17. Этапы склеивания. Смачивание и прилипание

Склеивание — получение неразъемного соединения материалов при помощи промежуточного слоя — адгезива. Это весьма распространенная операция в процессах отделки оттисков, в технологии брошюровочно-переплетных процессов и в производстве этикеток и некоторых видов упаковки. Процесс склеивания широко используется при клеевой и бесклеевой припрессовке полимерных пленок к оттискам, при изготовлении сложных тетрадей, скреплении и обработке книжных блоков, сборке переплетных крышек, крытье блоков обложкой, вставке блоков в крышки, при упаковке листовой и книжной продукции, в производстве самоклеящихся этикеток и коробок.

Основными достоинствами процессов склеивания являются 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: у клеев на водной основе — требование длительной естественной сушки или высокие энергетические затраты искусственной сушки, ухудшение эксплуатационных свойств в процессах потери влаги и старения.

Процесс склеивания протекает в три этапа (прилипание, схватывание, закрепление), в течение которых образуется прочное неразъемное соединение, 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.

Большинство клеев, применяемых в ТБПП, — это водные растворы или дисперсии полимеров. Капля такого клея, нанесенная на поверхность материала, под действием поверхност ного натяжения на границах раздела фаз образует с горизонтальной поверхностью тела краевой угол смачивания q. Если твердое тело смачивается водой или водным раствором и дисперсионной средой, то при условии 0≤cosѳ≤1

тело называют гидрофильным, а при -1≤cosѳ≤ 0 — гидрофобным .

 

Такие материалы брошюровочно-переплетного производства, как бумага, картон, переплетные ткани, полиграфическая марля, гидрофильны и хорошо смачиваются клеями, в которых дисперсной средой или растворителем является вода. Однако гидрофильность бумаги зависит от ее проклейки: клееная бумага (офсетная, иллюстрационная, обложечная) и высококлееная картографическая бумага хуже смачиваются такими клеями (рис. 1.4), и поэтому прочность клеевого соединения этих видов бумаги значительно ниже, чем у неклееных и слабоклееных видов.

Угол смачивания бумаги и переплетных материалов клеем не является постоянной величиной, сравнительно быстро уменьшается со временем с момента нанесения капли на горизонтальную поверхность материала. Объясняется это следующими причинами. Уравнение Юнга — Дюпре cos = (_{2, 3} — _{1, 2})/_{1, 2} с точки зрения современной физики некорректно, так как в нем не учтено требование первого закона Ньютона (F = 0) и результат действия вертикальной составляющей силы _{1, 2} и силы тяжести капли mg. Первая сила, не уравновешенная никакой другой силой, отрывает периметр капли от горизонтальной поверхности, а вторая «сплющивает» каплю, заставляя ее растекаться. Кинетика изменения угла смачивания зависит не только от поверхностных натяжений на границах трех фаз, но и в значительной степени от шероховатости поверхности (показателя гладкости) и пористости, кинетики впитывания жидкости твердым телом. Из этого следует, что при оценке меры смачивания необходимо указывать время отсчета значений угла смачивания с момента нанесения капли жидкости на поверхность твердого тела.