Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология послепечатных процессов. Учебно-методическое пособие
.pdf
В) хрупкость
Г) упругость
14. При переходе полимера из аморфного состояния в кристаллическое
состояние:
А) повышаются прочность на разрыв и теплостойкость
Б) возрастает модуль теплоемкости
В) уменьшается упругость
Г) нет ответа
15. Какое состояние веществ характеризуется их способностью к развитию необратимых деформ
аций:
А) текучее (жидкое)
Б)
ньютоновское
В) хрупкое
Г) стеклообразное
16. Разрушение надмолекулярной структуры, сдерживающей развитие
деформаций, вызывает:
А)
скорость сдвига
Б) релаксацию напряжений (структурная релаксация)
В) кристаллизацию
Г) гомогенность
17. Деформация идеально упругого тела описывается:
А) законом
Гука
Б) законом Паскаля
В) законом сохранения массы
Г) законом Бора
18. Высокоэластическая деформация характерна только для полимеров,
находящихся
в _____________________ состоянии.
19. Необходимо преодолеть силы ионного, молекулярного взаимодействия или химических связей при получении ___________ деформации.
20. При пластической деформации любое твердое тело утрачивает
свойства, определяемые понятиями ______________ и __________.
31
Глава 2
ОСНОВЫ ТЕОРИИ СКЛЕИВАНИЯ
ПОЛИМЕРОВ
Склеивание – способ получения неразъемного соединения, заключающийся в заполнении клеем зазора между соединяемыми поверхностями и формировании из него клеевой прослойки, имеющей
иные, чем соединяемые материалы, свойства. В результате склеивания
между соединяемыми поверхностями и клеевой прослойкой образуется
прочная адгезионная связь и создается клеевое соединение.
Операция склеивания является одной из самых распространенных в технологии послепечатных процессов при производстве полиграфических изделий. Процессы склеивания используются при изготовлении книг в мягкой обложке и в твердом переплете, при изготовлении
интегральной переплетной крышки, при клеевой и бесклеевой припрессовке полимерной пленки к оттискам, при изготовлении сложных тетрадей, при упаковке листовой и книжной продукции, в производстве
самоклеящихся этикетов и ряде других.
Склеивание имеет ряд неоспоримых преимуществ. К ним относятся дешевизна, доступность и простота скрепляющего материала,
простота технологии получения клеевого соединения, его высокая
прочность и долговечность при сохранении гибкости, эластичности,
что немаловажно для конструкции книжных изданий.
Клеевые соединения имеют и недостатки, к которым следует отнести, например, длительную естественную сушку или высокие энергетические затраты искусственной сушки для клеев на водной основе,
необходимость сушильных устройств и их обслуживание. В процессе
потери влаги и старения происходит также ухудшение эксплуатационных характеристик полиграфического изделия.
32
2.1. Клеи, используемые в полиграфии
Полиграфическая промышленность – крупный потребитель различных видов клеевых материалов. В процессе изготовления полиграфической продукции клей играет не менее важную роль, чем склеиваемые материалы и оборудование.
Применение клея в полиграфии – один из важнейших этапов, так
как именно на данном этапе определяется, каков будет внешний вид, и
как долго будет служить готовое изделие, будь то сувенирный пакет
или книга.
Основными полиграфическими клеями, используемыми в производстве книжно-журнальной и другой продукции, являются:
1. Водно-дисперсионные клеи (холодные). Оптимальным вариантом склеивания картонных и бумажных материалов различных типов
являются водно-дисперсионные (ВД) клеи или холодные клеи. Они
имеют относительно небольшое время схватывания и образуют сильные связи при условии отсутствия прямого воздействия влаги. Эффект
склеивания происходит за счет полимерного компонента, который образует пленку при испарении воды. Прочные и эластичные они находят
широкое применение при:
- склеивании коробок из картона и гофрокоробов;
- производстве бумажных пакетов и мешков;
- изготовлении конвертов;
- производстве книжно-журнальной продукции;
- изготовлении рекламной и сувенирной продукции.
Крупнейшим потребителем ВД-клеев является упаковочная промышленность. Широкое использование картонной упаковки обусловлено ее легкостью, практичностью и простотой утилизации. ВД-клеи
для упаковки изготавливаются на основе поливинилацетаной дисперсии (ПВАД), а также на этиленвинилацетатной (ЭВА) основе для трудносклеиваемых поверхностей.
Картоны и бумаги, используемые в производстве упаковки, могут
обладать различными покрытиями, (полимерная пленка, УФ-краска
или лак и пр.). Для качественной склейки таких материалов требуется
правильный выбор марки холодного клея. Помимо склеиваемых материалов, ключевую роль в выборе клея на водной основе играет
33
используемое оборудование. Вязкость дисперсионного клея ПВАД
должна соответствовать методу его нанесения, будь то форсунка, диск
или вал.
К недостаткам таких клеев следует отнести отсутствие устойчивости к низким температурам в процессе хранения и транспортировки.
2. Животные клеи. Клеи животного происхождения применяются
для изготовления твердых переплетов книг, папок регистраторов, блокнотов и для других назначений.
Данные клеи могут использоваться на автоматическом оборудовании или вручную; они характеризуются отсутствием токсичности и
легкостью разложения. Животные клеи не коробят и не стягивают материалы, их рабочие температуры колеблются в диапазоне от 55 до
65 ºС и должны строго соблюдаться.
3. PUR-клеи. Полиуретановые клеи применяются для склеивания
журналов, книг и каталогов в мягкой обложке. Данный тип полиграфического клея обладает очень высокими показателями адгезии и применяется для высокопрочного скрепления корешка с применением сложных бумаг и пленок на линиях клеевого бесшвейного скрепления
(КБС). Работа с такими клеями требует соблюдения особых условий
влажности и температуры.
4. Термоплавкие клеи. Термоплавкие клеи являются наиболее распространенными полиграфическими клеями для производства книг
в мягкой обложке, глянцевых журналов и каталогов. Клей-расплав (термоклей, горячий клей, хот мелт, hot melt) относится к виду веществ, которые в результате нагревания принимают текучую форму, а при остывании становятся твердыми. Это ЭВА клеи-расплавы, которые применяются на линиях КБС для заклейки корешка книжного блока и для боковой промазки. Термоплавкий клей для полиграфических работ обладает
высокой начальной липкостью к различным видам бумаг, быстро образует клеевую пленку, имеет хорошую гибкость и эластичность. В зависимости от марки термоплавкие клеи для КБС имеют различные рабочие
температуры (120–200 ºС), соблюдение которых является важным условием при формировании качественного клеевого соединения.
К преимуществам термоклеев следует отнести:
- высокую производительность;
- экологичность;
- безопасность;
- экономичность;
34
- надежность;
- простоту и длительные сроки хранения;
- простоту транспортировки.
В составе термоплавкого клея главную роль играют смолы,
а также термопластичные полимеры. При нагревании эти вещества переходят в жидкую форму, которая может иметь различную вязкость и
структуру. Эти вещества, сами по себе не обладают всеми характеристиками, которые нужны для конечного продукта, поэтому, для усиления действия полимера в состав клея добавляются различные вещества,
повышающие клейкость: смолы, воски, стабилизаторы, пластификаторы и др. Смола отвечает за стабильность структуры, липкость и клейкость; полимер обеспечивает более прочное соединение, требуемую
вязкость и гибкость; воск добавляется для увлажнения поверхности (он
также используется как разбавитель, обуславливающий характерную
температуру плавления и скорость затвердевания), стабилизаторы применяются для защиты клеевой композиции от разложения (благодаря
им характеристики термопластичного клея остаются стабильными
даже при действии света, температуры и других факторов).
2.2. Типы клеевых соединений
По виду конструкции клеевые соединения, применяемые в технологии отделки печатной продукции и в технологии брошюровочно-переплетных процессов, можно разделить на четыре группы (рис. 2.1):
1. Плоские.
2
. Ш-образные.
. Т-образные.
3
4. Комбинированные.
Плоское клеевое соединение является относительно простым типом клеевого соединения, требующим нанесения тонкого и равномерного слоя клея на всю поверхность одной из склеиваемых деталей и
приведения ее в плотный контакт с другой деталью. Этот вид клеевого
соединения требует минимального расхода клея в расчете на единицу
площади склейки.
35
Рис. 2.1. Типы клеевых соединений: а – плоское; б – Ш-образное;
в – Т-образное; г и д – комбинированные; 1 – бумага, оттиск
или картон; 2 – тетради; 3 – листы блока; 4 – полимерная пленка
или покровный материал; 5 – клеевой слой; 6 – корешковый
материал или обложка; 7 – окантовка
При склейке невпитывающих полимерных пленок с гладкой бумагой прочная склейка обеспечивается при толщине клеевого слоя от
30 до 55 мкм в зависимости от гладкости бумаги. При склейке друг
с другом пористых материалов с шероховатой поверхностью (бумаги,
картона, переплетных покровных материалов) технологически необходимая толщина клеевого слоя возрастает до 60–90 мкм при механизированной склейке, а при ручной сборке деталей – до 150 мкм. Плоское
склеивание применяется при припрессовке полимерной пленки к оттискам, сборке переплетных крышек, вставке блоков в крышки, приклейке
форзацев, иллюстраций и дробных частей бумажного листа к тетрадям.
Клеевые соединения Ш-образного типа применяются в процессах скрепления и обработки книжных блоков, скрепленных швейным
или швейно-клеевым способом.
Т-образный тип клеевого соединения применяется при клеевом
бесшвейном скреплении. Площадь склейки книжного блока только по
торцам листов весьма мала: в среднем она примерно в 15 раз меньше,
чем при склейке тетрадей блока по фальцам. Фрезерование корешка
позволяет повысить площадь склейки торцевой поверхности листов с
клеевой пленкой и листов друг с другом за счет проникновения клея на
некоторую глубину между листами. Общая площадь склейки листов
блока при соблюдении режимов фрезерования возрастает в 4–7 раз, но
прочность и долговечность Т-образного клеевого соединения при этом
возрастают в меньшей степени по следующим причинам:
1) механическое воздействие фрезы приводит к частичному раз-
рушению связей между волокнами бумаги в корешковой зоне;
2) напряжения, возникающие в клеевом слое между листам
и
блока при открывании книги, многократно выше, чем напряжения изгиб
а в клеевом слое на поверхности корешка. Большие напряжения
36
растяжения, возникающие в клеевом слое между листами блока при
раскрывании книги, приводят к его быстрому разрушению, после чего
функцию обеспечения долговечности скрепления блока принимает на
себя клеевой слой на поверхности корешка.
Комбинированные клеевые соединения, сочетающие Ш- или
Т-образное с плоским, применяются при окантовке корешка в процессе
швейно-клеевого скрепления блоков и при крытье блоков обложками
в роспуск. Окантовка корешковой части блока значительно повышает
прочность и долговечность клеевого бесшвейного и швейно-клеевого
скрепления блоков и одновременно служит корешковым материалом,
обеспечивающим прочную связь переплетной крышки с блоком. Крытье обложкой в роспуск при КБС повышает надежность скрепления
крайних листов блока и обложки с блоком, а при шитье проволокой
втачку играет и декоративную роль, закрывая проволочные скобы.
Представленные типы клеевых соединений имеют различную
геометрическую форму, различные толщину и равномерность клеевого
слоя, а клеевые композиции – разные состав, концентрацию и вязкость
основных компонентов, требуют разных энергетических и финансовых
затрат при их получении. В готовой книге они испытывают различные
по виду и величине силовые и атмосферные воздействия и в большой
степени определяют срок службы книжного издания.
В связи с этим операции склеивания, от изготовления сложных
тетрадей до соединения переплетной крышки или обложки с блоком,
требуют от инженера-технолога и исполнителя самого внимательного
отношения к точности соблюдения технологии и режимов всех процессов склеивания.
2.2. Этапы склеивания
Процесс склеивания протекает в три этапа:
1. Прилипание.
2. Схватывание.
3. Закрепление.
37
В результате склеивания образуется прочное неразъемное соеди-
𝜎с= #
"#$#%&'#(п#)в#*
$
"#(
%
нение, сохраняющее длительное время свои высокоэластические свойства в готовом изделии.
Необходимым условием прилипания (адгезии) является смачивание жидкой клеевой композицией (раствором, дисперсией или расплавом) твердой поверхности склеиваемых материалов (субстрата). Без
смачивания клеевое соединение невозможно: клей будет собираться
в виде капель, и его невозможно будет распределить равномерным тонким слоем по поверхности тела.
Схватыванием называется такое состояние жидкого клея, при котором клеевая пленка способна удерживать приклеиваемую деталь,
преодолевая ее силу тяжести или упруговысокоэластические силы. Это
свойство достигается в пределах так называемого открытого времени,
по истечении которого открытая поверхность клеевого слоя теряет липкость.
Существует три условия схватывания.
Первым условием схватывания является то, что в момент присоединения второй детали клей должен иметь достаточную липкость и
сохранять текучесть. Время достижения оптимальной липкости и машинное время, отведенное на выполнение данной операции, должны
быть взаимно согласованы. О времени достижения оптимальной липкости можно судить по открытому времени клея – времени с момента
нанесения клея на деталь до потери им липкости, так как липкость становится оптимальной незадолго до полной ее потери.
Чтобы не произошло смещения приклейки, должно быть выполнено второе условие схватывания: сопротивление клеевого слоя
сдвигу s
(Па), обусловленное адгезией и когезией клея, должно превы-
с
шать напряжения от силы инерции и горизонтальной составляющей
аэродинамической силы приклейки:
где m – масса приклейки, кг; а – ускорение, м/с
2
; с – аэродинамический
(2.1)
коэффициент, зависящий от соотношения размеров приклейки и угла
атаки; S
ρ
= 1,205 кг/м3 – плотность воздуха при нормальных условиях; Sс –
в
площадь склейки, м
– площадь лобового сопротивления приклейки, м2;
п
2
.
38
Чтобы не произошло нарушения склейки, должно быть выпол-
𝜎+= #
$#,
(
%
нено третье условие схватывания: сопротивление клеевого слоя отрыву, обусловленное когезией клея, должно превышать напряжения от
силы тяжести приклейки или от силы упругости материала:
(2.2)
где
s
– напряжение отрыва или отгибки приклейки, Па;
о
g = 9,80665 м/с
2
– ускорение силы тяжести.
Схватывание – весьма быстротечный процесс: от момента нанесения клея до присоединения приклеиваемых деталей на различных
операциях и оборудовании оно длится от 0,6 до 3,5 с.
Закрепление клеевого слоя происходит вследствие перехода клея
из жидкого состояния в твердое. Для истинных и коллоидных растворов (золей) и для дисперсий полимеров (гетерогенных систем) это связано с гелеобразованием (образованием студня, или геля) при впитывании растворителя или дисперсионной среды в капилляры склеиваемых
материалов и испарением. Гелеобразование обусловлено тем, что в объеме клея образуется пространственная молекулярная или фазовая сетка
(каркас), которая придает ему основное свойство твердого тела – прочность – и лишает его свойства жидкости – текучести.
Закрепление клеевого слоя (раствора или дисперсии), как правило, процесс длительный. Время закрепления зависит от вида клея, его
относительного влагосодержания, общего количества влаги, внесенной
с клеем, впитывающей способности склеиваемых материалов, наличия
свободной поверхности испарения.
2.3. Теории адгезии и склеивания
Современная теория склеивания еще далека от своего завершения и не способна объяснить все закономерности образования клеевого
соединения.
39
Наиболее ранняя теория склеивания – механическая. Эта теория
утверждает, что склеивание заключаются в проникновении клея в неровности и поры субстрата (образуется так называемый клеевой замок)
с последующим отверждением. Данная теория не может объяснить
прочное склеивание гладких поверхностей или даже более прочное
склеивание гладких поверхностей по сравнению с ворсистыми.
Адсорбционная теория рассматривает процесс склеивания как адсорбцию молекул адгезива на поверхности субстрата с последующим
их межмолекулярным взаимодействием. Согласно этой теории, наилучшее склеивание должно происходить между полярным клеем и полярной поверхностью или между неполярным клеем и неполярной поверхностью. Практика не всегда подтверждает эту закономерность.
Диффузионная теория рассматривает процесс склеивания как
диффузию молекул клеящего вещества в фазу субстрата с полным размытием границы раздела фаз и образованием слоя, состоящего из
отвердевшего клея и склеиваемого вещества. Данная теория не может
объяснить причины склеивания металлов, стекла и т. п.
Электростатическая теория склеивания рассматривает клеевой
шов как обкладку заряженного конденсатора (двойной электрический
слой (ДЭС), т. е. прочность клеевого соединения обусловлена силами
электростатического притяжения. Однако экспериментально установлено, что во многих случаях клеевые соединения образуются и без ДЭС.
Химическая теория склеивания предполагает образование химических связей между молекулами клея и субстрата. Однако можно привести множество примеров образования клеевого шва без возникновения химических связей.
В реальном процессе склеивания могут действовать сразу несколько механизмов, выдвигаемых рассмотренными теориями. Например, можно предположить, что склеивание бумаги полярным клеем на
основе крахмала включает в себя и чисто механические причины, и
межмолекулярное взаимодействие за счет образования водородных
связей, и образование ДЭС при ориентировании полярных молекул в
поверхностях контакта, и т. п.
Процесс склеивания происходит на границе раздела фаз, поэтому
для понимания его закономерностей следует рассмотреть явления смачивания, адгезии (прилипание) и когезии.
Прочность и все другие свойства клеевого соединения определяются соотношением адгезионных сил (действующих между субстратом
и адгезивом) и когезионных сил (действующих внутри фазы адгезива).
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]