Комплект устройств для определения прочности адгезии самоклеящихся листов и покрытий

Авторы патента:

Комплект устройств для измерения прочности адгезии, содержащий матрицу с отверстием, по крайней мере один цилиндрический штифт диаметром на 1÷3 мм меньше диаметра отверстия с отверстием для крепления гибкой тяги, вставленный заподлицо в это отверстие и жесткую металлическую пластину, которая соединена с матрицей болтами, жесткую металлическую пластину с габаритом, обращенным к оператору больше габарита матрицы, в которой установлен указатель уровня горизонта пузырькового типа, отвес, металлическую тягу шарнирного типа и цанговый держатель штифтов для дозирования нагрузки при подготовке к испытаниям адгезионного соединения самоклеящихся материалов и шлифовке контактной поверхности штифтов после очистки от следов клеящих веществ, штифт имеет форму гильзы или пуговицы с плоской поверхностью для приклеивания испытываемых адгезионных материалов, к центру которой прикреплена гибкая тяга.

1 п.ф, 3 ист. Инф. 4 фиг.

Область техники, к которой относится предложение

Предложение относится к области исследования материалов механическими способами, а более конкретно к устройствам для определения адгезионной прочности соединения самоклеящихся листовых материалов и покрытий с жесткими основаниями и может быть использовано на полиграфических и иных предприятиях для в количественной оценки прочности закрепления печатных форм на формных цилиндрах, прочности закрепления этикеток на таре и изделиях, а также прочности закрепления типографской краски или лака на различных запечатываемых материалах с применением тензометрической разрывной машины.

Уровень техники

Известно «устройство - испытательный образец» для определения адгезии покрытий, содержащее матрицу с конусным отверстием, вставленный в это отверстие заподлицо с рабочей поверхностью матрицы штифт и покрытие, нанесенное на рабочую поверхность матрицы и торец штифта одновременно (слитно), причем соотношение малого диаметра отверстия и толщины покрытия составляет от 1,0 до 2,0. В известном устройстве реализуется схема испытания покрытия на «чистый отрыв» от подложки в нормальном направлении без изгибающих и срезающих составляющих в фиксируемом усилии отрыва (Авт. Свид. СССР 1809370 51, МПК G01N 19/04, опублик. 1993 г.).

Известно также устройство для определения прочности сцепления покрытия с подложкой, состоящее из матрицы с конусным отверстием и вставленного заподлицо в это отверстие штифта, покрытия, нанесенного на рабочую поверхность матрицы и торец штифта одновременно (слитно), и накидной гайки, навинченной на матрицу со стороны покрытия, и клеевого слоя, нанесенного на внешнюю поверхность покрытия и внутреннюю поверхность гайки. Указанный штифт может быть выполнен в виде конического штифта, конусность которого меньше конусности отверстия матрицы, или иметь цилиндрическую форму (Пат. РФ 2294531, МПК G01N 19/04, опублик. 27.02.2007 г.). Устройство позволяет повысить точность измерений.

Недостатком известных устройств является невозможность их использования для оценки прочности закрепления самоклеящихся листовых материалов и печатной краски (лака) на полимерных пленках.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому является устройство для определения адгезии красок и покрытий к полимерным пленкам, содержащее матрицу с отверстием, цилиндрический штифт диаметром на 1÷3 мм меньше диаметра отверстия в форме «грибка» с отверстием в ножке для крепления гибкой тяги, вставленный заподлицо в это отверстие, эластичный декель и жесткую металлическую пластину, которая жестко соединена с матрицей струбциной или винтами. Т.к. известное устройство состоит из нескольких ни чем не связанных между собой деталей (матрицу, штифт, струбцину и пластину с декелем) используемых вместе с тензометрической разрывной машиной, то его правомерно называть комплектом устройств для измерения прочности адгезии (Фаренбрух К.В. Методические особенности исследования поверхности запечатываемых материалов различной природы // Вестник Московского государственного университета печати. 6.2006. с.52-55).

Комплект устройств, имеет сложные в изготовлении детали, не обеспечивает необходимую производительность и точную воспроизводимость условий испытания в больших сериях и, как следствие этого, имеет большую погрешность измерений.

Сущность предложения

Решаемой технической задачей является:

- расширение области применения устройства за счет использования предлагаемого комплекта для измерения прочности закрепления самоклеящихся листовых материалов на жестких подложках;

- повышение точности и достоверности результатов измерения прочности закрепления самоклеящихся листовых материалов и красок на гибких (пленочных) подложках;

- обеспечение многократного использования устройства без его повреждения при чистке штифтов от клея после проведения каждого испытания.

Поставленная задача решается тем, что в известный комплект устройств для измерения прочности адгезии, содержащий матрицу с отверстием, по крайней мере один цилиндрический штифт диаметром на 1÷3 мм меньше диаметра отверстия в с отверстием для крепления гибкой тяги, вставленный заподлицо в это отверстие, и жесткую металлическую пластину, которая соединена с матрицей болтами, согласно предложению, имеет жесткую металлическую пластину с габаритом, обращенным к оператору больше габарита матрицы, в которой установлен указатель уровня горизонта пузырькового типа. Комплект устройств дополнительно включает: отвес, металлическую тягу шарнирного типа и цанговый держатель штифтов для дозирования нагрузки при подготовке к испытаниям адгезионного соединения самоклеящихся материалов и шлифовке контактной поверхности штифтов после очистки от следов клеящих веществ, штифт, имеющий форму гильзы или пуговицы с плоской поверхностью для приклеивания испытываемых адгезионных материалов, к центру которой прикреплена гибкая тяга.

Предложение иллюстрируется принципиальной схемой деталей комплекта устройств, схемой комплекта в сборке и примером его практического использования.

Фиг.1. Детали комплекта с диском самоклеящегося материала вне разрывной машины.

1 - штифт («грибок», гильза или «пуговица»); 2 - основание (субстрат, подложка); 3 - покрытие или слой краски на образце; 5 - диск самоклеящегося материала с адгезионными слоями (всего 3 слоя); 7 - металлическая пластина с уровнем (не показан); 8 - матрица; 9 - гибкая тяга; 11 - отвес; 12 - болты; 13 - гайки с маховиками («барашки»); 14 - стержень с резьбой для крепления к подвижной траверсе разрывной машины.

Фиг.2. Детали комплекта вне разрывной машины.

1 - штифт («грибок», гильза или «пуговица»); 2 - основание (субстрат, подложка); 3 - покрытие или слой краски на образце; 6 - слой клея; 7 - металлическая пластина с уровнем (не показан); 8 - матрица; 9 - гибкая тяга; 11 - отвес; 12 - болты; 13 - гайки с маховиками («барашки»); 14 - стержень с резьбой для крепления к подвижной траверсе разрывной машины.

Фиг.3. Схема комплекта в сборке на подвижной траверсе разрывной машины.

1 - штифт («грибок», гильза или «пуговица»); 2 - основание (субстрат, подложка); 3 - покрытие или слой краски на образце; 5 - образец самоклеящегося материала; 6 - слой клея; 7 - металлическая пластина с уровнем; 8 - матрица; 9 - гибкая тяга; 12 - болты; 13 - гайки с маховиками («барашки»).

Фиг.4. Схема крепления штифта при наклеивании на образец под давлением

1 - штифт («грибок» или гильза); 2 - основание (субстрат, подложка); 5 - образец самоклеящегося материала; 15 - цанговый держатель; 16 - груз

Комплект может применяться для оценки адгезии красок к запечатываемым материалам и покрытий к различным основаниям (субстратам, подложкам). В зависимости от вида используемых вспомогательных материалов способ реализуется двух вариантах.

Первый вариант предусматривает использование самоклеящегося трехслойного материала для передачи усилия (напряжения) отрыва основания (субстрата, подложки) от испытуемого покрытия (слоя краски), на которое наклеен с помощью самоклеящегося материала штифт, соединенный через гибкую тягу с тензометритческим устройством разрывной машины.

Второй вариант предусматривает использования для этой цели клея не оказывающего влияния на прочность соединения покрытия с основанием.

До начала тензометрических испытаний по первому варианту способа (фиг.1), на штифт (1), имеющий форму «грибка», гильзы или пуговицы наклеивают диск, вырезанный из двухстороннего самоклеящегося материала (5), который затем приклеивают к изучаемому на адгезионную прочность к основанию (2) покрытию или слою краски (3). Образец основания (2) с покрытием (3) укладывают на металлическую пластину (7) с уровнем, которую закрепляют при помощи стержня с резьбой (14) и гайки (13) на подвижной траверсе разрывной машины. Выравнивают горизонтально по уровню пузырькового типа (фиг.3) положение металлической пластины (7) на траверсе, затем укладывают на образец матрицу (8) с отверстием таким образом, чтобы штифт оказался в центре отверстия на равном удалении от его внутренней цилиндрической поверхности.

На гибкой тяге (9) закрепляют отвес (11) с коническим основанием и соединяют тягу с балкой тенземетрического устройства разрывной машины (фиг.1 и фиг.2). Проверяют вертикальность расположения гибкой тяги при ее закреплении на штифте. Регулируют (уточняют) вертикальное положение гибкой тяги перемещением в горизонтальной плоскости металлической пластины (7) с уровнем и/или место крепления тяги к балке. Затем отвес (11) удаляют точное положение гибкой тяги фиксируют на штифте, а матрицу (8) плотно прижимают к образцу и нижней металлической пластине болтами (12) и гайками (13). Испытания проводят путем перемещения нижней траверсы вниз с постоянной скоростью (1-50 мм/мин) в зависимости от толщины и механический свойств испытуемого покрытия или краски. Комплект может быть использован по первому варианту способа для оценки адгезионных свойств самих самоклеящихся материалов по отношению к материалу штифта или металлу пластины (6).

До начала тензометрических испытаний по второму варианту способа (фиг.2) на штифт (1) и/или испытуемое покрытие (3) наносят слой жидкого или термопластичного клея (6), таким образом, чтобы слой клея не выходил за пределы проекции штифта на горизонтальную плоскость. Комплект сборки по обоим вариантам готовые к началу тензометрических испытаний показан на фиг.3.

На фиг.3 показан также вариант определения прочности контакта или когезионной прочности липких слоев самоклеящихся материалов или когезионной прочности слоя клея (6). В зависимости от места (характера) разрушения склеенных материалов в результате испытаний получают величину прочности клеящих веществ (клея) или величину адгезионной прочности на границе контактирующих фаз (поверхности разрушения).

После проведения испытаний необходимо удалить остатки клеящих веществ с торцевой рабочей поверхности штифта. Это осуществляют путем смыва клея соответствующим растворителем, а также, при необходимости, шлифованием (торцеванием) его поверхности. Для проведения последней операции и при наклеивании на образец испытуемого материала с покрытием штифта используется цанговый держатель (фиг.4), обеспечивающий (своей массой и массой накладываемой сверху гири) дозированную нагрузку на штифт и строго вертикальное положение штифта. Процедура наклеивания штифта на образец под постоянной нагрузкой заключается в следующем (фиг.4). Штифт (1) т.е. «грибок» или гильза закладывается в цанговый держатель (14) на 80-90% высоты, зажимается цангами одновременно с нескольких сторон по цилиндрической поверхности и в вертикальном положении устанавливается на образец самоклеящегося материала (5) в форме диска или клей, а затем на основание (субстрат, подложку) адгезия к которому будет измеряться. Для увеличения давления приклеивания на цанговый держатель (14) укладывают груз (15).

Работоспособность комплекта и применимость его для оценки прочности соединения различных типографских красок с пленочными запечатываемыми материалами подтверждается результатами измерения адгезии в различных системах «пленка - краска, закрепляемая ультрафиолетовым облучением» (табл.1).

Таблица 1.Результаты испытаний устройства при определении прочности адгезии красок
N	Запечатываемый материал	Время закрепления краски, с	Адгезионная прочность, кПа
F_i, кПа	, кПа	, кПа	, %	Доверительный интервал, кПа
1	Полипропилен, обработанный коронным разрядом	1	120	72,27 55,00 49,77 51,53	45,71	8,38	18,33	46±8,38
2	240	41,82 36,31 40,40 56,31	43,63	3,37	7,73	44±3,37
3	300	21,76 17,16 24,72 37,84	25,60	3,16	12,33	26±3,16
2	Полиэтилентерефталат	1	120	46,36 46,08 55,23 45,11	48,39	2,04	4,39	48±2,04
2	240	43,41 43,35 43,30 55,45 23,86	41,87	5,07	12,1	42±5,07
3	Бумвинил (бумага с покрытием из поливинилхлорида)	1	40	18,01 36,08 17,16 26,82 14,09	22,43	4,03	17,95	22±4,03
2	90	56,19 60,06 79,03 79,43	68,68	4,50	6,56	69±4,50
3	150	86,82 70,97 100,80 86,88 52,44	79,58	8,25	10,37	80±8,25

Комплект устройств для измерения прочности адгезии, содержащий матрицу с отверстием, по крайней мере один цилиндрический штифт диаметром на 1÷3 мм меньше диаметра отверстия с отверстием для крепления гибкой тяги, вставленный заподлицо в это отверстие и жесткую металлическую пластину, которая соединена с матрицей болтами, отличающийся тем, что содержит жесткую металлическую пластину с габаритом, обращенным к оператору больше габарита матрицы, в которой установлен указатель уровня горизонта пузырькового типа, дополнительно включает: отвес, металлическую тягу шарнирного типа и цанговый держатель штифтов для дозирования нагрузки при подготовке к испытаниям адгезионного соединения самоклеящихся материалов и шлифовке контактной поверхности штифтов после очистки от следов клеящих веществ, штифт имеет форму гильзы или пуговицы с плоской поверхностью для приклеивания испытываемых адгезионных материалов, к центру которой прикреплена гибкая тяга.