkach mierzona jest długość próbki, z pomiarów długości wylicza się skurcz lub wydłużenie. Parametr ten jest szczególnie ważny dla folii samoprzylepnych umieszczanych na zewnątrz - mowa tutaj głównie o foliach ploterowych i foliach przeznaczonych do zadrukowywania wykorzystywanych w reklamie zewnętrznej. Aplikacja etykiet i materiałów samoprzylepnych Po wykrojeniu na ploterze lub po wydrukowaniu i wykrojeniu następuje aplikacja, czyli zastosowanie związane w tym wypadku z naklejeniem danego materiału samoprzylepnego lub danej etykiety na konkretne podłoże (substrat). W przypadku naklejania folii ploterowych z wyciętymi elementami lub z nadrukiem na tych foliach, a także przy stosowaniu folii samoprzylepnych przeznaczonych do oklejania dużych obiektów lub naklejania na nich folii samoprzylepnych o dużym formacie stosowane są dwie różne metody ich aplikacji: naklejanie na sucho, naklejanie na mokro. Przed naklejaniem folii należy gruntownie wyczyścić spirytusem podłoże i wytrzeć je do sucha ścierką. Pozostałe resztki rozpuszczalnika lub świeżo polakierowana powierzchnia podłoża mogą doprowadzić do powstawania pęcherzy gazowych pomiędzy folią a podłożem. Z tego też względu powierzchnie lakierowane lakierami suszonymi powietrznie lub piecowo nie powinny być oklejane przez okres trzech tygodni od ich nałożenia. Nie zaleca się innych środków czyszczących niż spirytus, ponieważ mogą one uszkodzić lakier lub obniżyć siłę przyczepności folii. Odnośnie do materiałów, które są skłonne do wydzielania gazów, jak np. produkty zawierające poliwęglan, zaleca się: okleić podłoże po jego wyczyszczeniu kawałkiem folii i przechowywać je przez 24 godziny w temperaturze +60°C. Jeśli po upływie tego czasu nie powstaną pęcherze na oklejonej powierzchni, oznacza to, że tworzywo sztuczne wydziela jeszcze gazy. Należy wówczas poddać tworzywo sztuczne obróbce cieplnej lub przechowywać przez dłuższy czas w warunkach pokojowych. 30 Do czyszczenia powierzchni lakierowanych i plandek samochodowych należy stosować głównie spirytus. Czas oddziaływania rozpuszczalnika, szczególnie na plandece, powinien być jak najkrótszy, aby rozpuszczalnik nie dostał się pod powłokę plandeki. Po zakończeniu czyszczenia należy przez dłuższy czas wietrzyć podłoże na świeżym powietrzu. Folie ploterowe powinny być naklejane w temperaturach powyżej +8°C. W ciągu 24 godzin po naklejeniu należy zwrócić uwagę na to, aby temperatura nie została znacznie obniżona. Jeśli jednak doszło do znacznego obniżenia temperatury, zaleca się na koniec suszenie gorącym powietrzem z suszarki. Wykrój folii ploterowej należy położyć stroną foliową w dół na płaskie podłoże i ściągnąć tylko tyle papieru silikonowego, ile w danym momencie chcemy przykleić. Zawsze należy odrywać papier silikonowy od folii, nigdy na odwrót. Wracając do metod klejenia, to przy klejeniu na sucho przykłada się wykrój folii do podłoża, przyciska się go na jednym z rogów oraz dociska za pomocą plastikowego rakla następującymi po sobie ruchami. Od wielkości klejonego wykroju zależy, czy papier silikonowy może zostać całkowicie oderwany przed jego naklejeniem, czy też musi być odrywany po kawałku w trakcie klejenia. W przypadku stosowania papieru lub folii montażowej należy ją ściągać powoli pod kątem 180°. W klejeniu na mokro (zalecanym w zasadzie tylko dla folii PVC), które powinno przebiegać w ciepłej porze roku w temperaturze od +18°C (lub powyżej + 15oC), otwarta strona z klejem zostaje spryskana odprężoną wodą (tj. wodą z dodatkiem płynu do naczyń) i przyłożona do oklejanego podłoża. W tej fazie dużą zaletą jest, że wykrój foliowy można doskonale pozycjonować na podłożu. Folię należy docisnąć następującymi po sobie wygładzającymi ruchami, przy czym trzeba zwrócić uwagę na to, aby woda znajdująca się pomiędzy podłożem a klejem została całkowicie wyciśnięta. Do klejenia na mokro zaleca się stosowanie papierów montażowych. W celu zabezpieczenia się przed uzyskaniem różnych odcieni barw folie kolorowe powinny być obrabiane i naklejane w jednym kierunku. W miejscach, gdzie na oklejanym podłożu nachodzi na siebie blacha lub gdzie występują spoiny pionowe należy przeciąć folię ostrym nożem, aby nie oderwała się od poruszającego się podłoża. Powierzchnia pojazdów może mieć różne profile. Te powierzchnie muszą być oklejane wedle danego profilu; nigdy nie wolno przykładać folii do podłoża i wciskać jej na siłę w szczeliny. Jeśli naklejone folie zachodzą na siebie, należy zwrócić uwagę na to, aby ich krawędzie zachodziły na siebie co najmniej 4 mm oraz nie więcej niż 12 mm. Przy nakleianiu folii na folię należy koniecznie przestrzegać tego, aby folie naklejane jedna na drugą pochodziły od tego samego producenta i były tego samego typu. Przy oklejaniu całkowitym lub częściowym szyb izolacyjnych może wystąpić uszkodzenie folii spowodowane naprężeniami termicznymi. Usuwanie naklejonych folii z klejem trwałym może nastąpić tylko wtedy, gdy temperatura podłoża i otoczenia wynosi co najmniej + 20°C. Folia powinna zostać odklęjona ostrożnie na jednym z rogów za pomocą noża oraz powoli oderwana pod kątem 180°. Ogrzanie folii gorącym powietrzem z suszarki znacznie ułatwia odrywanie. Przy odrywaniu bardzo starych folii mogą pozostać na podłożu w pojedynczych miejscach resztki kleju. Zazwyczaj można je łatwo usunąć rozpuszczalnikiem do lakieru. Aplikacja etykiet samoprzylepnych jest bardziej różnorodna. Naklejanie etykiet samoprzylepnych jest prowadzone zarówno maszynowo, jak i ręcznie. Co prawda 31 powierzchnia etykiety samoprzylepnej jest zazwyczaj znacznie mniejsza od powierzchni folii ploterowej, ale występuje znaczne zróżnicowanie podłoży do etykietowania i warunków, w jakich etykiety samoprzylepne muszą „pracować”. Mimo tej dużej różnorodności jest kilka podstawowych zasad, które powinny być stosowane przy naklejaniu etykiet samoprzylepnych. Przede wszystkim etykieta przeznaczona do naklejania musi być poprawnie wykonana, tj. poprawnie wydrukowana, poprawnie wykrojona i zaopatrzona w Mej, który jest konieczny do jej przyklejenia na danym podłożu. Etykieta musi być naklejana w optymalnej dla danego kleju i podłoża temperaturze. Do aplikacji nadają się tylko odpowiednio przygotowane powierzchnie. Powierzchnia, na którą naklejana jest etykieta, musi być czysta, sucha (są wyjątki) oraz wolna od tłuszczów, olejów, środków antyadhezyjnych, silikonu i innych zanieczyszczeń. Uwagi dotyczące przygotowania i oczyszczenia powierzchni oraz naklejania etykiet na powierzchnie lakierowane są identyczne z podanymi dla folii ploterowych. Nie zaleca się naklejania na mokro etykiet zawierających kleje dyspersyjne, gdy kleimy na przezroczystym podłożu i nie życzymy sobie, aby klej przyjmował barwę białą. Przy naklejaniu, a co za tym idzie i przy drukowaniu etykiet samoprzylepnych papierowych przeznaczonych do naklejania na powierzchnie walcowate należy przestrzegać odpowiedniego kierunku ułożenia włókien w wierzchnim papierze. Kierunek ten musi być równoległy do osi walca, w przeciwnym przypadku etykieta samoprzylepna w krótkim czasie po naklejeniu odklei się samoczynnie i odpadnie. Na rys. 22 przedstawiono zastosowanie etykiet papierowych samoprzylepnych o nieprawidłowym i prawidłowym kierunku ułożenia włókien. Rys. 23 przedstawia różne rozmieszczenie we wstędze podczas drukowania etykiet papierowych, przeznaczonych do naklejania na powierzchnie o kształcie walca. Rysunek 22 Kierunek ułożenia włókien w samoprzylepnych etykietach papierowych przy naklejaniu na powierzchnie walcowe: A – kierunek nieprawidłowy, B – kierunek prawidłowy. Nie jest to odosobniony przypadek „spadania etykiet samoprzylepnych", ale jeden z natychmiastowych. Do podłoży, z których po pewnym, ale stosunkowo długim czasie spadają etykiety samoprzylepne, choć ich aplikacja przebiegała zgodnie ze sztuką, należą podłoża typu: PE, PR PS - w tym kształtki, powierzchnie zakrzywione i powierzchnie bardzo gładkie. 32 Rysunek 23 Różne rozmieszczenie etykiet papierowych przeznaczonych do naklejania na powierzchnie walcowe we wstędze podczas drukowania: A – nieprawidłowe, B – prawidłowe. Do krytycznych powierzchni należą butelki i pojemniki o powierzchni walcowatej i średnicy mniejszej niż 30-40 mm. W takim wypadku należy kleić etykiety na co najmniej 10 mm zakładkę. Mowa tutaj o standardowych etykietach papierowych, a nie specjalnie wykonanych dla potrzeb przemysłu farmaceutycznego i medycyny, gdzie istnieje możliwość etykietowania bez zakładek powierzchni walcowych nawet o średnicy 15 mm. 33 Ćwiczenia: 1. Oznaczanie wilgotności kleju Zasada metody polega na wagowym pomiarze ubytku masy kleju po wysuszeniu w temperaturze 130±3°C. Ćwiczenie opracowano na podstawie PN-A-74724-3:1998. Materiał badawczy: klej skrobiowy lub dekstrynowy. Odczynniki: chlorek wapnia lub żel krzemionkowy. Sprzęt laboratoryjny: eksykator, naczyńka wagowe o średnicy co najmniej 80 mm, suszarka laboratoryjna, waga analityczna. Etapy postępowania: 1. Odważyć około 5 g badanego kleju do naczyńka wagowego wysuszonego do stałej masy i zważonego z dokładnością do 0,001 g. 2. Naczyńko z odważką umieścić w suszarce ogrzanej do temperatury 130±3°C. Badane próbki suszyć w tej temperaturze przez 1,5 godziny. W przypadku klejów pastowych należy odważoną próbkę wstępnie suszyć przez 2 godziny w temperaturze 50°C. 3. Po wysuszeniu przenieść naczyńka do eksykatora i ostudzić. Następnie zważyć naczyńka z dokładnością do 0,001 g. 4. Wilgotność kleju (X) obliczyć w procentach według wzoru: X = (m1 − m2 ) ⋅ 100% , (m1 − m0 ) (1) gdzie: m0 - masa naczyńka wagowego, g, m1 - masa naczyńka z odważką przed suszeniem, g, m2 - masa naczyńka z odważką po wysuszeniu, g. Jako wynik w sprawozdaniu należy podać średnią arytmetyczną wyników dwóch oznaczeń, różniących się nie więcej niż o 0,2%. 34 2. Oznaczanie rozpuszczalności kleju i trwałości masy klejowej Ćwiczenie opracowano na podstawie PN-A-74724-10:1998. Materiał badawczy: klej skrobiowy lub dekstrynowy. Sprzęt laboratoryjny: mieszadło mechaniczne, waga techniczna, zlewka o pojemności 250 cm3. 2.1.. Oznaczanie rozpuszczalności kleju Zasada metody polega na zważeniu pozostałości po przesianiu badanego kleju przez sito. Etapy postępowania: 1. Odważyć 10 g badanego kleju z dokładnością do 0,01 g. 2. Odważony klej wsypać do zlewki, zawierającej 80 cm3 wody destylowanej o temperaturze pokojowej. 3. Powstającą mieszaninę mieszać za pomocą mieszadła mechanicznego lub bagietką szklaną. Mieszanie prowadzić przez 15 minut i odstawić. 4. Po upływie 1 godziny ocenić stan roztworu. Badany produkt powinien rozpuścić się całkowicie w zlewce, nie powinno być w nim żadnych grudek i zlepków. 2.2. Oznaczenie trwałości masy klejowej Zasada metody polega na organoleptycznej ocenie roztworu kleju. Ćwiczenie opracowano na podstawie PN-A-74724-10:1998. Etapy postępowania: 1. Roztwór kleju, otrzymany jak dla oznaczenia rozpuszczalności kleju, zamknąć szczelnie w słoiku szklanym i przechowywać w temperaturze pokojowej. 2. Po upływie 24 godzin ocenić stan masy klejowej. Sprawdzić cechy organoleptyczne: czy nie nastąpiło rozwarstwienie, czy roztwór nie zaczął fermentować. W przechowywanym roztworze nie powinny zachodzić żadne zmiany. 3. Oznaczanie lepkości metodą Englera Zasada metody polega na porównaniu czasu wypływu roztworu badanego kleju z czasem wypływu wody z lepkościomierza Englera. Ćwiczenie opracowano na podstawie PN-A-74724-7:1998. Materiał badawczy: klej skrobiowy lub dekstrynowy 35 Sprzęt laboratoryjny: znormalizowany lepkościomierz Englera (rys. X.B-2 w: Towaroznawstwo artykułów przemysłowych, cz. I: Badanie jakości wyrobów), termometr rtęciowy od 0 do 100°C, sito metalowe o bokach oczka 0,2 mm, sekundomierz, waga techniczna, zlewka o pojemności 500 cm3. Etapy postępowania: 1. Przed właściwym pomiarem lepkości należy przygotować roztwór kleju. W tym celu należy zważyć zlewkę, z następnie odważyć 150 g badanego kleju z dokładnością do 0,01 g. 2. Klej przenieść do zlewki i dodać 150 cm3 wody destylowanej. 3. Wstawić zlewkę do łaźni wodnej i ogrzewać do temperatury 80°C. W czasie ogrzewania zawartość zlewki stale mieszać. 4. Następnie roztwór ochłodzić do temperatury 20°C i uzupełnić wodą destylowaną do masy 300 g (z dokładnością do 0,01 g). 5. Przed każdym pomiarem lepkości naczynie i rurkę wypływową przyrządu przemyć eterem i alkoholem. 6. Przygotowany roztwór kleju przelewa się przez sito do zbiornika lepkościomierza tak, aby wskaźniki zbiornika były zanurzone i napełnia rurkę aparatu tak, aby zwisała z niej kropla cieczy. 7. Pod wylot lepkościomierza podstawia się czystą i suchą kolbę kalibrowaną. 8. Następnie podnosi się zatyczkę i jednocześnie uruchamia sekundomierz. Mierzy się czas wypływu 200 cm3 roztworu. 9. Pomiar powtarza się trzykrotnie. W trakcie pomiarów należy ściśle utrzymywać temperaturę cieczy w łaźni na poziomie 20 ± 0,1oC. 10. Wyznaczenie stałej przyrządu K = t1 przeprowadza się w identyczny sposób jak pomiar lepkości roztworu kleju, wykorzystując zamiast kleju wodę destylowaną. 11. Lepkość względną ηE w temperaturze 20oC oblicza się zgodnie ze wzorem: ηE = t0 , t1 (2) gdzie: ηE - lepkość względna w stopniach Englera (oE), t0 - czas wypływu roztworu klejowego, s, t1 - czas wypływu wody destylowanej, s. 12. W sprawozdaniu jako rezultat końcowy należy podać średnią arytmetyczną wyników dwóch oznaczeń, różniących się nie więcej niż o 4%. 36 4. Oznaczanie wytrzymałości spoiny klejowej Zasada metody polega na wyznaczeniu siły potrzebnej do rozerwania dwóch pasków sklejonego papieru. Ćwiczenie opracowano na podstawie PN-A-74724-8:1998. Materiał badawczy: klej skrobiowy lub dekstrynowy Sprzęt laboratoryjny: zrywarka, waga techniczna, termometr o zakresie do 100°C, zlewka 500 cm3, papier workowy o gramaturze 71 – 76 g/m2. Etapy postępowania: Przygotowanie roztworu klejowego Klej suchy 1. Odważyć 10 g kleju z dokładnością do 0,01 g. 2. Odważkę kleju wsypać do zlewki, zawierającej 80 cm3 wody destylowanej. Całość mieszać przez 15 minut, rozpoczynając od momentu wprowadzenia kleju do zlewki. Otrzymany roztwór klejowy używać do wykonania spoiny po 1 godzinie. Klej pastowy 1. Zważyć zlewkę. 2. Odważyć 50 g badanego kleju z dokładnością do 0,01 g. 3. Klej przenieść do zlewki i dodać 10 cm3 wody destylowanej. 4. Wstawić zlewkę do łaźni wodnej i ogrzewać do temperatury 60°C. W czasie ogrzewania zawartość zlewki stale mieszać. 5. Następnie roztwór ochłodzić do temperatury 20°C i uzupełnić wodą destylowaną do masy 60 g (z dokładnością do 0,1 g). Wykonanie oznaczenia 1. Z papieru workowego wyciąć 2 prostokąty o wymiarach 75·120 mm. 2. Na jednym z prostokątów w odległości 20 mm narysować linię równoległą do krótszego boku. Powstały w ten sposób prostokąt o wymiarach 75·20 mm posmarować wcześniej przygotowanym roztworem badanego kleju. 3. Przyłożyć drugi prostokąt papieru (rys. 12.2) i docisnąć rękami. Powstałe złącze pozostawić na 2 godziny. 4. Po upływie 2 godzin sklejone prostokąty pociąć równolegle do dłuższego boku na paski o szerokości 15 mm. 37 Rys. 24. Sposób sklejenia dwóch prostokątów papieru do badania wytrzymałości spoiny klejowej Źródło: opracowanie własne 5. Wytrzymałość spoiny badać na maszynie wytrzymałościowej, stosując następujące ustawienia: odległość między szczękami 150 mm, szybkość przesuwu szczęk 42 mm/min, zakres siły od 0 do 20 N. 6. Odrzucić największą i najmniejszą otrzymaną wartość wytrzymałości. 7. Jako wynik końcowy należy podać średnią z pozostałych trzech oznaczeń. 5. Oznaczanie wytrzymałości spoiny klejowej dla taśmy samoprzylepnej Zasada metody polega na wyznaczeniu siły potrzebnej do oderwania pętli z taśmy pokrytej klejem od gładkiego podłoża. Ćwiczenie opracowano na podstawie PN-EN 1719:2001. Materiał badawczy: taśma samoprzylepna. Sprzęt laboratoryjny: zrywarka. Etapy postępowania: 1. Wykonanie oznaczenia 2. Z taśmy samoprzylepnej wyciąć 2 prostokąty o wymiarach 25·250 mm. 3. Prostokąty uformować w pętle (podobnie jak na rys. 25) Warstwa pokryta klejem powinna znajdować się na zewnętrznej stronie pętli. Górną krawędź pętli umocować w aparacie. 4. Pod badaną próbką umieścić prostokątną płytkę szklaną. 5. Opuścić zamocowaną pętle w taki sposób aby powstała spoina o długości 25 mm pomiędzy materiałem z którego jest wykonana pętla a płytką szklaną. Po upływie 30 sekund rozpocząć badanie wytrzymałości powstałej spoiny. 38 Rysunek 25 Sposób połączenia płytki szklanej z pętlą taśmy pokrytej klejem Źródło: opracowanie własne 6. Wytrzymałość spoiny badać na maszynie wytrzymałościowej, stosując następujące ustawienia: szybkość przesuwu szczęk 42 mm/min, zakres siły od 0 do 20 N. 7. Odrzucić największą i najmniejszą otrzymaną wartość wytrzymałości. 8. Jako wynik końcowy należy podać średnią z pozostałych trzech oznaczeń. 6. Oznaczanie czasu przyklejania i odklejania etykiet Zasada metody polega na wyznaczeniu siły potrzebnej do rozerwania dwóch pasków sklejonego papieru. Ćwiczenie opracowano na podstawie PN-A-74724-9:1998. Materiał badawczy: klej skrobiowy lub dekstrynowy. Sprzęt laboratoryjny: waga techniczna, termometr o zakresie do 100°C, pędzel płaski, łaźnia wodna, płytka szklana, zlewki o pojemności 250 i 1000 cm3, szczypce, etykiety z papieru jednostronnie kredowanego o gramaturze 70 g/m2. Odczynniki: 1,5% roztwór NaOH. Etapy postępowania: Przygotowanie roztworu klejowego 1. Odważyć 100 g kleju z dokładnością do 0,01 g. 2. Odważkę kleju wprowadzić do zlewki o pojemności 250 cm3 i do-dać 20 cm3 wody destylowanej. Całość podgrzewać w łaźni wodnej do temperatury 70°C. 3. Po wyjęciu zlewki z łaźni wodnej roztwór ochłodzić do temperatury 20°C. Oznaczenie czasu przyklejania etykiet 1. Etykietę pokryć warstwą badanego roztworu klejowego i szybko przycisnąć do czystej i suchej płytki szklanej. 39 2. Po upływie 6 minut etykietę ręcznie oderwać. Jeżeli w trakcie rozrywania etykieta się rozwarstwi, świadczy to o jej właściwym przyklejeniu. 3. Badanie powtórzyć trzykrotnie. Oznaczenie czasu odklejania etykiet 1. Przykleić etykietę w sposób opisany w poprzednim oznaczeniu. 2. Po upływie 2 godzin zanurzyć płytkę szklaną z przyklejoną etykietą w 1,5% roztworze NaOH, podgrzanym wcześniej do 55°C. Płytka powinna być zanurzona przez 6 minut w pozycji poziomej. 3. Wyjąć płytkę z roztworu NaOH i postawić pionowo. Na płytce nie powinny pozostać przyklejone etykiety . W sprawozdaniu jako wynik należy podać, czy po przyklejeniu możliwe jest całkowite usunięcie etykiety. Jeżeli nie, to należy opisać ślady pozostałe po etykietach na płytkach szklanych. 40
