Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные аспекты дизайна объемной этикетки
1.1. Графический дизайн, как базисный элемент создающий дизайн этикетки 9
1.2. История этикетки и развитие дизайна этикетки 17
1.3. Характеристики дизайна объёмной этикетки 33
Глава 2. Материалы и технологии, используемые в изготовлении объёмной этикетки
2.1. Основные материалы
2.1.1. Виниловые пленки 39
2.1.2. Смолы 46
2.1.3. Выбор материала для исследований 57
2.2. Основные виды печати 58
2.2.1. Шелкография 60
2.2.2. Струйная печать 65
2.2.3. Цифровая печать 70
2.3. Технология изготовления объёмной этикетки 74
Глава 3. Модель процесса растекания капли смолы по поверхности подложки
3.1. Теоретическая модель исследования процесса 83
3.2. Экспериментальное исследование процесса 95
3.3. Выводы 97
Глава 4. Анализ функциональной зависимости высоты линзы от диаметра подложки
4.1. Методика проведения эксперимента 98
4.2. Выводы
Глава 5. Исследование влияния вида печати на адгезионные свойства объёмной этикетки
5.1. Методы измерения адгезионной прочности и теории адгезии 103
5.1.1. Методы неравномерного отрыва 109
5.1.2. Методика измерения и оценка адгезии объёмной этикетки при отслаивании 114
5.2. Прочность адгезии и внутренние напряжения в объёмной этикетке
5.2.1. Прочность адгезии плёнки к поверхности компаунда.. 123
5.2.2. Расчет длительной прочности адгезионного соединения при нормальном отрыве 128
5.3. Выводы 136
Глава 6. Влияние агрессивных сред и УФ-излучения на дизайн объёмной этикетки
6.1. Методика проведения эксперимента 138
6.2. Выводы 139
Выводы 141
Список использованной литературы 144
Приложение 151
- Графический дизайн, как базисный элемент создающий дизайн этикетки
- Теоретическая модель исследования процесса
- Методы измерения адгезионной прочности и теории адгезии
- Прочность адгезии и внутренние напряжения в объёмной этикетке
Введение к работе
Трудно переоценить значение этикетки в качестве источника информации о той или иной продукции. Основные требования, предъявляемые к этикетке - информативность, эстетичность и устойчивость к воздействиям среды использования.
Одним из направлений усовершенствования дизайна обычной этикетки является создание объёмной трехмерной самоклеящейся этикетки. Особый дизайн этикетка получает путём заливки компаундом. Компаунд - это полимерная композиция из эпоксидной смолы и отвердителя. Компаунд после застывания образует полусферическую форму, своего рода линзу.
В иностранной литературе такие этикетки называют resinata (залитая смолой), cristal drop (хрустальная капля) и stereo label (стереоэтикетка). Область применения объёмной этикетки очень широкая. Она используется у для обозначений кнопок и клавиш на различных панелях управления; при декорировании транспортных средств; в рекламно-сувенирной продукции; этикетка наклеивается на бытовом и промышленном оборудовании, на эксклюзивных видах упаковок. Дизайн объёмной этикетки зависит от физико-механических и эстетических характеристик составляющих элементов - подложки и компаунда. Подложка представляет собой плоскую самоклеющуюся этикетку, эстетические качества которой представлены посредством графического дизайна. Мастеров графического дизайна огромное множество. Химические, физические, механические характеристики компаунда исследовались многими учёными. Определением факторов дизайна объёмной этикетки и влиянием на них свойств используемых материалов, 0 технологии изготовления и условий эксплуатации практически не занимался никто. Поэтому вопросы анализа и учета влияния физико-механических • характеристик объёмной этикетки и условий среды её применения на дизайн объёмной этикетки являются актуальной задачей.
Учитывая, что объёмная этикетка - это современный продукт дизайнерской работы и интерес дизайнеров к объёмным этикеткам растет, в тоже время до 30% готовых изделий отбраковываются, - дизайн объёмной этикетки, и её технология изготовления стали объектом исследования в работе.
Таким образом, цель работы: установить влияние физико-механических характеристик составляющих элементов объёмной этикетки и условий среды использования на дизайн объёмной этикетки. Поставленная цель определила необходимость решения основных задач исследования: 1 • Классификация факторов дизайна объёмной этикетки;
2. Разработка научных основ регулирования физико-механических характеристик составляющих элементов объёмной этикетки позволяющих качественно улучшить факторы её дизайна
3. Анализ влияния на дизайн объёмной этикетки угла смачивания, поверхностного натяжения эпоксидной смолы и рельефности (нанесение информации краской методом шелкографии) поверхности.
4. Определение основных параметров процесса растекания капли смолы по рельефным поверхностям: максимальный радиус растекания и минимальное время растекания капли смолы.
5. Установление зависимости высоты линзы компаунда от размеров подложки.
6. Установление влияния на адгезию составляющих элементов объёмной этикетки от способа нанесения печати на подложку.
7. Установление влияния агрессивных сред и ультрафиолетового (УФ) облучения на дизайн объёмной этикетки.
Графический дизайн, как базисный элемент создающий дизайн этикетки
Современный дизайн с трудом поддаётся классификации, однако то, что дизайн графический занимает во всём перечне классификационных подразделений дизайна фундаментальную позицию - это бесспорно.
Пытаться разделить (классифицировать) графический дизайн на категории не возможно. Он охватывает целый ряд взаимосвязанных видов деятельности.
Термин «графический дизайн» в 30-х годах XX века ввел в употребление американец Уильям Эдисон Двиггинс - успешный дизайнер, создавший рекламные продукты в виде плакатов, брошюр, рекламных объявлений в газетах [51]. Использование графического дизайна для передачи информации является одним из самых результативных методов. Свой вклад в развитие графического дизайна внесли: Ричард Холлис, Эрик Гилл, Биатрис Уорд, Пит Зварт, Поль Рэнд, Герберт Байер и многие другие именитые мастера. Специфическим видом графического дизайна является листовая малоформатная печатная продукция, а именно: этикетки, наклейки и ярлыки.
Марки - это один из видов этикеток и являются своеобразным видом графического искусства. В этой области работали такие крупные отечественные художники, как Е.Ласере, И.Билибин, И.Дубасов, В.Завьялов, А.Калашников, В.Пименов и др. Обёртки для кондитерских изделий разрабатывали Д.Шилберг, Р.Бранц, У.Селит. Оформлением крупноформатного вида графического дизайна - плаката и его разновидностью - афишей занимались А.Родченко, М.Черемных, В.Лебедев, Б.Ефимов, Кукрыниксы, Д.Моор. ,ф Специфическим видом печатной продукции является - упаковка. В России значение упаковки было осознано еще в начале XX столетия. В то время оформлением упаковочного материала занимались лучшие художники: К.Коровин, Л.Бакст, М.Добужинский, И.Билибин и д.р. Прекрасными образцами обложек и переплетов являются работы - А.Бенуа, Б.Кустодиева, В.Фаворского, Н.Самокиша, Н.Пискарева, и др. [57].
Типы и технологии графического дизайна постоянно модернизируются. Волны сменяются, но графический дизайн по-прежнему в первую очередь подчинен практике [104].
Изделия графического дизайна сочетают простоту форм и технологических изысков. В графическом дизайне основную семантическую роль присваивает себе визуальный образ, выраженный в знаке, надписи, рисунке, цветовом решении. Современные объекты, продукты, любые экзистенциальные пятна должны иметь своего рода семантические маяки [83].
Обычно человеческое восприятие проходит через надпись. В реальной жизни мы в той же мере сталкиваемся с графической символикой - мы можем вспомнить дорожные знаки для автомобилистов, указатели направления движения, пиктограммы, используемые в метро и общественном транспорте и многое другое.
Выразить в картинке некоторую информацию - достаточно сложно, но этим специально занимаются дизайнеры. В некотором смысле символы имеют преимущество над речью, ведь их понимают люди во всем мире.
Пиктограмма листка бумаги Пиктограмма листка бумаги (Рис. 1.1) понятна даже не знакомым со спецификой компьютерных интерфейсов. Универсальная знаковая конструкция, даёт максимальную семантическую открытость и доступность.
Пиктограмма - есть продукт графического дизайна, стилизованное и легко узнаваемое графическое изображение, упрощенное с целью облегчения визуального восприятия.
Цель стилизации изображения заключается не в удалении деталей стилизуемого объекта, а в усилении характерных черт изображаемого д предмета. В этом процессе мелкие подробности образа исчезают и выявляются формообразующие черты предмета. Линейно стилизованное начертание образа предмета имеет сходство с древними знаками письма -иероглифами.
Созданы целые знаковые системы, знаковое письмо, предназначенные для передачи информации. Знак выходит на первый план. Если другие виды искусства оперируют знаками и символами опосредованно, коммуникативное искусство, под которым понимается, прежде всего, графический дизайн, работает с ними непосредственно.
Современная пиктография становится универсальным графическим языком, понятным людям "разных стран и континентов". Большую роль в продвижении и развитии этой категории графического дизайна сыграл туристический бизнес и спорт. Всем Олимпиадам . последних десятилетий обязательно разрабатывались комплексные пиктографические решения. Прослеживается следующая схема:
Теоретическая модель исследования процесса
При создании дизайна объемных этикеток немаловажным фактором является оценка степени рельефности материала подложки. На поверхности подложки графическое изображение, наносимое краской, формирует микрорельеф. Наиболее приемлемым для определения зависимости радиуса круглой подложки от высоты линзы компаунда является метод, базирующийся на явлении смачиваемости подложки каплей смолы, который в свою очередь зависит от степени рельефности поверхности подложки. Капля смолы, растекающаяся по поверхности подложки, является особым физическим объектом, форма и структура которого определяется составом смолы, условиями внешней среды и свойствами поверхности подложки [1].
При неизменных условиях окружающей среды и состава смолы динамику процесса растекания капли определяют следующие факторы: поверхностное натяжение, смачивание, вязкость, теплопроводность, ионные связи. При этом необходимо учитывать следующие влияния: 1. действие силы тяжести, расплющивающее каплю; 2. действие собственного поверхностного натяжения, сжимающего каплю; 3. действие поверхностного натяжения на границе капля - «твердая поверхность», которое способствует некоторой деформации капли. На рис.3.1 показана причина возникновения поверхностного натяжения или поверхностной энергии. Молекулы в массе жидкости испытывают действие сил, равных во всех направлениях. Однако чем ближе молекула к поверхности жидкости, тем выше действие сил, направленных вдоль поверхности. Во внутреннем объеме смолы молекулы имеют возможное максимальное число «соседей», а на поверхности образуют меньше связей и поэтому обладают избытком энергии.
Таким образом, возникают силы поверхностного натяжения. Вот почему свободно падающая жидкость принимает форму капли (вытягивается за счет силы тяготения), а в невесомости - форму шара, поверхность которого при данном объеме минимальна. Еще одним понятием, необходимым для понимания явления поверхностного натяжения жидкостей, является угол смачивания р, образуемый касательной к капле жидкости и поверхностью (рис.3.2).
Если р 90, жидкость растекается по поверхности, а при значении (р 90 жидкость не смачивает подложку. Уравнение Юнга устанавливает связь значения поверхностного натяжения и угла смачивания. Согласно этому уравнению, если cos p l (т.е. жидкость растекается), поверхностное натяжение твердой фазы больше, чем жидкой. Это является основным постулатом для изучения растекания смолы на подложке. Следовательно, измеряя поверхностное натяжение твердого субстрата и жидкой смолы, можно заранее определить, будет ли материал смачивать субстрат.
Существует несколько способов измерения поверхностного натяжения жидкостей, но, к сожалению, не найдено метода прямого измерения поверхностного натяжения твердых поверхностей. Зисманом разработан метод определения так называемого «критического поверхностного натяжения твердого материала» (ак) , в соответствии, с которым на подложку помещают несколько мелких капель жидкостей с различным поверхностным натяжением и измеряют углы смачивания. Затем строят график зависимости поверхностного натяжения жидкостей от cos ср и экстраполируют ее на прямую линию, соответствующую значению cos ср = 1 . Значение поверхностного натяжения в этой точке называется «критическим поверхностным натяжением». Таким методом различными исследователями были получены значения (ак) для различных поверхностей [65]. В таблице 3.1 приведены их значения (дин/см) для наиболее часто используемых подложек:
Методы измерения адгезионной прочности и теории адгезии
Механическая теория адгезии.
При нанесении адгезива на субстрат под воздействием тепла и давления происходит проникновение молекул адгезива в поры и каналы субстрата, и его отверждение. Сцепление отверждающего адгезива с субстратом обуславливается механическим заклиниванием адгезива в порах субстрата.
Молекулярно-адсорбционная теория.
После нанесения жидкого адгезива на поверхность субстрата под воздействием тепла и давления происходит миграция молекул адгезива к поверхности субстрата. Молекулы адгезива адсорбируются и возникают силы межмолекулярного взаимодействия.
Электрическая теория адгезии.
Система адгезив-субстрат рассматривается как микроконденсатор, на обкладках которого формируется двойной электрический слой. Работа адгезии в этом случае представляет собой работу необходимую для разведения обкладок конденсатора. Чем больше скорость разведения обкладок, тем больше работа.
Диффузионная теория.
Молекулы адгезива и субстрата представляются в виде длинных макромолекул с большим количеством гибких концевых групп. При воздействии температуры и давления происходит сближение этих молекул и взаимная диффузия концевых групп. Образование контактного мостика и обуславливает сцепление между адгезивом и субстратом.
Химическая теория.
Молекулы адгезива и субстрата представляют собой макромолекулы с большим количеством реакционно способных групп. При воздействии температуры и давления на систему происходит взаимодействие между этими группами (реакция поликонденсации).
Релаксационная теория. При нанесении адгезива на субстрат происходит релаксация внутренних напряжений в компаунде и в пленке в зоне контакта, в результате чего адгезив хорошо растекается и проникает в поры субстрата. При взаимодействии температуры и давления на систему в отвержденном соединении возникают внутренние напряжения, которые также релаксируют в процессе выдержки и эксплуатации «склеенного» изделия. Создание универсальной теории адгезии весьма заманчиво, так как в этом случае можно было бы решать многие вопросы: - определять пути синтеза полимеров - разрабатывать оптимальные режимы соединения -предсказывать возможную прочность контактных соединений и т.д.
Но в последнее время все чаще высказывается мнение, что создание такой теории ввиду многообразия явлений, протекающих при склеивании различных по своей природе материалов и при разных условиях образования адгезионной связи, вряд ли возможно. Один из многочисленных методов измерения (испытания) адгезии (Рис.5.2), который будет рассмотрен в данной главе, основан на определении 4 приложенного внешнего усилия, под действием которого в адгезионном соединении возникают нормальные и тангенциальные напряжения, приводящие к разрушению соединения. Методы испытаний можно классифицировать по способу нарушения адгезионной связи: неравномерный отрыв; равномерный отрыв и сдвиг.
Разрушающие методы могут быть статическими и динамическими. Однако следует иметь в виду, что не существует методов, при использовании которых напряжения распределялись бы действительно равномерно и представляли бы собой сдвиг или отрыв в чистом виде. Поэтому такая классификация весьма условна.
В зависимости от метода испытания за меру адгезии могут быть приняты сила, энергия или время. Для динамических методов показателем прочности адгезионного соединения служит число циклов нагружения до разрушения.
Сопротивление (напряжение), которое приходится преодолевать при равномерном отрыве или сдвиге, выражается в дин/см , МПа или Г/см . Сила, которую затрачивают при отслаивании или расслаивании (неравномерном отрыве), представляет собой сопротивление отслаиванию (расслаиванию) и выражается в дин/см или Г/см.
Прочность адгезии и внутренние напряжения в объёмной этикетке
Автоматический электронный адгезиметр АМЦ2-20 предназначен для контроля адгезии виниловых пленок. Адгезиметр определяет минимальное, максимальное и среднеинтегральное значение усилия отслаивания (отрыва) за определенный промежуток времени.
Перед началом работы необходимо выдержать адгезиметр в течение 1 часа при температуре окружающей среды. В таблице 5.4. приведены технические характеристики адгезиметра АМЦ-20.
Подготовка испытания
Испытание проводится на пластине толщиной 20 мм из стали с полированной поверхностью с тремя выемками-ванночками размером 70мм на 8 мм (Рис. 5.5). Выемки заполняются компаундом и выдерживаются 30-60 мин. Накладываем на каждую ванночку соответственно полоску виниловой пленку размером 18 мм на 160 мм. На трех полосках предварительно нанесена краска различными методами печати, размером, несколько превышающим размер выемки-ванночки. Полоски накладываются краской к компаунду, и с торцов (18 мм) прижимаем грузиками, чтобы обеспечить равномерный контакт пленки и основания компаунда. Связь пленки с компаундом не менее, чем 48 ч до начала испытания, при температуре 20±2С.
Приспособление для определения адгезии, устанавливается на испытываемый участок стали (Рис.5.10) [94]. Полоса (пленка) закрепляется в зажиме адгезиметра, после чего адгезиметр АМЦ-20 подготавливается к измерению.
Проведение испытания.
Испытание проводятся при температуре (20±2) С и относительной влажности воздуха (65±2) %, если в нормативно-технической документации на виниловые пленки с нанесенной краской нет других указаний.
При включении адгезиметра нажатием кнопки "I/O", прибор издает короткий звуковой сигнал и на табло появляется надпись "-Ад-" ("Адгезиметр"). Повторно нажав кнопку "I/O", прибор автоматически производит коррекцию нуля, и на табло появляются "-000-". Прибор готов к измерениям. Следует обратить внимание на следующее:
1) Если прибор используется в горизонтальном, наклонном или в вертикальном положении, то и коррекцию нуля (нажатие кнопки "I/O") необходимо производить в этом же положении;
2) Если в память прибора были введены ранее соответствующие значения параметров /0- время ожидания, необходимое оператору для выхода на стационарный режим отслаивания (в нашем случае необходимо 10 минут для отслаивания 1 см субстрата от адгезива с момента которого начинается считывание информации); t„- продолжительность отслаивания, ПОР - порог срабатывания, т.е. усилие отслаивания, при превышении которого прибор накапливает информацию для определения величины адгезионной прочности), то прибор готов к измерениям.
В нашем случае в память прибора необходимо ввести следующие параметры: /0 = ІОлшм;, t„ = 50мин, ПОРмш=16,64 Н; ПОРМС=15,04 Н; ПОРмл=15,76 Н;
Отслаивание полосы покрытия от смолы (адгезива) производится (см. Рис.5.10) с помощью закрепленного на штативе (1) электромеханизма (2), включающего лабораторный двигатель постоянного тока и редуктор с поступательно перемещающимся штоком (3). Шток через стальной тросик (4) и два блока (5) соединен с цифровым адгезиметром АМЦ 2-20 (6), адгезиметр, в свою очередь, через зажим (7) соединен с полосой испытываемого покрытия. С помощью регулятора электропривода (8), устанавливается заданная 1,0 мм/мин скорость перемещения штока, а, следовательно, и скорость отслаивания покрытия.
После подготовки к испытаниям включается электропривод, при этом производится перемещение штока и отслаивание полосы покрытия от стальной полоски под углом 90 град. На расстоянии 8-10мм усилие отслаивания покрытия (кг/см) фиксируется с помощью цифрового адгезиметра.
Отслаивание следует производить равномерно, без рывков или остановок, с постоянной скоростью.
