Predavanja Iz Grafickih Materijala i Tehnologije 2015-16 v2

8/19/2019 Predavanja Iz Grafickih Materijala i Tehnologije 2015-16 v2

1/168

1

GR AFIČKI MATERIJALI I TEHNOLOGIJA

-materijal za internu upotrebu na BLC-u-

Predrag Živković

2015-2016.


2/168

Grafički materijali i tehnologija 2015-2016 Sadržaj

2

Sadržaj 1. UVOD 7

1.1. Definicija materijala .........................................................................................................................................................7

1.2. Klasifikacija .....................................................................................................................................................................7

2. STRUKTURA I SVOJSTVA MATERIJALA SA RAZLIČITIM HEMIJSKIM VEZAMA 13 2.1. Kovalentna veza ............................................................................................................................................................. 15

2.2. Jonska veza .................................................................................................................................................................... 18

2.3. Metalna veza .................................................................................................................................................................. 19

2.4. Sekundarne veze............................................................................................................................................................. 21

3. FIZIČKA SVOJSTVA PODLOGA ZA ŠTAMPANJE 23 3.1. Debljina .......................................................................................................................................................................... 23

3.2. Gramatura ...................................................................................................................................................................... 23

3.3. Gustina i specifična težina .............................................................................................................................................. 24 3.4. Pravac vlakana ............................................................................................................................................................... 25

3.5. Električna svojstva ......................................................................................................................................................... 26 3.5.1. Specifična električna otpornost .............................................................................................................................................26 3.5.2. Specifična električna provodnost ...........................................................................................................................................27

3.6. Optička svojstva ............................................................................................................................................................. 27 3.6.1. Boja ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ................27

3.6.2.

Sjaj ........................................................................................................................................................................................29 3.6.3. Svetlina ..................................................................................................................................................................................30

3.6.4. Belina ...................... .................... ...................... ..................... .................... ..................... ..................... .................... .............30

3.6.5. Providnost i opacitet .............................. ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ...................... .31

3.7. Površinska i barijerna svojstva ....................................................................................................................................... 32 3.7.1. Glatkoća ................................................................................................................................................................................32 3.7.2. Propustljivost vodene pare, gasova i masnoće.......................................................................................................................34


3/168


3

3.7.3. Keljivost ..................... .................... ...................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... .........35

3.7.4. Otpornost na čupanje i prašenje ............................................................................................................................................36 3.7.5. Trenje ....................................................................................................................................................................................37

4. MEHANIČKA SVOJSTVA MATERIJALA 39

4.1.

Zatezna čvrstoća ............................................................................................................................................................. 40

4.2. Dužina kidanja ............................................................................................................................................................... 42 4.3. Otpornost na smicanje (klizanje) .................................................................................................................................... 44

4.4. Otpornost na savijanje .................................................................................................................................................... 45

4.5. Otpornost na uvijanje ..................................................................................................................................................... 47

4.6. Tvrdoća .......................................................................................................................................................................... 50 4.7. Žilavost .......................................................................................................................................................................... 53 4.8. Mekoća i stišljivost papira .............................................................................................................................................. 55

4.9.

Otpornost na cepanje ...................................................................................................................................................... 56

4.10. Otpornost na presavijanje ............................................................................................................................................... 56

4.11. Otpornost na pucanje po Mulenu ................................................................................................................................... 58

4.12. Dimenziona stabilnost .................................................................................................................................................... 59

5. METALNI MATERIJALI 61

5.1. Aluminijum .................................................................................................................................................................... 61 5.1.1. Svojstva .................................................................................................................................................................................61

5.1.2. Primena u grafičkoj i ambalaž noj industriji ..........................................................................................................................61

5.2.

Kalaj ............................................................................................................................................................................... 62 5.2.1. Svojstva .................................................................................................................................................................................62

5.2.2. Primena u grafičkoj i ambalažnoj industriji ..........................................................................................................................63 5.3. Gvožđe i čelik ................................................................................................................................................................ 63

5.3.1. Legure gvožđa i čelika ...........................................................................................................................................................63 5.3.2. Primena u grafičkoj i ambalažnoj industriji ..........................................................................................................................65

5.4. Bakar i njegove legure.................................................................................................................................................... 65


4/168


4

5.4.1. Svojstva .................................................................................................................................................................................65

5.4.2. Primena u grafičkoj i ambalažnoj industriji ..........................................................................................................................66 5.5. Ostali metali ................................................................................................................................................................... 67

6. CELULOZNI MATERIJALI 68

6.1.

Sastav papira i kartona ................................................................................................................................................... 68

6.2. Proizvodnja papira ......................................................................................................................................................... 72

6.3. Klasifikacija papira i kartona ......................................................................................................................................... 75 6.3.1. Klasifikacija prema sastavu .................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..75

6.3.2. Klasifikacija prema gramaturi ................................... ...................... .................... ..................... ..................... ..................... ..77 6.3.3. Klasifikacija po nameni ................... ..................... ..................... ..................... .................... ...................... .................... .........78

6.3.4. Klasifikacija po stepenu konfekcioniranja ................... ..................... ..................... ..................... .................... ...................... .79

6.3.5. Klasifikacija po načinu obrade površine ...............................................................................................................................79 6.3.6. Klasfikacija celuloznih materijala prema stepenu lepljenja dovde 08.11.2014. ................... .................... ..................... .........80

6.3.7. Klasifikacija celuloznih materijala po građi ..........................................................................................................................82

6.4. Hromo karton i hromo zamena ....................................................................................................................................... 83

6.5. Talas karton .................................................................................................................................................................... 84

6.6. Lepenka .......................................................................................................................................................................... 88

6.7. Celofan ........................................................................................................................................................................... 90

7. POLIMERI I POLIMERNI MATERIJALI 92

7.1. Polimeri .......................................................................................................................................................................... 92

7.2. Polimerni materijali ........................................................................................................................................................ 93

7.3. Sastav plastičnih masa .................................................................................................................................................... 94

7.4. Opšta svojstva vezivnih smola i plastičnih masa ............................................................................................................ 96 7.5. Polietilen ........................................................................................................................................................................ 97

7.6. Polipropilen .................................................................................................................................................................... 99

7.7. Polivinilhlorid .............................................................................................................................................................. 101 7.7.1. Tvrdi PVC ........................................................................................................................................................................... 103


5/168


5

7.7.2. Žilavi PVC ........................................................................................................................................................................... 105 7.7.3. Meki PVC ................... .................... ...................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ....... 105

7.8. Poliviniliden hlorid (PVDC) ........................................................................................................................................ 106

7.9. Polistiren ...................................................................................................................................................................... 108

7.10. Poliestri ........................................................................................................................................................................ 111

7.10.1.

Polietilen tereftalat ................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... .............. 111

7.10.2. Polikarbonat................................... ...................... ..................... .................... ...................... .................... ..................... ....... 113

7.10.3. Polietilen naftalat ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... .............. 113

7.11. Poliamidi ...................................................................................................................................................................... 114

7.12. Višeslojni savitljivi ambalažni materijali ..................................................................................................................... 115

8. GRAFIČKE BOJE 118 8.1. Obojene supstance ........................................................................................................................................................ 119

8.1.1. Pigmenti ..................... .................... ...................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ....... 120

8.1.2.

Bojila.......................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ...................... .................... ....... 123

8.2. Veziva .......................................................................................................................................................................... 123 8.2.1. Ulja ..................................................................................................................................................................................... 124

8.2.2. Firnisi. ........................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... .... 125

8.2.3. Smole................................................................................................................................................................................... 125 8.2.4. Rastvarači ........................................................................................................................................................................... 126 8.2.5. Aditivi ...................... .................... ...................... ..................... .................... ..................... ..................... .................... ........... 127

8.3. Svojstva grafičkih boja ................................................................................................................................................. 129 8.4. Način vezivanja grafičke boje za podlogu .................................................................................................................... 130

8.4.1. Očvršćavanje oksidacijom veziva ........................................................................................................................................ 131

8.4.2. Vezivanje boje za podlogu upijanjem................ ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .......... 132

8.4.3. Vezivanje isparavanjem rastvarača ..................................................................................................................................... 134 8.4.4. Vezivanje polimerizacijom veziva ........................................................................................................................................ 135

8.4.5. Vezivanje geliranjem ........................................................................................................................................................... 135

8.4.6. Vezivanje očvršćavanjem boje pri kontaktu sa hladnom podlogom...................................................................................... 136


6/168


6

8.4.7. Vezivanje boja sa kombinovanim vezivima ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................. 136

8.5. IZBOR I PODEŠAVANJE NIJANSE ......................................................................................................................... 136

9.

LEPKOVI 142

9.1. Zalepljeni spoj .............................................................................................................................................................. 142

9.2.

Klasifikacija lepkova .................................................................................................................................................... 144

9.2.1. Klasifikacija prema funkciji .................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... 146 9.2.2. Klasifikacija prema hemijskom sastavu ................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ... 146

9.2.3. Klasifikacija prema načinu očvršćavanja ............................................................................................................................ 148 9.2.4. Klasifikacija prema fizičkom obliku ..................................................................................................................................... 149 9.2.5. Klasifikaciji prema ceni ................... ..................... ..................... ..................... .................... ...................... .................... ....... 151

9.3. Primena lepkova u grafičkoj i ambalažnoj industriji .................................................................................................... 151

10. STAKLO 160

10.1.

Postupci proizvodnje staklenih predmeta ..................................................................................................................... 160

10.2. Svojstva stakla .............................................................................................................................................................. 162

10.3. Poboljšanje svojstava ................................................................................................................................................... 165


7/168

Grafički materijali i tehnologija 2015-2016

7

1. Uvod

1.1. Defini cij a m aterijala

Materija je filozofski pojam koji se odnosi na objektivnu stvarnost koja nas okružuje, i postojinezavisno od naših čula i shvatanja. Materija postoji u dva oblika, kao: supstanca i

fizičko polje. Supstanca je oblik postojanja materije od koga su izgrađena sva tela u prostoru koji nas okružuje, i

koja možemo opaziti ili čijeg postojanja možemo biti svesni. Fizičko polje je deo prostora u kome se oseća dejstvo sila (gravitaciono, električno, magnetno i

nuklearno).Često se mešaju pojam materija i supstanca, i u govoru se za ono od čega su izgrađena fizička tela

upotrebljava reč materija, iako ona ima šire značenje.Materijal predstavlja supstancu koja, posle određenih postupaka dobijanja i prerade, obavlja neku

funkciju. Za tehničku primenu značajni su materijali koji u bar jednom agregatnom stanju imaju tehničkiupotrebljivo svojsto i koji se na pogodan način mogu proizvesti u industrijskim uslovima.

1.2. Kl asif ik acija

Materijali se dobijaju na različite načine:

Nalaze se u prirodi u čistom stanju (zlato),

Transformacijom prirodnih sirovina (preradom rude) i

Sintetizovanjem složenim tehnološkim postupcima, polazeći od sirovina iz prirode.


8/168


8

Izučavanje materijala može se raščlaniti na izučavanje: Unutrašnje strukture

Procesa prerade i

Funkcionalnih svojstava materijala.

Ova tri činioca su međusobno povezana, i promena jednog od njih istovremeno znači i promenu drugadva. Na primer, da bi se promenilo neko funkcionalno svojstvo određenog materijala, potrebno je prinenitineki postu pak prerade, koji će u svakom slučaju promeniti i unutrašnju strukturu.

Struktura materijala može se razmatrati na četiri nivoa:

Atomska struktura; ras pored atoma, jona i molekula i njihove međusobne veze na lokalnom nivou, redaveličine nm;

Fina struktura; raspored atoma, jona i molekula u prostoru na većim rastojanjima unutar materijala,čime je određen nivo pravilnosti njihovog rasporeda; ako je uređenost velika, radi se o kristalnojstrukturi, a ako uređenost ne postoji, radi se o amorfnoj strukturi;

Mikrostruktura; raspored, oblik, veličina i broj faza u većim razmerama (µm); ovim je definisan

raspored mikrokonstituenata koji se mogu uočiti posmatranjem pod optičkim mikroskopom; Makrostruktura; geometrijski oblici i agregatno stanje materijala na nivou reda veličine mm; definisanje

makrostrukture je posebno značajno kod složenih funkcionalnih i kompozitnih materijala.

Svojstvo materijala se može definisati kao merljiva veličina kojom se karakterišu stanje i oblik, ilimera sposobnosti materijala da pruža odgovor na spoljašnje uticaje. Svojstva materijala se moguklasifikovati na razne načine, kao na primer:


9/168


9

Hemijska svojstva; odnose se na ponašanje materijala kada su oni izloženi raznim hemijskim uticajima;

Tipična hemijska svojstva su otpornost na koroziju, zapaljivost, toksičnost, sklonost ka oksidaciji; Fizička svojstva; odnose se na ponašanje materijala koji je izložen delovanju nekog fizičkog polja;

Tipična fizička svojstva su gustina, specifična težina, električna provodnost i druga električnasvojstva;

stepen providnosti i druga optiča svojstva; magnetna permeabilnost i druga magnetna svojstva;temperatura faznih prelaza i druga termička svojstva...

Mehanička svojstva; odnose se na sposobnost materijala da se odupre delovanju spoljašnjih sila, koje pod raznim uslovma deluju tako da ga deformišu i polome; Tipična mehanička svojstva suotpornost nazatezanje, sabijanje, smicanje, savijanje, uvijanje i izvijanje, zatim žilavost, tvrdoća, otpornost na zamormaterijala...

Tehnološka svojstva; odnose se na ponašanje materijala u procesu prerade; veoma je važno poznavatikakva je sposobnost livenja, brizganja, presovanja ili dubokog izvlačenja nekog materijala, da bi semogli proizvesti upotrebljivi predmeti;

Upotrebna svojstva; odnose se na ponašanje materijala u krajnjoj primeni; često su za krajnju primenu

od najvećeg značaja neka mehanička sojstva, ali, zavisno od vrste materijala i načina primene, i druga,kao na primer stepen upojnosti, glatkoća, barijerna svojstva...

Prema nameni materijali se mogu podeliti na:

Konstrukcione; Služe za izradu mašinskih, građevinskih i drugih konstrukcija koje treba da izdrževelika opterećenja; Za ove materijale je značajno da imaju veliku mehaničku otpornost i otpornost nauticaje kojima će biti izloženi tokom eksploatacije;

Pomoćne; Služe za izradu delova koji nisu jako mehanički opterećeni, i koji obavljaju razne funkcije,

kao na primer izolatori, koroziono otporni delovi, zaptivači, obloge;


10/168


10

Pogonske; Učestvuju u proizvodnji kao maziva, goriva i prenosioci pritiska i toplote (vazduh, voda,

vodena para).

Način na koji se u materijalu ređaju atomi ili molekuli zavisi od geometrijskih uslova, kao što su

veličina čestica i ugao veza između njih. Da bi se dobila stabilna struktura, neophodno je da se ostvarimaksimalna moguća gustina pakovanja gradivnih čestica, odnosno maksimalan broj veza po jedinicizapremine materijala. Lokalni raspored atoma, jona i molekula u materijalu naziva se atomska struktura, i

prema stepenu uređenosti struktura materijala može biti: Kristalna; Pravilan, periodičan raspored atoma, jona ili molekula u materijalu; Kristalna struktura može

se opisati idealizovanim geometrijskim modelom - kristalnom rešetkom; U čvorovima kristalne rešetke raspoređeni su atomi u prostoru.

Amorfna; kod amorfne strukture ne postoji pravilan raspored i perodičnost gradivnih čestica na većimrastojanjima.

Na osnovu prirode veze i strukture, materijali se mogu podeliti u četri osnovne grupe, prikazane utabeli 1.1.


11/168


11

Tabela 1.1 Opšta klasifikacija materijala na osnovu veza i strukture R.b. Osnovna grupa Podgrupa Najznačajniji materijali

1Metalni

materijali

Feromagnetni metali i legure

Gvožđe Ugljenični čelik

Legirani čelik Nerđajući čelik Alatni čelik

Obojeni metali i legure

Aluminijum

Bakar

Magnezijum

Nikal

Titanijum

Dragoceni metali

Refraktorni metali (otporni na najviše temperature)Legure (Mesing Cu-Zn, Bronza Cu-Sn, Duraluminijum

Al-Mg, Tipografskalegura Pb-Sn-Sb...)

2Polimerni

materijali

Termoplastične plastične mase

Polietilen (PE)

Polipropylene (PP)

Polistiren (PS)

Polivinil hlorid (PVC)

Termostabilne plastične mase

Alkidi

Smole (amino i fenolne)Epoksidi

Poliuretani

Nezasićeni poliestri

ElastomeriGuma

Kevlar


12/168


12

R.b. Osnovna grupa Podgrupa Najznačajniji materijali

3 Keramičkimaterijali

Staklo

Staklo-keramika

Glina

Porcelan

Termootporna keramika

Abrazivi

Za specijalne namene

Dijamant

Grafit

4Kompozitni

materijali

Ojačane plastične mase Kompoziti sa metalnom matricom

Kompoziti sa keramičkom matricom

Sandvič struktureBeton


13/168


13

2. Struktura i svojstva materijala sa različitim hemijskim vezamaMaterijali su izgrađeni od samostalnih, međusobno razdvojenih gradivnih elemenata (slika 2.1):

Atoma;

Jona ili

Molekula.

a) b) c)

Sli ka 2.1 a) Atom ugljenika; b) Joni natrij uma i hl ora; c) Molekul vode

Veze između atoma uspostavljaju se preko elektrona, koji su raspoređeni u ljuskama, ili omotačima. Za uspostavljanje veza značajni su elektroni u spoljašnjem omotaču, koji se nazivaju valentni elektroni.

Atom se sastoji od pozitivno naelektrisanog jezgra i negativno naelektrisanih elektrona koji su

raspoređeni oko jezgra. Sile između atoma u čvrstom materijalu su elektrostatičke prirode i mogu bitiodbojne i provlačne. Između dva jezgra sile su odbojne, a između jezgra jednog atoma i elektronskog


14/168


14

omotača drugog atoma sile su privlačne. Ukoliko serastojanje između atoma smanjuje, javlja se odbojna silakoj je sve veća sa smanjenjem rastojanja. Uk oliko serasto janje povećava, javlja se privlačna sila, koja u

početnoj fazi udaljavanja raste, da bi posle dostizanjanekog određenog rastojanja počela da opada. Postojiravnotežno rastojanje između atoma, r 0, za koje su privlačne i odbojne sile uravnotežene, tako da jerezultujuća sila između atoma jednaka nuli, a energijaveze minimalna (slika 2.2).

Energija koju treba uložiti da bi se atomi iz

ravnotežnog stanja u molekulu razdvojili na beskonačnorastojanje (u praksi: na rastojanje na kome je međusobnodejstvo zanemarljivo) naziva se energija veze. Što je onaveća, veza je jača a molekul je stabilniji. Na dijagramu ćemolekulima sa jačim vezama odgovarati kriva potencijalne energije sa minimumom koji je pomeren ka

nižim vrednostima (ali to znači veliku apsolutnu vrednost

energije veze). Načini vezivanja atoma u materijalu određeni su jačinom veza i njihovom usmerenošću u prostoru. Vezekoje se ostaruju velikim smanjenjem energije elektrona

Sli ka 2.2 Energij a veze i sil e u molekul u vodonika


15/168


15

nazivaju se jake ili primarne veze. Postoje tri granična slučaja primarnih veza između atoma:

Kovalentna veza

Jonska veza i

Metalna veza.

Osim veza između atoma, postoje i veze koje se uspostavljaju između molekula, i u tom slučaju se radio slabim, sekundarnim vezama (mala energija veze). Granične vrste sekundarnih veza se ne mogu lako razlik ovati, jer se u ovomslučaju radi o blagom privlačenju dipola (molekula koji su električno neutralni,ali u kojima je primećeno razdvajanje naelektrisanja).

Veze između atoma u velikom broju materijala ne mogu se svesti samo na jedan od graničnihslučajeva, jer u tim materijalima u formiranju veza ne učestvuju samo elektroni iz spoljašnjeg omotača,već i oni iz unutrašnjeg.

2.1. Ko valen tna veza

Kovalentna veza u molekulu ostvaruje se tako što dva atoma od svojih valentnih elektrona formirajuzajednički elektronski par. Valentni elekroni su oni elektroni koji se nalaze u spoljašnjem elektronskmomotaču atoma, i mogu, ali i ne moraju, da učestvuju u formiranju hemijske veze. Ovaj tip hemijske vezekarakterisičan je za vezivanje atoma nemetala. Na primer, grafit je materijal kod koga je svaki atomugljenika povezan kovalentnim vezama sa po tri susedna atoma ugljenika. S obzirom da su u ovoj

alotropskoj modifikaciji ugljenika tri kovalentne veze smeštene u ravni, pod uglom od 120°, grafit imakarakterističnu slojevitu strukturu. Međutim, u dijamantu je svaki atom ugljenika povezan sa četiri atomaugljenika, a kovalentne veze su u prostoru orijentisan u pravcu rogljeva tetraedra, čime se formirakarakteristična trodimenzionalna mreža. Iz ova dva primera može se zaključiti da su kovalentne vezeusmerene (slika 2.3).


16/168


16

a) b)

Sli ka 2.3 Prikaz struk ture: a) Grafi ta; b) Di jamanta

Formiranjem kovalentne veze ili veza, svaki atom popunjava svoju spoljašnju elektronsku ljusku do pune konfiguacije (2, 8 ili 16 elektrona, zavisno od rednog broja hemijskog elementa). Tako na primer,

ugljenik koji ima četiri valentna elektrona, u većini jedinjenja formira četiri kovalentne veze (kao udijmantu, slika 2.3), čime dobija još četiri elektrona i popunjava spoljašnju elektronsku ljusku do brojaosam. Vodonik, koji ima jedan valentni elektron na prvom nivou, prilikom formiranja kovalentne veze

dobija još jedan elektron, čime popunjava spoljašnju elektronsku ljusk u do broja dva. Ostvarivanje punekonfiguracije elektrona u spoljašnjoj ljusci omogućava formiranje jake hemijske veze, kao što je to prikazano na primeru metana CH4 (slika 2.4).


17/168


17

a) b)

Slka 2.4 a) Formiranje elektronskih parova između uglj enika i vo donika; Ugljenik u svojoj spoljašnjoj elektronskojljusci sada ima 8 elektrona, čime je popunio drugu elektronsku ljusku maksimalnim brojem elektrona za tajenergetski nivo; Vodonik u svojoj spoljašnjoj (prvoj i jedinoj) elektronskoj ljusci sada ima dva elektrona, čime je popunio prvu elektronsku ljusku maksimalnim mogućim brojem elektrona za taj elektronski nivo; b) Prikaz uglaizmeđu veza koje formira atom ugljenika u većini jedinjenja (teraedarska struktura, 109°30' )

Materijali sa kovalentnim vezama su u najvećem broju slučajeva:

Tvrdi;

Krti; Loši provodnici električne struje; Loši provodnici toplote; Sa visokom tačkom topljenja. Tipična kovalentnaveza ostvaruje se u ugljovodonicima, jedinjenjima silicijuma sa kiseonikom i ...


18/168


18

2.2. Jo ns ka veza

Jonska veza formira se tako što jedan atom otpušta, a drugi prima taj valentni elektron, pri čemu oaatoma teže da postignu punu konfiguraciju svoje spoljašnje elektronskeljuske. Jonsku vezu najčećeformiraju atom nemetala i atom metala. Atom metala otpušta valentne elektrone, čime postaje katjon(elektropozitivan jon). Atom nemetala prima te elektrone i postaje anjon (elektronegativni jon). Izmeđukatjona i anjona uspostavlja se jaka elektrostatička privlačna sila koja formira jonsku vezu.

S obzirom da su elektroni koji formiraju vezu lokalizovani, i da je energija veze velika, materijali sa

jonskom vezom:

Imaju visoku temperaturu topljenja;

Malu električnu provodljivost;

Malu toplotnu provodljivost;

Veliku tvrdoću

Veliku krtost.

Tipični materijali sa izraženim jonskim k arakterom veze su keramički materijali, a tipičan primer čiste jonske veze ostvaruju halogenidi alkalnih metala (NaCl, KBr, slika 2.5).


19/168


19

a) b) c) d)

Slika 2.5 Jonska veza u slučaju NaCl: a) Prikaz katjona i anjona koji nastaju prelaskom elektrona iz spoljašnjelj uske natri juma (koji kao atom u trećoj, spoljašnjoj eletronskoj l jusci ima samo jedan elektron , čij im otpu štanjem

postiže stabilnu elektronsku konfiguraciju - osam elektrona u drugom elektronskom nivou) u spoljašnju elektronskulj usku hlora (kao atom, hlor ima sedam valentnih elektrona,a kao jon osam); b) Dvodimenzionalni pr ikaz kr istalne

rešetke NaCl; c) Trodimenzionalnimodel kr istalne struktur eNaCl; d) Realni model kr istalne struk ture NaCl, kojiil ustruj e gusto pakovanje katjona i anjona

2.3. Metaln a veza

Metalna veza se, za razliku od jonske ili kovalentne, uspostavlja između većeg broja atoma metala.

Svak i atom metala oslobađa se valentnog(ih) elektrona, tako da oni postaju zajednički za veći brojmetalnih jezgara. Formira se oblak slobodnih elektrona (elektronski gas) u kome su elektroni veoma pokretljivi i ispunjavaju slobodan prostor između između jezgara atoma metala u kristalnoj rešetci.Pozitivni joni nastali otpuštanjem elektrona su utopljeni u elektronskom oblaku, sa kojim se nalaze u


20/168


20

dinamičkoj ravnoteži (slika 2.6). Ovakav način delokalizacije elektrona doprinosi da metalna veza nijeusmerena.

a) b)

Slika 2.6 Metalna veza: a) Šematski prikaz slobodnih valentnih elektrona (crne tačke sa belim slovom "v " ), koji sunapustili spoljašnju elektronsku ljusku atoma metala i postali zajednički elektroni; b) Ilustracija elektronskog oblakau kome senalaze pozitivni joni metala, pozicionirani u čvorovima kristalne rešetke

Zahvaljujući velikoj pokretljivosti elektrona, metali su dobri provodnici električne struje i toplote.S obzirom da elektroni apsorbuju fotone metali su u principu neprovidni materijali.

Metalna veza, odnosno dinamička ravnoteža između zajedničkih elektrona i pozitivno naelektrisanih jezgara omogućava da se metalni materijali mogu dobro obrađivati plastičnim deformacijama, jer se pozitivni joni premeštaju izjedne pozicije u drugu mehanizmom klizanja, pri čemu se stalno uspostavljadinamička ravnoteža suprotnih naelektrisanja.


21/168


21

2.4. Sekund arne veze

Sekundarne veze spadaju u grupu slabih veza koje se uspostavljaju električnim privlačenjem izmeđudipolnih molekula, koji mogu biti stalni ili fluktuirajući. Ove veze nazivaju se Van der Valsove veze.

Postoje molekuli kod kojih naelektrisanje nije ravnomerno raspoređeno, pa se centri pozitivnog i

negativnog nalektrisanja ne poklapaju, čime se formira slabi dipol. Između suporotnih krajeva dipola pojavljuje se sila elektrostatičkog privlačenja (slika 2.7).

a) b) c) d)

Sli ka 2.7 a) Atom kiseonika jače privlači elektrone od atoma vodonika, tako da neelektrisanje u molekulu vode nijeravnomerno raspoređeno, čime se formira dipol; b) Uspostavljanje vodonične veze između dipolnog molkeulaamonijaka i dipolnog molekula vode; Dipolni molekuli se orijentišu suprotno nelektrisanim krajevima jedan premadrugom, pri čemu dolazi do elektrostatičkog privlačenja; c) Šematski prikaz uspostavljanja van der Valsovih veza u

materijalu; d) Sekundarne veze se smatraju slabim vezama, ali ipak omogućavaju nekim vrstama guštera da hodajuuz vertikalnu staklenu ploču.

Ukoliko u molekulu dipola koji učestvuje u formiranju sekundarne veze pozitivan pol predstavljavodonik , takva sekundarna veza naziva se vodonična veza.


22/168


22

Iako slabe, ove veze su često dovoljne da odrede krajnji raspored grupa atoma u materijalima i veomasu značajne za strukturu i svojstva polimernih materijala.

Na primer, polimerni materijali se sastoje od dugačkih molekula sa kovalentnim vezama, pa bi segeneralno očekivalo da su oni veoma krti. Međutim, između lanaca se mogu uspostaviti slabe Van der

Valsove veze. Pod dejstvom opterećenja ove veze se relativno lako raskidaju, omogućavajući da dugačkimak romolekuli klize jedan preko drugog, čime se može objasniti velika sposobnost plastične deformacijenekih polimernih materijala.


23/168


23

3. Fizička svojstva podloga za štampanje

3.1. Deblj in a

Debljina podloge je definisana u postupku izrade materijala. Poznavanje debljine materijala je važno iznekoliko razloga. Prilikom podešavanja štamparske mašine potrebno je podesiti zazor između cilindara i pripremiti uređaj za transport materijala. Tokom razrade konstrucije izdanja potrebno je predvideti i kolikaće biti ukupna debljina izdanja, a za to je, pored broja strana, neophodno znati i debljinu pojedinog lista.Bušene kartice ili neke vrste karata za gradski prevoz moraju imati veoma ujednačenu i tačno određenudebljinu, jer su aparati u kojima se primenjuju precizno baždareni za određenu debljinu materijala.Međutim, debljine podloga ko je se štampaju tehnikama sito-, transfer- ili tampon štampe nema ju tako zna-

čajnu ulogu tokom štampanja, s obzirom na specifičnosti pomenutih tehnika.Debljina podloge se određuje merenjem mikrometrom većeg broja uzoraka na više mesta. Debljiuzorci se mogu meriti pojedinačno, a kod tanjih se više komada složi jedan preko drugog i merenje seizvodi pod definisanim opterećenjem. Izmereni rezultat se podeli sa brojem listova, pa se kao debljina podloge uzima sredinja vrednost merenja.

3.2. Gramatur a

Gramatura je jedno od najvažnijih fizičkih svojstava podloga namenjenih štampanju. Predstavlja masu(m) određene površine (S ) podloge. Može se odrediti na nekoliko načina, preciznim merenjem maseuzorka tačno određene povr šine i izražava se kao:

]mg/[2

S

m =G


24/168


24

U praksi se gramatura može praktično odrediti ako je poznata masa određenog broja tabaka i njihovformat. Tada se iz odnosa mase i površine tih tabaka do bija gramatura. U laboratorijskim uslovima se merimasa nekoliko uzoraka isečenih šablonom, pomoću kvadrantne vage, čija je skala baždarena tako da sevrednost gramature direktno očitava.

3.3.Gustina i specifična težina Poznavajući debljinu, površinu i masu podloge, može se jednostavno doći do podatka o gustini. S

obzirom da gustina predstavlja masu jedinične zapremine, može se izračunati po jednačini:

d

G =

d S

m =

V

m =

gde su:

m [g] - masa ,

V [m3] - zapremina ,

G [g/m2] - gramatura i

d [m] - debljina lista podloge.

Kako se karakteristika papira može izraziti i gramaturom, to se gustina može izračunati kao odnosgramature i debljine.

Specifična zapremina, τ, predstavlja recipročnu vrednost gustine i može se izaziti na sledeći način:

τ = 1/ρ = d / G.

Ova veličina se češće koristi za definisanje fizičkih svojstava podloge. Kod papira postoji velikiraspon specifičnih zapremina, zbog prisustva različitih dodataka, različitog načina mlevenja i završneobrade. Usled toga tanki papiri mogu biti veće gramature, i obratno.


25/168


25

3.4. Pravac vl akana

O pravcu vlakana ima smisla govoriti samo kod papira. Prilikom formiranja papirne trake dolazi do

orijentacije vlakana u smeru kretanja trake. Usled toga papir nema ista svojstva u pravcu kretanja trake i

normalno na njega. U nekim slučajevima orijentacija vlakana je veoma značajna za izbor postupka

štampanja ili dorade papira, kao i za primenu grafičkog proizvoda. Otpornost na kidanje (zatezna čvrsto-ća), cepanje (smicanje) i savijanje, kao i dimenziona stabilnost, razlikuju se u ova dva pravca. To jerazumljivo, jer u jednom slučaju sila deluje normalno na vlakna, a u drugom paralelno sa osom vlakana.Što se dimenzione stabilnosti tiče, uzrok različite promene dužine papira zbog apsorbovanja vlage leži urazličitoj deformaci ji pojedinačnog vlakna po pravcima koji su paralelni i normalni na osu vlakna. Vlaknomnogo više bubri u poprečnom pravcu, pa će i promena dimenzija biti veća u tom pravcu.

O ovom problemu treba posebno voditi računa prilikom štampanja višebojnih reprodukcija na

tabačnim ofset mašinama. Papir se seče tako da duža strana tabaka bude paralelna pravcu vlakana (smerukretanja papirne trake prilikom formiranja). Za papir isečen na ovaj način kaže se da je isečen u uskom pravcu. Prilikom štam panja prve boje može doći do promena dimenzija papira usled prisustva tečnosti zavlaženje. Promene dimenzija su izraženije u poprečnom pravcu. Sečenjem papira na pomenuti način (uuskom pravcu), postiže se da poprečni pravac vlakana papira dođe po obimu cilindra, gde je promenom prečnika cilindra forme moguće korigovati manje promene dimenzija tabaka. Postoji još nekoliko primerakoji ukazuju na važnost poznavanja pravca vlakana u papiru: pri izradi knjiga treba voditi računa da uz-

dužni pravac papira bude paralelan leđima knjige; uzdužni pravac etike ta za automatsko etiketiranje bocatreba da bude paralelan osi boce.Pravac vlakana u papiru se određuje jednostavnim eksperimentima:

Ako se komad papira nakvasi on će se uvrnuti tako da duža osa nastalog cilindra bude paralelna pravcu

vlakana;


26/168


26

Cepanjem tabaka paralelno sa pravcem vlakana

dobiće se ravna linija cepan ja, dok će se udrugom slučaju dobiti izlomljena linija;

Otpor materijala cepanju je veći ako se cepanje

vrši poprečno na pravac vlakana;

Ako se uporede rezultati ispitivanja papira

zatezanjem (dužine kidanja) u dva međusobnonormalna pravca, može se zaključiti da je onaj pravac za koji se dobija veća vrednost paralelanvlaknima.

Jedna od najpopularnijih metoda za određivanje

pravca vlakana je pomoću dve trake istih dimenzija.Jedna traka se iseca u pravcu vlakana, a druga normalno na njega (slika 3.1). Trake se uhvate između palcai kaži prsta i okrenu na gore. Više se savija traka kod koje je pravac vlakana paralelan kraćoj strani.

3.5.Električna svojstva

3.5.1. Specifična električna otpornostSpecifična električna otpornost ima veliki značaj kod papira namenjenih primeni u električnim

uređajima ili kablovima, kao izolacioni materijal u električnim kondenzatorima, transformator ima ilikablovima.

Specifična električna otpornost, ρ, predstavlja otpornost, R, provodnika jedinične dužine l , i jedinične površine, S , poprečnog preseka:

Sli ka 3.1 Određivanje pravca vlakana kod papira: 1- uzdu ž ni i 2 - po preč ni pravac


27/168


27

l

S R ,

i izražava se u Ωm (ommetrima).

3.5.2. Specifična električna provodnost Specifična električna provodnost, γ, predstavlja recipročnu vrednost speifične električne otpornosti, iizražava se u simensima po metru (S/m):

1

Specifična električna provodnost celuloznih materijala je mala, oni su dobri izolatori, međutim, sa povećanjem sadržaja vlage ona se povećava.

Merenje vlažnosti papira svodi se na merenje električne provodljivosti.

3.6.Optička svojstva

3.6.1. Boja

Boja se meri spektrofotometrima. Da bi spektrofotometri mogli da jednu subjektnu kategoriju, kao što je boja, iskažu kvantitativno, neophodno je da se uzmu u obzir i karaktristike izvora svetlosti pod kojimčovek posmatra obojeni objekat, kao i karakteristika posmatrača (prosečan ljudski vid). Karakteristikerazličitih standardizovanih izvora svetlosti su ugrađene u spektrofotometar, kao i karakteristika prosečnog posmatrača. Na početku merenja ove dve karakteristike se moraju izabrati u spektrofotometru, da bi ih onkoristio u izračunavanju koordinata boje, a samo merenje se svodi na merenje spektralne refleksijeizabrane svetlosti sa uzorka, u celom opsegu talasnih dužina (najčešće sa korakom od 10 nm).


28/168


28

Boja se može iskazati u različitim sistemima, a jedan od najčešće korišćenih sistema jeste CIE L*a*b*sistem, (slika 3.2).

a) b)

Sli ka 3.2: a) Š ematski prikaz CIE L * a*b* bojenog prostora; b) I lustracija teorij e oponentni h boja - gledati u belutačku u sredini slike 15 sekundi, a onda skrenuti pogled na belu pozadinu

Koordinata L* opisuje svetlinu boje. Za L* = 0 sve su boje crne, za L* = 100 sve su boje bele.

Koordinata a* opisuje koliko u nekoj boji ima zelene ili crvene, a koordinata b* udeo žute ili plave. Ovi parovi boja su izabrani na osnovu teorije oponentnih boja, po kojoj čovek ne može da vidi neku boju kaokombinaciju zelene i crvene, ili plave i žute. postoje žuto-zelena, zeleno- plava, ljubičasta ili narandžasta,ali ne postoje zeleno-crvena ili plavo žuta.

Boja tipičnog papira iskazana je velikom vrednošću L* (velika svetlina), i malim vrednostima a* i b*( papir je neutralno obojen, tačka na dijagramu se nalazi u blizini sive ose).


29/168


29

3.6.2. Sjaj

Sjaj podloge je povezan sa njenom glatkoćom, mada se pri tome radi o dva svojstva različitog karak-tera. Glatkoća zavisi od mikroreljefnosti površine, a sjaj je optička osobina koja definiše koliki se deosvetlosti reflektuje od povr šine pod uglom jednakim upadnom. Kod hrapavih površina svetlost se ref lektu-

je pod različitim uglovima. Sjaj takvih površina je slab. Da bi papir bio sjajan on obavezno mora da bude igladak. Međutim nisu svi glatki papiri sjajni. U nekim slučajevima sjaj povr šine može da predstavlja es-tetsku prednost. Međutim treba voditi računa da preterani sjaj može da ometa čitljivost teksta.

Prilikom određivanja sjaja papira standardnom procedurom (TAPPI T 480), meri se odnos jačine svet-losti reflektovane pod uglom koji jednak upadnom uglu, prema jačini upadne svetlosti (slika 3.3). Postandardnoj proceduri merenja sjaja papira obavljaju se pod uglovima od 20° ili 75°, a kod lakiranih povr-šina radi se pod uglom od 60°.

a) b)

Sli ka 3.3 a) Difuzna refleksija sa hrapave površine - mali sjaj; b) ogledalska refleksija sa glatke površine - visoki sjaj

Tipične vrednosti sjaja kreću se od 5% za nepremazne papire, do 90% za sjajne premazne papire.


30/168


30

3.6.3. Svetlina

Svetlina se definiše kao stepen refleksije plave svetlosti talasne dužine 457 nm. Ovo je arbitrarno (naosnovu subjektivne procene) izabran kriterijum za definisanje svetline, ali je detaljno standardizovan

(Tappi T 452). Stepen refleksije plave svetlosti se koristi u čitavoj industriji papira i celuloze za

kontrolisanje procesa. Svetlina nije isto što i stepen beline.Međutim, svetlina celuloze i ostalih komponenti koje ulaze u sastav papira omogućavaju da se

predvidi maksimalni stepn beline papira koji e može postići.

3.6.4. Belina

Stepen beline je pokazatelj u kojoj meri papir dif uzno reflektuje sve talasne dužine vidljive svetlosti.Apsolutno određivanje stepena beline nije moguće, pa se pribegava poređenju uzoraka sa etalonom čija se

belina smatra maksimalnom (ISO 11475, JUS H.N8.129). Kao etalon koristi se talog MgO (100% belo).Izuzetno se primenjuje i BaSO4 (96%). Osim subjektivnog poređenja mogu se i instrumentalno meritistepeni refleksije etalona i uzorka. Poznavanje beline podloge ima značaj prilikom izbora podloge za kva-litetnija izdanja i proizvode, a pogotovo ako se štampa transparentnim bo jama.

Prilikom izrade papira dodaju se razne supstance koje utiču na nijansu koju će pa pir imati na kraju procesa. Takođe, nijansu određuje i udeo pojedinih sirovina u papiru. U Evropi se, generalno uzevši, primenjuju pa piri većeg stepena beline. U Americi preovladava mišljenje da je za ljudsko oko manjezamoran otisak načinjen na papiru nižeg stepena beline, pa je dodavanje belila zabranjeno za pojedinevrste pa pira (školske sveske).


31/168


31

3.6.5. Providnost i opacitet

Opacitet predstavlja meru neprovidnosti, odnosno odnos svetlosnog fluksa koji podloga spreči da prođe, prema svetlosnom fluksu upadne svetlosti. Potpuno neprovidna sredina bi imala opacitet 100%,odnosno upadna svetlost bi bila u punoj meri sprečena da prođe.

Providnost ili transparentnost se izražava odnosom propuštenog i upadnog svet losnog fluksa.Providnosti i opacitet su suprotne veličine.

U zavisnosti od namene proizvoda neophodno je obratiti pažnju na ova svojstva. Paus papir, na pri-mer, mora da ima veliku providnost, a novinski što veći opacitet, zbog lakoće čitanja.

Providnost se u praksi procenjuje tako što se list stavi preko jedne crne i jedne bele podloge. Ukoliko uoba slučaja izgleda isto, tada se smatra da je njegova trans parentnost veoma blizu 0%. Postoje i objektivnemetode koje se baziraju na fotometrijskim merenjima (ISO 2471 i TAPPI T425). Meri se stepen refleksije

uzorka u dva slučaja: kada se uzorak nalazi iznad belog standar da (stepen beline veći od 80%), i kada seuzorak nalazi iznad crne površine (stepen beline manji od 6,5%). Transparentnost se izračunava po jed-načini:

u-u

c-b =

cb

providnost

gde su:

b [%] - stepen refleksije uzorka meren iznad belog standarda,c [%] - stepen refeksije iznad crnog standarda,

ub [%] - stepen beline belog standarda i

uc [%] - stepen beline crne površine.


32/168


32

3.7.Površinska i b ar ijerna svojstva

3.7.1. Glatkoća Kvalitet otiska i vernost reprodukcije sitnih detalja u velikoj meri zavisi od mere ostvarenog dodira

štamparske forme i podloge. Kontakt zavisi, dalje, od toga koliko je podloga ravna i glatka. Svaka nerav-nina na podlozi predstavlja prepreku kontak tu štampajućih elemenata štamparske forme, sa udubljenimdelovima povr šine podloge, usled čega se može desiti da se pojedini delovi slike ne reprodukuju. Ne-ravnine na površini nekog materijala karakterišu sledeći geometrijski parametri: srednje rastojanje izmeđuizdignutih neravnina - korak i srednja dubina ulegnuća (slika 3.4).

Pri tome se ističu različite vrednosti mikro- i makroneravnina. Zato, pri karakterisanju povr šinematerijala treba razlikovati pojmove "ravan" i "gladak" (slika 3.5). U kojoj meri je podloga ravna određuju

makroneravnine, sa velikim korakom, koje se ras prostiru na većim elementima površine (pr eko 1 mm2

).Glatkoću određuju mikroneravnine sa manjim korakom. Na taj način, površina papira može bitiistovremeno i ravna i hrapava, kao što može biti neravna i glatka. Uticaj mikro- i makroneravnina na kva-litet štam panja može biti različit, jer makroneravnine u svakom slučaju otežava ju štampanje, dokmikroneravnine, u slučaju da je korak manji od dimenzija najsitnijih detal ja na štam parskoj formi, nemajuznačajnijeg uticaja. Pod tim uslovom se mogu dobiti izuzetno kvalitetni otisci na hrapavom, ali dovoljnoravnom materijalu. Međutim, povećanje glatkoće u najvećem broju slučajeva povoljno utiče na kvalitetštampe, jer je kontakt štamparske forme i papira potpuniji.

U svim postupcima štampanja, osim sito štampe, prenos boje se ostvaruje usled pritiska kojimštamparska forma deluje na podlogu. Usled dejstva pritiska može doći do izravnavanja i povećanjaglatkoće površine podloge. Kod tvrdih podloga kao što su metalne folije, staklo, keramika, ovaj efekat jeminimalan. Međutim, kod papira može doći do znatnog povećanja glatkoće pod pritiskom.


33/168


33

Sli ka 3.4 Elementi neravnina: l 0 -

korak, h 0 - dubina ulegnu ća Sli ka 3.5 Oblici neravnina povr ši ne papira: a) ravna hr apava po vrši na; b)neravna glatka po vršina; c) neravna hrapava povr ši na d) ravna glatkapovr ši na

Najveći stepen glatkoće imaju folije od plastičnih masa. Glatkoća pa pira zavisi od sastava i načina

obrade, kao i od toga koja strana papira se posmatra. Veći udeo punilaca, kalandrovanje ili premazivanjeutiču na povećanje glatkoće površine pa pira. Kod papira ko ji su formirani na klasičnim papir -mašinama sa jednim sitom postoji razlika u glatkoći između strane ko ja je tokom formiranja bila okrenuta situ i straneokrenute filcu. Strana papira formirana prema situ sledi njegovu strukturu i može se okarak terisati kao hrapava, dok je gornja strana glatka. Ako se na papiru sa izraženom razlikom između površina štampa neki proizvod samo sa jedne strane, tada se u većini slučajeva bira gornja strana.

Glatkoća papira se po Beku ( Beck ) izražava vremenom potrebnim da 10 cm3 vazduha pod dejstvom

podpritiska od 0,49 bara protekne između površine papira i polirane ploče određenih dimenzija, izmeđukojih deluje sila pritiska od 9,81 N po povr šini 1 cm2. Kod papira veće glatkoće kontakt papira sa pločom je potpuniji, pa je vreme duže.

Glatkoća se može odrediti i optičkim putem, po Čepmenu (Chapman), merenjem intenziteta reflek-tovane svetlosti pod različitim uglovima. Uz površinu papira se određenom silom pritisne staklena prizma,

č


34/168


34

kroz koju dospeva paralelan snop svetlosti. Svetlost se pod manjim uglom odbija od delova površine kojisu u kontaktu sa prizmom, a pod većim od delova koji ne dodiruju prizmu. Poređenjem signala na dvemafotoćelijama, na koje padaju zraci reflek tovani od površine podloge u kontaktu sa prizmom i ostatka površine, dobija se podatak o vrednosti glatkoće, odnosno hrapavosti.

3.7.2. Propustljivost vodene pare, gasova i masnoće Ova svojstva nemaju toliki značaj za postupak štampe, koliko za primenu odštam panog ili

neodštampanog grafičkog proizvoda, i posebno kao ambalažnog materijala.Propustljivost gasova je povezana sa poroznošću, koja, kod papira, zavisi od po punjenosti zapremine

lista vlaknima. Međuprostor između vlakana čini kapilarni sistem. Što je veći udeo zapreminemeđuprostora u uku pnoj zapremini, materijal je porozniji.

Propustljivost za vazduh po Beku se određuje zapreminom vazduha koja se usisa pri potpritisku od 0,5 bara za jednu sekundu kroz površinu 1 cm2.

Propustljivost vodene pare kroz papir zavisi od poroznosti, ali u znatno većoj meri od higroskopnosticeluloznog vlakna. Do prolaska vlage kroz papir dolazi difuzijom, usled različite vlažnosti na dve stranelista.

Propustljivost vodene pare k roz papir se određuje tako što se posuda sa zasićenim rastvorom solihermetički zatvori uzorkom čija se propustljivost is pituje. Zatim se posuda postavi u eksikator sasredstvom za sušenje. Posle određenog vremena izmeri se masa suda sa rastvorom. Masa se smanji za onaj

deo tečnosti koji je prošao kroz pa pir (JUS H.N8.127).Propustljivost masnoća je neželjeno svojstvo većine ambalažnih materijala. Za propustljivost masti

(kao i gasova) odgovorne su kapilare koje izlaze na površinu lista podloge. Ukoliko kapilare ne izlaze na povr šinu, ili su nekim postupkom obrade zatvorene, propustljivost lista će biti manja.

G fički ij li i h l ij 2015 2016


35/168


35

Propustljivost masti kroz papir se ispituje stvaranjem mehurića. Traka papira se kratkotrajno zagrevaiznad plamena ili na posebno konstruisanom grejnom cilindru. Pri tome dolazi do naglog isparavanja vlage

apsorbovane u unutrašnjosti lista. Ako su pore na površini zatvorene, tada para ne može da napusti list iformiraju se mehurići. Što je gustina i veličina mehurića veća, propustljivost papira je manja. Često se

propustljivost masti ispituje tako što se na površinu papira stavi kap terpentinskog ulja ili slične supstance, pa se papir pokrije istim takvim papirom. Ovaj sendvič se oblaže običnim pisaćim papirom, pa se svezajedno postavi između dve staklene pločice. Gornja pločica treba da ima masu 100 g. Ako za 120 minutane dođe do prodiranja masnoće do čistih listova papira, ili ako prodre samo na nekim mestima male površine, smatra se da je papir nepropusan za masnoće.

3.7.3. Keljivost

O keljivosti ima smisla govoriti samo kod papira. Ovo svojstvo predstavlja suprotnost upojnoj moći,koja je povezana sa kapilarnom strukturom. U toku izrade papiru se dodaju neke supstance, koje smanjuju

upojnu moć i sprečavaju razlivanje bo je usled kapilarnih pojava. One, u stvari, zatvaraju kapilare kojedospevaju do površine papira, i daju joj hidrofoban karak ter. Proba na keljivost se obavlja pomoćustandardnog pera umočenog u mastilo standardnog sastava. Ako se povučene linije razlivaju, konstatuje seda papir nije keljen (lepljen). Keljivost papira se određuje i tako što se od papira napravi posuda u koju sesipa mastilo i meri se vreme za koje ono probije podlogu.

Kod ostalih podloga, kao što su plastične i aluminijumske folije ili metalne ploče, upojnost je

praktično beznačajna, jer ti materijali nemaju kapilarnu strukturu. Vezivanje boje kod upojnih materijaladelimično se ostvaruje i upijanjem boje od strane podloge, međutim kod neupojnih materijala trebaizabrati boje kod kojih su dominantni drugi načini fik siranja.

Upojnost papira se u nekim slučajevima izražava visinom stuba vode koji se formirao u uzanoj traci papira u određenom vremenskom intervalu.

G fički t ij li i t h l ij 2015 2016


36/168


36

3.7.4. Otpornost načupanje i prašenje

U momentu kontakta površine podloge i boje na štamparskoj formi

počinje vezivanje boje za podlogu.Odmicanjem štamparske forme od pod-loge sloj boje, koji je adhezivnim

silama vezan za dve površine, mora dase razdvoji. Uslov da uopšte dođe dootiska je da sile kohezije boje budu

manje od sila adhezi je između boje i

podloge. Takođe sile adhezije izmeđuštamparske forme i boje mora da buduveće od sila kohezije unutar bo je. Boja prilikom razdvajanja deluje na podlogu

silom zatezanja.

Ukoliko je sila kohezije unutar

podloge manja od adhezije između

boje i podloge, može doći do čupanja delova površine podloge. Ovaj efekat je svakako nepoželjan, i zato je neophodno odrediti otpornost podloge na čupanje. O čupanju ima smisla govoriti samo u slučaju papira.Kod papira može doći do oslobađanja delova vlakana ili punilaca, kao i do odvajanja većih delova površine.

Slika 3.8 Denison test



37/168


37

Otpornost na čupanje se možeodrediti na osnovu probnog štampanja bojama različitih, ali određenihviskoznosti. Kao mera otpornosti uzima

se ona vrednost viskoznosti, pri kojoj se primećuje pojava čupanja. Čupanje seodređuje i pomoću etalona od voska(Denison test), prikazanog na slici 3.8.

Više etalona u obliku štapića od različitih standardizovanih uzoraka voska se zagreje do omek šavanja i pritisne na površinu papira. Zatim se prilepljeni štapići odlepljuju od papira. Kao mera otpornosti načupanje se uzima redni broj onog etalona koji je prvi izazvao čupanje.

Prašenje papira se određuje pomoću valjka premazanog uljem, kojim se prelazi preko ispitivanog papira. Čestice papira prelaze na masnu površinu valjka. Zatim se tim valjkom prelazi preko valjka sa bojom, i tada se na papiru načini otisak. Na mestima na kojima su bile čestice papirne prašine nastaćegreške na otisku (slika 3.9). Otpornost na čupanje testiranog papira obrnuto je srazmerna broju grešaka(neodštampanih mesta) na krajnjem otisku.

3.7.5. Trenje

Trenje je pojava da se prilikom klizanja ili kotrljanja jednog objekta preo drugog javlja sila koja se

tome suprotstavlja - sila trenja, F tr , koja je proporcionalna normalnoj komponenti sile na površinu, F n: F tr = µ F n .Faktor proporcionalnosti naziva se koefijent trenja, i zavisi od površinskih karakteristika materijala.

Može se odrediti u statičkim uslovima, preko sile koja je potr ebna da se objekat pokrene iz stanjamirovanja, i tada se naziva koeficijent statičkog trenja. Ukoliko se koeficijent trenja određuje u uslovima

Sli ka 3.9. Ispitivanje prašenja papira



38/168


38

da se predmet kreće, peko sile neophodne da se objekat održi u stanu jednolikog kretanja, radi se okoeficijentu kinetičkog trenja, koje je uvek manji od koeficijenta statičkog trenja.

Koeficijent trenja je karakteristika od velikog značaja za ambalažne materijale, koji se koriste naautomatskim mašinama za pakovanje, na kojima će materijal biti u kontaktu sa nepokretnim delovima

mašine. Koeficijenti trenja ambalažnih maerijala određuju se prema standardizovanim procedurama, TAPPI T548, T815, T 549 i T816. Tipični koeficijenti trenja određeni metodom tren ja po horizontalnoj ravni prikazani su u tabeli 3.1.

Tabela 3.1 Ti pi čni koefi cijenti trenja određeni metodom trenja po horizontalnoj ravni

Vrsta Koefiijent statičkog trenja Koeficijent kinetičkog trenja Pisaći papir 0.50-0.65 0.35-0.5Mat premazni papir 0.45-0.55 0.30-0.45

Sjajni premazni papir 0.40-0.50 0.30-0.40

Grafički materijali i tehnologija 2015 2016


39/168


39

4. Mehanička svojstva materijalaDelovi mašina ili materijal koji se obrađuje su tokom rada izloženi dejstvu raznih sila, koje u njima

izazivaju napon i deformaciju. U cilju dimenzionisanja delova mašina i opreme koji treba da izdrže sva

opterećenja tokom rada a da se pri tome nedeformišu plastično, neophodno je pozna-vati mehanička svojstva konstrukcionihmaterijala. Takođe, potrebno je poznavati imehanička svojstva materijala koji se o bra-đuju, da bi se mogli seći, deformisati, sa bi- jati ili formirati izvlačenjem, što sve spada u

plastične (trajne, nepovratne) deformacije. Na slici 4.1 prikazani su neki tipičnislučajevi dejstva sile na predmete. Pod dej-stvom sile u poprečnom preseku se javljanapon. Ukoliko je orijentacija sile normalna

na površinu poprečnog preseka u kome se javlja napon, govoi se o normalnom naponu

(zatezanje, sabijanje, savijanje). U slučajuda sila deluje paralelno povr šini popr ečnog preseka u kome se javlja napon, govori se o

tangencijalnom naponu, (smicanje ili

uvijanje).Slika 4.1 a), b) zatezanje, c), d) sabij anje, e) smicanje, f) , i), j ), k)

savijanje, g) uvijanje) h) izvij anje



40/168


40

4.1.Zatezna čvrstoća Zatezna čvrstoća materijala se definiše kao maksimalni napon koji se javlja u materijalu prilikom

ispitivanja zatezanjem na kidalici. Za ispitivanje je potrebno od materijala napraviti epruvetu, odnosno

pažljivo isečen i obrađen uzorak, prema odgovarajućem standardu. Taj uzorak se postavlja u čeljusti

kidalice, koje počinju da se međusobno udaljavaju pod dejstvom jakog pogonskog mehanizma (slika 4.2).

a) b)

Sli ka 4 .2 a) Šematski prikaz ispitivanja materijala zatezanjem; Epruveta od ispitivanog materijala se postavlja učeljusti, koje se udaljavaju konstantnom brzinom, pri čemu se mere sila i rastojanje krajeva čeljusti; b) Prikazkidalice (uređaja za i spitivanje zatezanjem)



41/168


41

Kidalica je mnogo jača od epruvete koja se ispituje, tako da su deformacije koje se javljaju u kidalicizanemarljive u odnosu na deformacije koje se javljaju u epruveti. Kidalica sve vreme ispitivanja daje

podatak o sili koja deluje na epruvetu, i koja je neophodna da bi se savladao otpor epruvete izduženju. Osim toga, kidalica sve vreme daje podatak o izduženju epruvete.

U epruveti se, pod dejstvom sile, F , koja deluje normalno na poprečni presek površine S , javljanormalni napon zatezanja, σ , koji se izražava kao:

S

F .

Osim napona koji se javlja u poprečnom preseku epruvete, za opisivanje ponašanja datog materijala podejstvom opterećenja koristi se i relativna deformacija, ε, koja se izražava kao odnos apsolutnedeformacije, ∆ L, i početne dužine, L0:

0 L L

Na slici 4.3 prikazana je tipična zavisnostnapon-relativno izduženje za neki materijal kojiima izražena elastična svojstva, oblast plastičnedeformacije, deformaciono ojačavanje,maksimalni napon i napon pri kome dolazi do

loma.Oblast elestičnih deformacija predstavljaju

oni naponi, posle čijeg se prestanka telo vraćana prvobitne deformacije. Elastične deformacijesu povratne deformacije, za razliku od Sli ka 4.3 Dij agram napon- relativno izduženjeza čelik



42/168


42

plastičnih, koje su trajne. U početnom delu oblasti elastičnih deformacija važi Hukov zakon: E

pri čemu je E Jungov moduo elastičnosti. Sličan eksperimentalni pristup i razmatranje može se izvesti i u slučaju kada na telo deluju sile koje su

usmerene jedna prema drugoj i koje nastoje da telo sabiju (slika 4.1 c), d)).Prilikom konstruisanja mora se voditi računa da ni jedan deo mašine u normalnom radu ne dođe uoblast plastičnih deformacija. Za razne tipove mašina utvrđeni su koeficijenti sigurnosti, koji definišukoliko maksimalni napon koji se javlja u materijalu puta mora biti manji od zatene čvrstoće ili granicetečenja (plastične deformacije).Što je koeficijent sigurnosti veći, i što je maksimalni napon koji se očekujeveći, deo se mora dimenzonisati sa većim poprečnim presekom, ili od jačeg materijala. Ovo važi i zaotpornost na sabijanje, savijanje i uvijanje.

4.2.Dužina kidanja Štamparska podloga je u toku štampanja izložena ne samo dejstvu sile pritiska štam panja, koja deluje

normalno na površinu podloge, već i dejstvu sila koje deluju paralelno i koje mogu dovesti do kidanjamaterijala. Kod tabačnih mašina trans portni sistem hvata tabake pomoću metalnih hvataljki (grajfera), kojimogu da proizvedu veliko ubrzanje pri transportu papira, kada tabak iz stanja mirovanja predaju cilindru

koji se obrće brzinom od nekoliko hiljada obrta na čas. Kod mašina ko je štam paju materijal iz rolne, transport trake vrše cilindri u štam parskim sekcijama (cilindar forme i ofset cilindar, cilindar forme i štampar-ski cilindar ili dva ofset cilindra) i nekoliko pari valjaka hrapave površine, koji se nalaze između štam par-skih sekcija, kao i na ulazu u sekciju za savijanje i sečenje. Između njih je provučena traka koja usled tre-nja dobija prinudno kretanje. Na takvim mašinama postoje sistemi koji stalno zatežu traku da bi se obez be-dila konstantna brzina odmotavanja, zatim sistemi za brzu izmenu rolni bez zaustavljana mašine, kada tra-ka tre ba da izdrži udar nu silu koja se javlja zbog inercije rolne, koja iz stanja mirovanja treba da postigne



43/168


43

brzinu od nekoliko obrta u sekundi. Da bi podloga izdržala sva opterećenja ko jima je izložena tokomštam panja, a i kasnije, u eksploataciji, mora da ima dovoljnu zateznu čvrstoću, koja je ranije nazivana otpor nošću na kidanje. Ovo svojstvo štam parskih materi jala se izražava dužinom kidanja.

Dužina kidanja je dužina trake određene gramature, G i debljine, d , pri ko joj bi došlo do kidanja te

trake obešene za jedan svoj kraj usled sopstvene težine. Naravno, dužina kidanja se eksperimentalno neodređuje odmotavanjem hiljada metara trake, već pomoću kidalice, na kojoj se komad trake određenih di-menzija (širine B i debljine d ) zateže do kidanja. Kidalica daje podatke o sili i izduženju pri kidanju, pa je,na osnovu podataka o gramaturi i debljini, transformacijom Hukovog zakona moguće proračunati zateznučvrstoću i dužinu kidanja, L:

g G

d E L E

d

L g G E

d L B

L g m E

d B

g m E

S

F E

;;;;;

Za ispitivanje papira koriste se kidalice posebne konstrukcije, kakva je prikaza na na slici 4.4.

a) b) c)

Sli ka 4 .4 a) Izgled kidalice za ispitivanje dužine kidanja papira; b) Postavljanje uzorka papir a (epruvete); c) I zgledpokidane epruvete



44/168


44

4.3. Otpo rno st na sm icanje (kl izanje)

Smicanje (slika 4.5) je tangencijalno naprezanje, koje se javlja se u poprečnom preseku koji je paralelan pravcu dejstva sile. Napon smicanja izračunava se kao:

G=S

F

=S

gde su S - površina paralelna dejstvu sile, G - modul klizanja, , ugaona deformacija

Ugaona deformacija izračunava se kao:

L

L =

Ukoliko se izvede eksperiment sličan ispitivanju otpornosti na zatezanje, tako što se povećava sila i pratideformacija, dobija se dijagram sličan onome na slici 4.2, sa koga se može odrediti smica jna čvrstoća, kaomera otpornosti na smicanje nekog materijala.

Između modula smicanja i Jungovog modula utvrđena jesledeća veza:

)+1( 2

E =G

gde je (nekad se koristi i oznaka ) Poasonov koeficijent:

L

L- L

S

S -S

=

0

01

0

01

Sli ka 4.5 Sil e koje izazivaju smicanje; b)

deformacij a pri smicanju



45/168


45

Poasonov koeficijent za čelik: u o blasti elastičnih deformacija, 0,3, u oblasti plastičnih deformacija, 0,5.

4.4. Otpo rno st na savi janje

Savijanje predstavlja normalno naprezanje, koje se javlja usled dejstva momenta savijanja: y

I

M =

x

x s

gde je M x, Nm, moment savijanja, I x, m4, moment inercije poprečnog preseka. y, m, rastojanje poprečnog

preseka u kome se traži normalni napon od ose savijanja.Deo štapa iznad ose x na slici 4.6 opterećen je na zatezanje, a napon ima pozitivnu vrednost. Ispod ose x

javlja se sabijanje, a napon ima negativnu vrednost. Duž ose štapa napon je jednak nuli.

Sli ka 4.6 Prikaz napona i geometr ij ska anali za savijan ja



46/168


46

Otporni moment poprečnog preseka u odnosu na osu x predstavlja količnik momenta inercije sanajvećim rastojanjem:

y

I =W

x x

max

Maksimalni napon javlja se u vlaknima koja su najudaljenija od ose savijanja, i iznosi:

W

M =

x

x smax

Moment inercije se izračunava kao:

A

dA y I x2

a podaci za karakteristične slučajeve mogu se naći u priručnicima (tabela 4.1).

Tabela 4.1 Momenti inercije i otporn i momenti raznih profi la

A, m I x, m I y, m W x, m W y, m I o, m W o, m

4

4d

64

4d

64

4d

32

3d

32

3d

32

4d

16

3d

4

22d D

64

44d D

64

44d D

Dd D

32

44

D

d D32

44

32

44d D

Dd D

16

44



47/168


47

ab

4

3ab

4

3ba

4

2ab

4

2ba

22

33

ba

ba

2min

2ab

2

max2ba

ab

12

3ab

12

3ba

6

2ab

6

2ba

- -

2

ah

36

3ah

-

24

2ah

- - -

4.5. Otpo rno st na uv i janje

Uvijanje je tangencijalno naprezanje, koje se javlja se pod dejstvom sprega sila, koje proizvode moment

uvijanja (slika 4.7):

r I

M =

O

t t

gde je M t , Nm, moment uvijanja, I O, m4, polarni moment (u odnosu na osu uvijanja), r , rastojanje

poprečnog preseka u kome se proraèunava moment uvijanja od ose uvijanja. Količnik polarnog momentainercije sa najvećim rastojanjem od ose uvijanja predstavlja polarni otporni moment.



48/168


48

d

I W

OO

Deformacija uvijenog štapa (u radijanima) izračunava se kao: R = l 1 i

r = l iz čega sledi da je ugao smicanja u datom sloju na rastojanju r od ose uvijanja:

= 1 (r / R).

Deformacija je najveća na površini tela, a u osi je jednaka nuli. Najveći napon uvijanja trpi poprečni presek na najvećem rastojanju od ose uvijanja:

W

M =

O

t tmax

Za kružni poprečni presek (najčešći slučaj),može se uvesti sledeće uprošćenje:

3

16

d

M = t tmax

316

tdoz

t M =d

Ugao uvijanja:

Sli ka 4.7 Uvijanje



49/168

j g j 5 0 6

49

G I

M l

G I

R M

R

l

GW

Mt

R

l

G R

l

R

l =

O

t

O

t

O

x

1 ( u radijanima)

180

G I

M l =

O

t ( u lučnim stepenima, °).

Proračun kod lakih transmisionih vratila izvodi se na osnovu nepovoljnijeg od sledeća dva kriterijuma: dozvoljeni ugao uvijanja iznosi doz / l = 0,25° / m ili napon uvijanja mora biti manji od dozvoljenog za dati materijal.

Ukoliko vratilo kružnog poprečnog preseka prenosi snagu P , onda je rad koji ono izvrši tokom jednogobrta:

A’ = F · s = F · 2 R.

Snaga koja se prenosi vratilom pri broju obrta n (obrta u sekundi):n M n R F

t

A P t 22

Maksimalni moment uvijanja koji se javlja pri prenosu snage P :

n

P M t

2.

Prečnik vratila prema dozvoljenom uvijanju:

4 2

16

l nG

P d

.

Prečnik vratila prema dozvoljenom uvijanju:



50/168

j g j

50

32

2tdoz n

P d

.

Veza između zatezne čvrstoće pri uvijanju, klizanju i zatezanju: Čelik: eM sM tM )0,87 0,84( = i10

Gvožđe: eM sM tM )1,17 1,02( = .11

4.6.Tvrdoća Tvrdoća predstavlja sposobnost materijala da se odupre prodiranju nekog stranog tela u njegovu

unutrašnjost.Tvrdoću ne treba mešati sa elastičnošću, jer elastičnost se odnosi na sposobnost tela da se vrati u

prvobitno stanje nakon prestanka dejstva sile, i opisana je Hukovim zakonom.

Tvrdoća se može iskazati na različite načine: Mosovom skalom tvrdoće; Po Brinelu;

Po Rokvelu;

Po Vikersu;

U stepenima po Šoru.

Mosova skala tvrdoće zasniva se na por eđenju ispitivanog materijala sa 10 minerala različite tvrdoće, počev od najmekšeg, talka, do najtvrđeg, dijamanta (Tabela 4.2). Tvrdoća materijala određuje se poređenjem sa tvrdoćom minerala iz Mosove skale. Naprimer, ukoliko neki materijal može da zagrebegips, a ne može sledeći i z skale, kalcit, onda se proverava da li i gips može da zagrebe isitivani materijal.Ukoliko može, onda je tvrdoća ispitivanog materijala jednaka tvrdoći gipsa, odnosno materijal ima



51/168

j g j

51

tvrdoću stepena 2 po Mosovoj skali. Međutm, ako gips ne može da zagrebe ispitivani materijal, onda je ontvrđi od gipsa, a mekši od kalcita i ima tvrdoću 2,5 po Mosovoj skali.

Tabela 4 .2 Mosova skala tvrdoće

Redni broj M ineral Hemij ska formula

1 Talk Mg3Si4O10(OH)2

2 Gips CaSO4·2H2O3 Kalcit (CaCO3)

4 Fluorit CaF2

5 Apatit Ca5(PO4)3(OH-, Cl-,F-)

6 Ortoklas, feldspat KAlSi3O8

7 Kvarc SiO2

8 Topaz Al2SiO

4(OH-,F-)

2

9 Korund Al2O3

10 Dijamant C

Tvrdoća po Rokvelu, Brinelu ili Vikersu određuje se eksperimentalno, utiskivanjem čelične kuglice(Brinel, Rokvel HRB) ili dijamantske igle (Vikers, Rokvel HRC), pod dejstvom tačno definisane sile, utačno odeđenom trajanju, na određeni način (slika 4.8). Zatim se proučava otisak koji je utsnuto teloostavilo u materijalu. Što je materijal mekši, alat koji se utiskuje ostaviće dublji i veći otisak. Tvrdoća se

izražava u stepenima, koji se dobijaj

Documents

Predavanja Iz Grafickih Materijala i Tehnologije 2015-16 v2