|
|
"Świat Druku" - miesięcznik
Archiwum
Rok 2003
Maj
Zapewnienie jakości w produkcji etykiet
|
|
Poniższy artykuł na temat czynników kształtowania jakości produktów samoprzylepnych w procesie ich wytwarzania jest poświęcony wzajemnemu wpływowi materiału wierzchniego i geometrii cięcia narzędzi wykrawających.
|
Kiedy mowa o materiałach wierzchnich, z reguły znacznie więcej uwagi poświęca się wielkości siły potrzebnej do ich oddzielenia od materiału podłożowego, aniżeli tolerancji grubości. Z kolei, gdy mowa o narzędziach wykrawających, podkreśla się znaczenie ich twardości, a mniejszą wagę przywiązuje do tak ważnego parametru, jak kąt pomiędzy ścianami bocznymi narzędzia. Poniższe spostrzeżenia mają za zadanie uczulić czytelników na te niedoceniane kwestie.
Jakość mierzona jakością odcisku narzędzia na materiale podłożowym
Siła tnąca narzędzi do wykrawania używanych do obróbki materiałów samoprzylepnych to właściwość umożliwiająca oddzielenie materiału wierzchniego i związanej z nim warstwy kleju od materiału podłożowego w ten sposób, aby materiał ten, pokryty warstwą silikonu, nie został naruszony w istotny sposób.
Powstający podczas wykrawania odcisk krawędzi tnącej narzędzia wykrawającego na materiale podłożowym jest podstawą oceny jakości produktów samoprzylepnych, takich jak etykiety, tablice samoprzylepne itd. Wszyscy producenci wiedzą, że odcisk zbyt głęboki zawsze jest lub może być podstawą reklamacji.
Na powstawanie odcisku krawędzi tnącej na materiale podłożowym wpływa wiele czynników. Oto najważniejsze z nich:
• rodzaj i właściwości poddawanego wykrawaniu materiału na etykiety
• rodzaj i właściwości materiału wierzchniego
• rodzaj i właściwości narzędzia wykrawającego, takie jak ostrość, precyzja wykonania i wytrzymałość na zużycie.
Różnice między papierami samoprzylepnymi i foliami samoprzylepnymi
Wpływ materiału wierzchniego na wynik wykrawania, a zwłaszcza różnice pomiędzy papierem i foliami z tworzyw sztucznych, jest dobrze znany z praktyki.
Przy wykrawaniu papierów samoprzylepnych niezbędne jest użycie wyższej siły niż przy wykrawaniu folii, ale do zerwania ciągłości materiału wystarcza znacznie mniejsze jego zagęszczenie - papier zostaje przecięty z reguły już przy odkształceniu wskutek ściskania wynoszącym około 65-75%. W związku z tym nie ma specjalnych wymagań ani jeżeli chodzi o narzędzia wykrawające, ani jeśli chodzi o papiery wierzchnie.
Inaczej jest w przypadku folii termoplastycznych, jak na przykład PE, PP, PU, PS, PA czy innych poli-olefin. Materiały te odznaczają się wysoką ściśliwością i plastycznością oraz bardzo wąskim zakresem pękania. Do rozdzielenia poliolefin często niezbędne jest zagęszczenie materiału na poziomie 95% lub wyższym. Dlatego materiały te muszą być wykrawane bardzo precyzyjnie, by tak rzec, „przecięte” do ostatniej molekuły. Tym samym ich obróbka stawia najwyższe wymagania jeżeli chodzi o wykonanie i ostrość wykrojników, geometrię linii wykrawania oraz odporność na zużycie stali, z której zostały wykonane narzędzia tnące.
Z powodu termoplastycznej struktury materiału folie te przenoszą nacisk przy wykrawaniu w formie stożka nacisku na materiał podłożowy w ten sposób, że zostaje on narażony na znacznie większe odkształcenie, pewnego rodzaju kompresję materiału. Dlatego wówczas, gdy materiałem wierzchnim jest folia ze spolimeryzowanego tworzywa sztucznego, większego znaczenia nabierają właściwości pokrytego warstwą silikonu materiału podłożowego. Od nich uzależniony jest odcisk noża na warstwie silikonowej.
Jako materiały podłożowe stosowane są papiery pergaminowe, papiery siarczanowe, rzadziej tworzywa sztuczne, jak poliester czy polipropylen. Istotnymi właściwościami tych materiałów są zarówno grubość i jej odchylenie standardowe, sztywność materiału pokryciowego w kierunku Z, jego odporność na ściskanie pod nożem wykrojnika, jak również rodzaj powłoki silikonowej.
Odchylenia grubości materiału podłożowego
Na rynku obserwuje się tendencję do obniżania grubości papierów wierzchnich materiałów
samoprzylepnych. Standardowa grubość tych papierów, która jakiś czas temu wynosiła 57 µm + 3 µm, teraz z przyczyn kosztowych i ze względu na ochronę środowiska jest stale obniżana. Nierzadko obserwuje się, że przy tych samych danych odnośnie gramatury, jak np. 62 g/m2 czy 65 g/m2, rzeczywista grubość materiału podłożowego jest wyraźnie zredukowana. Kiedy spada poniżej 50 µm, dochodzi do poważnych problemów przy wykrawaniu, zwłaszcza w wypadku zastosowania dotychczas używanych narzędzi, które są jeszcze nastawione na dotychczasową grubość standardową. Jeżeli przy zamawianiu nowych wykrojników nie zostanie, najczęściej wskutek nieświadomości, podana zmieniona grubość materiału wierzchniego, a specyfikacja zostanie oparta na stanie dotychczasowym, można spodziewać się wystąpienia zakłóceń w produkcji oraz uszczerbku na jakości produktu.
Z reguły grubsze papiery pergaminowe i papiery siarczanowe w ujęciu procentowym wykazują takie same odchylenia standardowe grubości, jak papiery cieńsze, jednak w wielkościach absolutnych odchylenia grubości są znacznie większe. To prowadzi naturalnie do powstawania miejscowo znacznie mocniejszych odcisków wykrojnika, ponieważ każdy wykrojnik musi być nastawiony na najniżej położony punkt materiału podłożowego, tak aby wykrawany użytek nie został zabrany wraz z przeciwformą. Rezultat wykrawania w takich wypadkach wygląda często tak, jakby krawędzie tnące miały niejednakową wysokość, a najczęściej wcale tak nie jest.
W systemie wykrawania składającym się ze stacji wykrawania, cylindra dociskowego i cylindra wykrawającego możliwe jest - dzięki pewnej elastyczności stali - wyrównanie pewnych odchyleń w papierze wierzchnim. Mówi się o zakresie tolerancji od 6 do 10 µm (±3-5 µm), co stanowi od 10% do prawie 20% grubości materiału pokryciowego. Jeżeli odchylenia wynoszą 20 µm (±10 µm) lub więcej (co w praktyce wcale nie jest niemożliwe), to nawet najlepsze i najostrzejsze narzędzie tnące w najlepszej maszynie z pewnością ich nie wyrówna.
Co to jest wysoka/niska gęstość?
Inną ważną własnością papierów podłożowych jest ich sztywność w kierunku Z. Jest to cecha odwrotnie proporcjonalna do ściśliwości papierów pergaminowych i siarczanowych. Sztywność w kierunku Z jest uzyskiwana podczas produkcji papieru, w procesach kalandrowania. W terminologii handlowej rozróżnia się papiery pergaminowe High Density (HD) lub Low Density (LD).
Twarde i sztywne papiery podłożowe nie tylko zwiększają jakość wykrawania, ale także umożliwiają osiąganie większej prędkości produkcji przy niezmienionych wynikach wykrawania. Szerokie badania tego zagadnienia zostały przeprowadzone wspólnie przez firmy Gallus, RotoMetrics i United Paper Mills. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Labels/Etiketten”, nr 3/96.
Silikonowanie podłoża
Własnościom warstwy silikonowej materiałów podłożowych rzadko przypisuje się w praktyce duże znaczenie. Dla większości fachowców najczęściej decydujące znaczenie ma tylko skład warstwy silikonowej i jej dostosowanie do właściwości kleju samoprzylepnego, ze względu na wielkość siły potrzebnej do oddzielenia etykiety od silikonowanego podłoża.
Jeżeli mówi się w branży o bezrozpuszczalnikowych warstwach silikonowych, to raczej mając na uwadze względy ochrony środowiska niż technikę wykonania i jakość produktu. W praktyce stwierdzono jednak bardzo silny wpływ twardości warstwy silikonowej i właściwości jej powierzchni na rezultat wykrawania i odcisk krawędzi tnącej na papierze podłożowym.
Własności warstwy silikonowej - zaskakujące wyniki testu
U jednego z wiodących szwajcarskich producentów etykiet przeprowadzono proste badanie. Do badań została wybrana folia polietylenowa na papierze pergaminowym o gramaturze 67 g/m2. Operację wykrawania wykonał ten sam operator, jednego dnia, na tej samej maszynie, przy użyciu cylindra wykrawającego EDM typ MU 100. Wykonano dwa przebiegi wykrawania. W każdym z nich poddano obróbce kilkusetmetrowy odcinek materiału samoprzylepnego. Materiał ten składał się każdorazowo z tej samej folii, jednak zlaminowanej z dwoma rodzajami silikonowanego papieru pergaminowego. Wynik badania był zaskakujący. W odznaczającej się wysokim połyskiem, twardej warstwie silikonowej powstały głębokie nacięcia. Po zabarwieniu powierzchni papieru pergaminowego były one wyraźnie widoczne. Od spodniej strony znać było wyraźne wnikanie barwnika w papier. Warstwa silikonowa wyglądała, jakby „pękła” pod naciskiem wykrojnika. Natomiast w przypadku matowej i miękkiej warstwy silikonu zabarwienie nacięć na wierzchniej stronie było prawie niewidoczne.
Mimo niewielkiej różnicy grubości obu papierów pergaminowych i podobnego rozkładu tolerancji grubości materiału, w pierwszym wypadku były oczywiste powody do reklamacji, w drugim wynik był bardzo dobry. Różnica ta wystąpiła mimo zastosowania tego samego narzędzia, w tej samej maszynie oraz przy zastosowaniu folii polietylenowej z tego samego zwoju.
Jakie narzędzie jest odpowiednie?
Jeżeli właściwości części składowych poddawanego obróbce materiału są dostosowane do rezultatu oczekiwanego przez użytkownika etykiety, wówczas wynik wykrawania jest w dużym stopniu zależny od zastosowanego narzędzia wykrawania i jego jakości, abstrahując od parametrów technicznych maszyny, takich jak przenoszenie siły, stan cylindra dociskowego itd.
Tajemnica uzyskiwania perfekcyjnej jakości wykrawania, mierzonej czystością krawędzi produktu i mini-malnym odciskiem na warstwie silikonowej, polega na starannym dopasowaniu stosowanych narzędzi wykrawających do danego materiału samoprzylepnego wraz z materiałem podłożowym.
Uwzględnić należy zwłaszcza fizyczną naturę procesu wykrawania. Z cięciem w zwykłym sensie nie ma to nic wspólnego, ponieważ nie występuje tu względny ruch wykrojnika w stosunku do wykrawanego przedmiotu.
Proces wykrawania
Wykrawanie materiałów samoprzylepnych składa się z fazy zagęszczania, podczas której materiał pod nożem wykrojnika podlega coraz większemu zgniataniu, i z fazy rozrywania, w której wykrawany materiał ulega rozdzieleniu wskutek kompresji. Siła nacisku wykrojnika jest przenoszona przez materiał wierzchni na papier podłożowy, który w pierwszej fazie również podlega kompresji, a w drugiej - dekompresji. Kiedy suma grubości zagęszczonych materiałów wierzchniego i podłożowego pomniejszona o nominalną grubość materiału wierzchniego ma wartość dodatnią, można obserwować interesujący efekt. Podczas dekompresji papier podłożowy „nadziewa się” na nóż wykrojnika. W ten sposób powstaje odcisk w warstwie silikonowej materiałów pokryciowych. Jego głębokość i kształt zależy z jednej strony od omówionych właściwości materiałów wchodzących w skład laminatu, a z drugiej strony od nacisku niezbędnego do wykrawania, a więc bezpośrednio od jakości wykrojników.
Optymalne wykonanie narzędzi wykrawających
Ostrość wykrojnika, a tym samym jego zdolność do precyzyjnego rozdzielania materiału, zależy w dużym stopniu od jakości wykonania ostrza wykrawającego. Zwłaszcza ważny jest ostry kąt skosu i płaszczyzna na szczycie krawędzi tnącej. Wspomagany komputerowo (CNC/CAM) proces wytwarzania cylindrów wykrawających gwarantuje dokładne zachowanie zadanych wartości kąta skosu i płaszczyzn, tak że dla każdego materiału samoprzylepnego może być wytworzone optymalnie do niego dostosowane narzędzie wykrawające.
Jak już zostało powiedziane, wszystkie tworzywa termoplastyczne wymagają stosowania narzędzi tnących o znacznie bardziej ostrym kącie skosu, aniżeli to jest w przypadku łatwych do wykrawania papierów samoprzylepnych. Mały kąt przekłada się na wysoką ostrość noża wykrojnika, która potem wymaga użycia mniejszej siły nacisku, aby nóż mógł wniknąć w folię samoprzylepną i czysto ją rozdzielić. Mniejszy nacisk oznacza także mniejsze obciążenie silikonowanych podłoży i znacznie mniejszą wartość dekompresji przy odprężeniu materiału podłożowego. Przy tym decydujące znaczenie ma to, czy zastosowane narzędzie tnące ma kąt skosu 20o, 60o czy 90o.
Wszystkie narzędzia o szerokim kącie, jak np. blachy wykrawające czy miękkie cylindry wykrawające, zgniatają folię samoprzylepną zamiast ją czysto oddzielić. Jest to dobrze widoczne na rysunku i wpływa szczególnie negatywnie w wypadku materiałów trudnych do wykrawania, głównie termoplastów i poliolefin, a więc materiałów, które muszą być czysto wykrawane aż do ostatniej molekuły.
Odmienna sytuacja występuje w wypadku papieru samoprzylepnego, który pod wzrastającym naciskiem noża o dużym kącie po prostu pęka i rzadko widoczne jest w nim zgniecenie. Wyjątek stanowią tutaj papiery powlekane o wysokiej gramaturze powłoki, przy których obróbce pozostaje na krawędzi wykrawania coś w rodzaj zadzioru. Najczęściej nie odgrywa to większej roli, jednak ma decydujące znaczenie w wypadku etykiet samoprzylepnych do zabezpieczeń, które na drugiej stronie są zadrukowane folią transferową. Jeżeli kod kreskowy albo drobne pismo znajdzie się na nierównej krawędzi wykrawania, to funkcjonalność etykiet samoprzylepnych wykrawanych takimi szerokimi ostrzami zostaje znacznie obniżona.
Różnice ostrości narzędzi
W praktyce jednak oddzielenie narzędzi o małym i o dużym kącie skosu jest bardzo proste. U wiodących producentów wykrojników wąskie ostrza na grawerowanych cylindrach wykrawających mają kąt znacznie poniżej 20o, a ich siła tnąca jest porównywalną z tą, jaką ma żyletka. Przeciwieństwem tego są wszystkie giętkie blachy do wykrawania, których kąt wynosi 60o do 80o, a przeciętnie 80o, albo odcinki taśmy stalowej o kącie od 45o do 55o.
Związane z wielkością kąta skosu różnice w ostrości narzędzi nabierają szczególnego znaczenia przy wystąpieniu pierwszych oznak zużycia krawędzi tnących. W wypadku narzędzi tnących o dużym kącie skosu stępienie krawędzi tnącej jest przyczyną wyraźnie podwyższonego naprężenia w systemie wykrawania, powoduje konieczność użycia większego nacisku i jest przyczyną o wiele większego obciążenia materiału pokryciowego. Jednak w wypadku mniejszych nakładów stosuje się szerokokątne blachy wykrawające i odcinki taśmy stalowej. Jest to rozwiązanie opłacalne ekonomicznie dzięki korzystnej relacji cena/wydajność i dlatego jego udział w rynku stale rośnie.
Parametry jakości
Jakość produktów samoprzylepnych i efektywność produkcji jest określana także przez wiele innych parametrów i wielkości. Należą do nich: rodzaj i wykonanie maszyny do drukowania etykiet, system prowadzenia wstęgi, równomierność naprężenia wstęgi, stabilność stacji wykrawania i zastosowany w niej system docisku, sposób przenoszenia siły, średnica i stan cylindra dociskowego, kompensacja zmian termicznych w systemie wykrawania itd. Są to jednak odrębne zagadnienia, które zasługują na oddzielne omówienie.
Podsumowanie
Podczas przygotowania produkcji etykiet samoporzylepnych, a najlepiej w fazie przygotowania oferty, trzeba zwrócić szczególną uwagę nie tylko na rodzaj i właściwości materiałów pokryciowych, samych produktów samoprzylepnych, ale także materiałów podłożowych.
Ważna jest nie tylko bardzo dobra równomierność folii samoprzylepnej, jaką charakteryzuje się np. „Polyexact” i podobne produkty. Jeżeli materiały te, często nie poddające się łatwo wykrawaniu, są pokryte grubymi papierami pergaminowymi, które charakteryzują się wysokim odchyleniem standardowym grubości i małą sztywnością w kierunku Z, wówczas można się spodziewać wystąpienia problemów podczas produkcji oraz niższej jakości produktu samoprzylepnego.
Zastosowanie cienkich i twardych papierów pergaminowych HD (o wysokiej gęstości) z minimalnym odchyleniem standardowym grubości, pokrytych warstwą miękkiego silikonu, zwłaszcza do tworzyw termo-plastycznych, takich jak polipropylen, polietylen, poliuretan, poliamid itd. gwarantuje niezakłóconą produkcję, relatywnie wysoką prędkość produkcji i jakość produktu bez zarzutu. Wybierając cylindry wykrawające o wysokiej żywotności i ekstremalnie ostrych liniach tnących producent zapewni sobie zarówno rozwiązanie korzystne ekonomicznie, jak i najwyższą jakość produktów.
Summa summarum: jeżeli oczekuje się wysokiej jakości produktu, nieodzowne jest podjęcie następujących kroków:
• staranny dobór materiału samoprzylepnego
• kontrola na wejściu i pomiar materiałów wierzchnich
• konsultacja producenta narzędzi i dobór odpowiedniego narzędzia do danego materiału samoprzylepnego i do wielkości zamówienia
• udostępnienie wzorów materiałów w celu dostosowania narzędzia do materiału.
dr Markus Bringmann
tłumaczyła Elżbieta Włodarczyk
|
|
|
|
