MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nábytku, designu a bydlení
Návrh výrobního postupu oplášťování nábytkových dílců foliemi s vysokým leskem na standardním zařízení diplomová práce
Vedoucí diplomové práce
Vypracovala
Ing. Karel Krontorád, CSc.
Bc. Adéla Haniková
2011
Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Návrh výrobního postupu oplášťování nábytkových dílců foliemi s vysokým leskem na standardním zařízení vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Lesnické
a
dřevařské
fakulty
Mendelovy
univerzity
v Brně
a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně dne
Adéla Haniková
Poděkování Tímto děkuji vedoucímu práce Ing. Karlu Krontorádovi, CSc. za odborné vedení, konzultace i trpělivost během vypracovávání této diplomové práce. Dále chci poděkovat všem, kteří mě podporovali během studia jakýmkoliv způsobem.
Abstrakt Jméno: Adéla Haniková Název práce: Návrh výrobního postupu oplášťování nábytkových dílců foliemi s vysokým leskem na standardním zařízení Abstrakt: V této diplomové práci byla vytvořena literární rešerše pro technologii lepení folií s vysokým leskem a na jejím základě byly vybrány vhodné materiály pro technologii oplášťování. Na vzorcích bylo provedeno měření drsnosti povrchu. Následně byl navržen postup pro přípravu povrchu před oplášťováním foliemi s vysokým leskem. Klíčová slova: MDF, oplášťování, dekorační folie, lesklá povrchová úprava, vysoký lesk
Abstract Name: Adéla Haniková
Title of thesis: Proposed technical process for sheathing furniture pieces using high gloss foils on standard equipment Abstract: The present thesis has searched literature for the technology of applying high gloss adhesive foils with the aim selecting suitable materials for the sheathing technology. Samples were used to measure surface roughness. A process was subsequently proposed for the preparation of the surface before sheathing using high gloss foils.
Key words: medium density fiberboard, sheating, surface decorative foil, glazing finish, high gloss
Obsah 1
Úvod ........................................................................................................... 8
2
Cíl práce...................................................................................................... 9
3
Aktuální stav technologie povrchové úpravy nábytkových dílců................ 10
3.1
Konstrukční desky používané k výrobě nábytkových dílců
10
3.1.1
Překližované materiály ................................................................. 10
3.1.2
Aglomerované materiály ............................................................... 10
3.2
Současná povrchová úprava nábytkových dílců
12
3.3
PÚ nátěrovými hmotami
13
3.4
PÚ pevnými materiály
14
4 4.1
5
Oplášťování .............................................................................................. 15 Materiály vhodné pro technologii oplášťování
16
4.1.1
Středně hustá dřevovláknitá deska – MDF ................................... 17
4.1.2
Lepidla .......................................................................................... 18
4.1.3
Dekorativní materiály .................................................................... 21
Analýza vhodných materiálů pro PÚ s vysokým leskem ........................... 22
5.1
PVC folie
23
5.2
ABS/PMMA folie
25
5.3
PET folie
26
5.4
Dekorativní lamináty
27
6
Příprava povrchu nosného materiálu – MDF............................................. 29
6.1
Tloušťková egalizace
29
6.2
Frézování
29
6.3
Broušení
30
6.4 7 7.1
6.3.1
Podkladový materiál ..................................................................... 30
6.3.2
Volba brusného zrna .................................................................... 30
6.3.3
Posyp brusného materiálu ............................................................ 31
6.3.4
Statický prach ............................................................................... 31
6.3.5
Inovace v procesu broušení ......................................................... 32
Kartáčování, hlazení
33
Metodika ................................................................................................... 34 Vytvoření literární rešerše
34
7.2 8 8.1 9 9.1
9.2
Měření drsnosti povrchu
34
Výsledky.................................................................................................... 36 Měření drsnosti povrchu
36
Návrh technologie pro standardní zařízení ............................................... 39 Stanovení požadavků na technologické vybavení u výrobce
40
9.1.1
Brusná linka .................................................................................. 40
9.1.2
Oplášťovací zařízení .................................................................... 42
Příprava povrchu MDF
45
10 Diskuze ..................................................................................................... 47 11 Závěr......................................................................................................... 48 12 Summary................................................................................................... 49 13 Použitá literatura ....................................................................................... 50 14 Seznam obrázků ....................................................................................... 52
1 Úvod V současné
době
existuje
řada
možností
povrchových
úprav
nábytkových dílců. V nábytkářském průmyslu je vyhledávanou povrchovou úpravou dokončení ploch na vysoký lesk, kterého je možné docílit více způsoby. Dílce oplášťované pevnými materiály jsou šetrnější k životnímu prostředí, proto jsou upřednostňovány folie s vysokým leskem. Tyto folie se používají na korpusy kuchyní, do koupelen, obývacích pokojů, na obklady stěn. Při vzniku nových způsobů povrchových úprav vznikají také nové materiály a technologie, které musí splňovat určité požadavky: používání materiálů vyráběných způsobem méně zatěžujícím životní prostředí snížení vlivu nábytku na životní prostředí materiály nízkých energetických vstupů a technologických energií užití materiálů z obnovitelných zdrojů možnost recyklace částí a součástí výrobku, prodloužení životnosti výrobku volba materiálů šetrných vůči životnímu prostředí – výrobní odpad a likvidace výrobku omezení používání nebezpečných látek a snížení emisí znečišťujících látek Dokončování povrchu nábytkových dílců foliemi se provádí technologií oplášťováním. Při oplášťování foliemi s vysokým leskem je aktuálním problémem především příprava povrchu nosiče (v tomto případě MDF desky). Folie s vysokým leskem jsou díky svému kvalitnímu, hladkému a velmi atraktivnímu povrchu stále více vyhledávány, proto je nutné zabývat se zlepšením v oblasti jejich aplikace a využití.
8
2 Cíl práce Cílem této práce je popis technologie povrchové úpravy oplášťováním na
základě
literární
rešerše,
analýza
vhodných
materiálů
a postupů
pro oplášťování nábytkových dílců foliemi s vysokým leskem a následný návrh postupu přípravy povrchu dílců před touto povrchovou úpravou.
9
3 Aktuální stav technologie povrchové úpravy nábytkových dílců
3.1 Konstrukční desky používané k výrobě nábytkových dílců K výrobě nábytkových dílců se používají konstrukční desky z masivního dřeva (spárovky), překližované materiály (překližka, laťovka) a aglomerované materiály (DVD a DTD desky). Tato kapitola se zabývá přehledem překližovaných a především aglomerovaných materiálů.
3.1.1 Překližované materiály Překližované desky jsou materiály vyrobené slepením více elementů, např. více vrstev dýh nebo laťovkového středu a jiného materiálu. Patří sem:
překližky se skládají ze tří nebo více vrstev dýh (loupaných, krájených)
slepených na sebe kolmo ke směru vláken, pro výrobu překližek se používají dýhy z buku, břízy, borovice, pro překližkové středy se používají dýhy z jehličnatých dřevin (smrk, jedle, borovice), v nábytkářství se překližky používají na dna zásuvek, výrobu koster pro čalouněný nábytek, apod.
laťovky se skládají ze dvou částí: laťovkového středu (smrkové, jedlové
řezivo) a překřižovacích dýh (smrk, topol, bříza, buk, osika), v nábytkářství se laťovky používají na korpusy, police, dveře, stolové desky, bočnice postelí
3.1.2 Aglomerované materiály Aglomerované
materiály
jsou
velkoplošné
desky
vyrobené
z dezintegrované dřevní hmoty opětovně spojené lisováním většinou pomocí lepidel. Výhodou těchto materiálů je možnost jejich výroby z odpadu dřevní a lignocelulózové hmoty (Trávník, 2005). Výhodou aglomerovaných materiálů je to, že překonávají nevýhody dřeva, přičemž zachovávají jeho vlastnosti. 10
Základními aglomerovanými materiály používanými v nábytku jsou dřevotřískové a dřevovláknité desky. Tyto desky se dají obrábět běžnými dřevoobráběcími nástroji.
DTD (dřevotřískové desky) se vyrábějí z roztřískovaného dřeva, třísky
jsou spojeny syntetickým lepidlem a slisovány, pro výrobu nábytku se používají plošně lisované třískové desky, které mají třísky uložené rovnoběžně s plochou. Hustota těchto desek je asi 600 kg/m3. K lepení desek se používají fenolformaldehydová,
močovinoformaldehydová,
melaminformaldehydová
lepidla atd., z těchto lepidel se uvolňuje jedovatý formaldehyd. Proto vznikly emisní třídy podle odpařování formaldehydu (E1, E2, E3). Pro výrobu nábytku se smějí použít třískové desky třídy E1 – do 10 mg/100 g (Trávník, 2005). Výroba třískových desek se řídí dle normy ČSN EN 312 Třískové desky – Požadavky. DTD se v oblasti výroby nábytku používají při výrobě koster čalouněného nábytku, na korpusy skříní nebo police. bez
DVD (dřevovláknité desky) se vyrábějí z dřevních vláken s přidáním nebo přidání
pojiv.
Soudržnost
získají
zplstnatěním
rozvlákněných
surovin a ke spojení vláken dojde lepicími složkami obsaženými ve vláknech (lignin). Vlastnosti desek lze upravit pro budoucí účel použití rozdílnými lisovacími tlaky a teplotami, přidáním speciálních látek nebo následným ošetřením povrchu. Dřevovláknité desky se vyrábějí dvěma způsoby – mokrým a suchým. Při výrobě mokrým způsobem se ke směsi vláken s vodou přidávají lepidla a aditiva. Vlastní obsah pryskyřic ve dřevě působí v desce jako pojivo. Směs se po přidání
pryskyřic
formuje
do
velkoplošných
desek
a odvodňuje se za působení vysokého tlaku na hustých sítech. Tím vznikne nekonečný koberec, který se dělí na požadovaný rozměr desek. Při suchém způsobu jsou vlákna pojena syntetickým lepidlem za pomoci teploty a tlaku. Na vlákno se přidává pryskyřice, což umožňuje spojení vláken.
11
Podle hustoty se dřevovláknité desky dělí na typy: vyrobené mokrým procesem měkké – hustota < 400 kg/m3, používají se především jako izolační desky, lze je natírat
a
tapetovat,
mají
tepelně
a
zvukově
izolační
vlastnosti,
používají se na výplně dveří, příček polotvrdé – hustota ≥400 kg/m3 a ≤ 900 kg/m3 v současné době se použití rozšířilo jako náhrada za DTD tvrdé (HDF) – hustota ≥ 900 kg/m3 , používají se pro zadní části nábytku, dna zásuvek, výplně dveří vyrobené suchým procesem — desky, které mají při tvorbě (vrstvení) koberce vlhkost menší než 20 % a mají hustotu 600 kg/m3
desky MDF (středně husté vláknité desky o hustotě 600–800 kg/m3)
se vyrábějí s přídavkem syntetické pryskyřice za použití teploty a tlaku. Mohou získat další vlastnosti, například odolnost proti ohni, vlhkuvzdornost, odolnost proti biologickému napadení (Hrázský, Král, 2007). Deska MDF je pro tuto diplomovou práci výchozím materiálem, proto se jí podrobněji zabývá kapitola 4.1.1.
3.2 Současná povrchová úprava nábytkových dílců Povrchová úprava (dále PÚ) je dokončení povrchu materiálu nátěrovou hmotou, fólií, laminováním nebo jiným zušlechtěním. Povrchová úprava zvyšuje užitnou hodnotu výrobku, prodlužuje jejich životnost, zvýrazňuje kresbu dřeva, potlačuje barevné rozdíly povrchu a zajišťuje zdravotní nezávadnost výrobku, chrání povrch proti vnějším vlivům a proti mechanickému poškození. Každá povrchová úprava může mít různé vlastnosti, to záleží především na druhu povrchové úpravy, na výběru nátěrové hmoty, na technologii nanášení, způsobu vytvrzování a také na podkladovém materiálu. Na dokončení nábytkových dílců jsou kladeny estetické a ochranné požadavky.
12
Faktory ovlivňující kvalitu, funkční a vzhledové vlastnosti PÚ:
vlastnosti podkladu a jeho příprava před PÚ
fyzikální a mechanické vlastnosti PÚ
vlastnosti nátěrových hmot – použité pojivo, způsob tvorby nátěrového filmu, způsob nanášení
budoucí funkce a užití výrobku
technologické parametry při dokončování, skladování
ekologické a hygienické vlastnosti
požadavky budoucího spotřebitele
speciální funkční požadavky
Podle použitých dokončovacích materiálů se povrchové úpravy dělí na PÚ nátěrovými hmotami a PÚ pevnými materiály.
3.3 PÚ nátěrovými hmotami Patří sem tmelení, moření a PÚ nátěrovými hmotami. Nejrozšířenějším způsobem je PÚ nátěrovými hmotami. Jsou to hmoty, jejichž hlavní součástí jsou filmotvorné látky. Nanášejí se v tekutém stavu na podklad, aby na něm vytvořily souvislou ochrannou vrstvu – film, a tím vytvořily povrchovou úpravu požadovaných vlastností. Nátěrové hmoty (dále NH) obsahují filmotvorné látky pro vytvoření vrstvy filmu, těkavé složky, ve kterých jsou tyto látky rozpuštěny, barviva, pigmenty, které nátěrovou hmotu zbarvují. Nátěrový film může být tvořen fyzikálním zasycháním, chemickým vytvrzováním, chemickou reakcí se vzdušným kyslíkem nebo s vlhkostí, UV zářením. Používané nátěrové hmoty se dělí podle použitého pojiva, jsou to nitrocelulózové, olejové, vodou ředitelné akrylátové, epoxidové, polyesterové, polyuretanové, kyselinotvrditelné a další. V dřevařském a nábytkářském průmyslu byly dříve používány NH na bázi organických rozpouštědel, kvůli ochraně životního prostředí došlo k přechodu k vodou ředitelným NH. Mají nízký podíl organických rozpouštědel a při vytvrzování se vypařuje především voda, což podstatně snižuje škodlivé emise. (Hrázský, Král 2007) Nátěrové hmoty se nanáší nejčastěji stříkáním, poléváním, navalováním nebo ručním nanášením. 13
3.4 PÚ pevnými materiály Při tomto způsobu PÚ je povrch dílce dokončen pevnými dekoračními materiály (dýhami, foliemi, lamináty). Patří sem tedy dýhování, laminování, kašírování, postforming, oplášťování. Nalepením dekoračního materiálu je zvyšována homogennost, pevnost, stabilita a hladkost povrchu konstrukčního materiálu. Tento způsob PÚ se používá stále častěji, protože takto dokončené dílce emitují výrazně méně dlouhodobých emisí VOC než PÚ nátěrovými hmotami. (Trávník, Svoboda, 2007) Přednosti povrchové úpravy pevnými materiály: dobrá odolnost a vzhled povrchů vysoká mechanizace výrobního postupu malá rozpracovanost dokončovaných dílců zjednodušení výrobního procesu Vzhledem k tématu práce se budeme zabývat především povrchovou úpravou foliováním, přesněji oplášťováním. Tato technologie je vysvětlena v následující samostatné kapitole 4.
14
4 Oplášťování Technologie oplášťování spočívá v postupném nalepování tenké vrstvy pevného materiálu (dýha, folie) na nosný dílec. Tato technologie vznikla v USA a do Evropy se rozšířila v 70. letech, koncem 80. let se objevila i v tehdejším Československu. Oplášťování se blíží technologii průběžného postformingu nebo kašírování. Oplášťování však umožňuje nalepení folie kolem dokola a je výhodnější i poměr kapacita/cena strojního zařízení (Brunecký a kol., 2005). Technologie oplášťování významně zvýšila výkon, automatizovala výrobu a nezatěžuje životní prostředí. Povrchová úprava oplášťováním je rychlá, kvalitní a dokončený dílec je rovnou připraven k dalšímu zpracování. Oplášťování se provádí na zařízení (obr. 2), které funguje následovně. Nosný
materiál
je
přesně
směrován
vodicím
podávacím
zařízením
a z odvíjecího zařízení je odvíjena folie. Během posuvu folie je na ni naneseno lepidlo a v určitém okamžiku je pomocí válce přitlačena na nosič. Pomocí sady dalších přítlačných válečků (obr. 1) je pak folie
tvarována
přes
kontury
dílce.
Povrchově dokončený dílec se ochladí a přechází k automatickému ořezávacímu zařízení, kde je odstraněna přebytečná folie. Oplášťovací zařízení se liší podle druhu
obr. 1 Sada přítlačných válečků
nanášení lepidla, to se může dít třemi (www.kleiberit.cz) způsoby.
Nejčastější je nanášení tavného lepidla válečkem. Otáčející se váleček běží určitou částí svého obvodu v lepidlové tavenině a další částí obvodu se otírá o oplášťovací materiál a tím na něj nanáší vrstvu lepidla. Lepidlo se udržuje na tavné teplotě horkým vzduchem nebo pomocí kontaktních vyhřívacích těles. Nanášecí váleček je rýhován, což se objevuje na nanesené ploše lepidla. Regulace nánosu je méně přesná, proto se nanášení válečkem
15
doporučuje zejména pro dýhové listy. Jedná se o jednoduché a cenově výhodné zařízení. Tavné lepidlo je možné nanášet také tryskou. Lepidlo se předtavuje ve speciálním zařízení, odkud je čerpadlem pod určitým tlakem vháněno do nanášecí hlavy s tenkou vyhřívanou tryskou, která vytváří na rubové straně folie hladký rovnoměrný film. Tento způsob nanášení je dokonalejší než nanášení válečkem. Regulace tloušťky nánosu je snadnější a přesnější, zařízení je však ekonomicky náročnější. Dalším, méně používaným způsobem nanášení je nanášení lepidla stěrkou. Tento způsob je vhodný pro nanášení tekutých lepidel, např. disperzí (PVAC) nebo lepidel rozpouštědlových. Oplášťovací materiál je odvíjen z cívky a na rubovou stranu je pomocí nanášecí hlavy se stěrkou nanášeno lepidlo, poté je proudem ohřátého vzduchu z kapalného lepidla odstraňováno rozpouštědlo, lepidlo se aktivuje a materiál je přitlačován na nosič. Tento systém není investičně tak náročný jako nanášení tryskou. (Krontorád, 2003)
obr. 2 Oplášťovací zařízení (www.barberan.com)
4.1 Materiály vhodné pro technologii oplášťování Cílem každé technologie je použití materiálů minimálně zatěžujících životní prostředí a materiálů z obnovitelných zdrojů a jejichž výrobní odpad bude zpracován nebo šetrně zlikvidován.
16
4.1.1 Středně hustá dřevovláknitá deska – MDF Označení
MDF
pochází
z anglického
jazyka
(Medium
Density
Fiberboard). V současné době je MDF deska nebo profil nejvíce využívaným nosným materiálem. Výroba MDF byla zahájena v USA v roce 1965, v Evropě byla zavedena v roce 1973. Tento materiál je vyroben z rozvlákněné dřevní hmoty, což zajišťuje využití jinak nevyužitelného odpadu (dřevní hmoty). Vláknitá deska má téměř homogenní strukturu, která dává materiálu vysokou rozměrovou stabilitu a mechanickou pevnost. Používá se při výrobě nábytku místo třískových desek především tehdy, pokud mají být hrany a také plochy profilované a dílce jako nábytkové dveře a přední části zásuvek dokončované pigmentovou nátěrovou hmotou nebo kašírované foliemi (obr. 3). Díky jemnému povrchu jsou MDF desky vhodné pro PÚ foliování (oplášťování), protože přes tenkou nerovnost.
folii
se
Uplatňují
vykreslí se
při
každá výrobě
kuchyňského nábytku, profilovaných lišt, nábytku do obývacích pokojů nebo čel postelí. Požadavky na MDF určuje norma ČSN obr. 3 Oplášťované MDF desky a profily (www.barberan.com)
EN
Požadavky
622-5 –
Vláknité
část
5:
desky
–
Požadavky
na desky vyrobené suchým způsobem z roku 2009.
4.1.1.1 Výroba MDF desek suchým způsobem Schéma
výroby MDF
desek ukazuje
obr.
4.
Jehličnaté
dřevo
se v odkorňovači odkorní a ve štěpkovací sekačce se rozdělí na štěpky o velikosti cca 20×20×5 mm. Před vlastním rozvlákněním štěpek je výhodné jejich předpaření nízkotlakou párou (cca 3 bary). Takto připravené štěpky mohou být rozvlákněny v mlecí komoře pod plným tlakem páry na jemná vlákna. Na ještě vlhká vlákna se nanese přesně dávkované množství lepidla, pryskyřice, parafínu a pak se suší v proudové sušárně na 8–12 % vlhkosti.
17
Po
meziuskladnění
v zásobnících
vláken se vlákna dopravují do vrstvicího zařízení (tryska nebo hadice), které vytvoří vláknitý koberec. Na 16 mm tlustou MDF je třeba
800 mm
V kontinuálním
silný
vláknitý
předlisu
koberec.
se
koberec
předlisuje a tloušťka koberce je redukována o
50
až
70 %.
Pro
lisování
nejčastěji
se používají
desek
kontinuální
a jednoetážové lisy. Rychlost zhušťování koberce a průběh lisování je rozhodující pro vytvoření hustotního profilu MDF a tak má
vliv i
na
fyzikální
a
mechanické
vlastnosti. Po zpětném ochlazení, formátování a několikadenní klimatizaci ve zracím skladu se desky kalibrují a brousí ve třístupňových brousicích
linkách.
broušených
MDF
Tloušťková se pohybuje
tolerance obr. 4 Schéma výroby MDF v rozmezí (http://skolajarov.ic.cz)
0,1–0,2 mm. (Hrázský, Král, 2000)
4.1.2 Lepidla Požadavky na lepidla musí
být
vhodné
pro
použité
materiály,
schopné
přilepit
folii
k nábytkovému dílci z MDF, aby mohl dílec plnit svou funkci odolné vůči působení studených kapalin, poškrábání, dezinfekčních prostředků musí být možné lepidlo nanášet obvyklým způsobem z hlediska estetiky nesmí tvořit nežádoucí povrchové defekty musí být šetrné k životnímu prostředí Pro
lepení
ve dřevozpracujícím
folií
jsou
průmyslu,
principiálně nejčastěji
rozpouštědlová, disperzní, tavná. 18
vhodná se
všechna
používají
lepidla
především
4.1.2.1 Rozpouštědlová lepidla V současné době je jejich používání omezeno z důvodu odpařování toxických rozpouštědel, střídají je lepidla ekologicky šetrnější (disperzní, tavná).
4.1.2.2 Disperzní lepidla Mezi disperzní vodou ředitelná lepidla používaná na oplášťování patří PVAC lepidla (polyvinylacetátová). Jejich předností je vysoká kompatibilita se dřevem, vyznačují se vysokou pevností lepeného spoje, dostatečnou adhezní pevností přilepené folie, krátkou dobou lisování nutnou pro vytvrzení lepidlového filmu, lepený spoj má však omezenou voděodolnost. Lze je použít tam, kde se nevyžaduje opláštění kolem dokola s překrytím folie. Vodou ředitelná lepidla jsou ekologická.
4.1.2.3 Tavná lepidla Jsou to lepidla, která se působením tepla stávají tekutými, lepivými a po ochlazení opět tuhnou během několika vteřin. Výhody tavných lepidel: použitelnost pro různé druhy povrchů bezproblémová skladovatelnost – záruční doba 2 roky, nevadí jim skladování v netemperovaných skladech v zimním období šetrné k životnímu prostředí – žádné emise zplodin, malé množství odpadu z lepení snadnější údržba zařízení – po vypnutí zařízení lepidlo ztuhne a změkne po opětovném spuštění Nevýhody tavných lepidel: některé druhy mají malou odolnost lepeného spoje vůči teplotám vyšším než 60 °C (např. na bázi EVA) potřeba ekonomicky náročnějšího nanášecího zařízení – elektrický ohřev Tavná lepidla se mimo jiné dělí na vlhkostně reaktivní a vlhkostně nereaktivní. Rozdíl mezi vlhkostně nereaktivními a vlhkostně reaktivními lepidly je ten, že vlhkostně reaktivní tavné lepidlo se chemicky spojuje během zesítění s vlhkostí vzduchu. Po ukončení zesítění (cca 3–5 dní) není možné lepidlo opět 19
reaktivovat resp. zkapalnit. Vytvořené lepené spoje vynikají mimořádnou tepelnou odolností a odolností proti vodě. EVA (etylén-vinyl-acetát) Vlhkostně nereaktivní lepidlo, pod zkratkou EVA se rozumí kopolymer, který se vyrábí z etylénu a vinylacetátu. Nevýhody této skupiny výrobků jsou omezená tepelná odolnost a odolnost proti vlhku. APAO (amorfní poly-alfa-olefín) Vlhkostně nereaktivní lepidlo, skládá se z amorfního poly-alfa olefínu, pryskyřice a vosku. Jejích podstatná výhoda ve srovnání s lepidly EVA je větší tepelná odolnost (reaktivační teplota 115 °C–130 °C), díky tomu jsou vhodná i na obalování nábytkových dílců dekoračními foliemi. Nevýhodou pro komerční využití je vyšší cena ve srovnání s lepidly na bázi EVA. PUR (reaktivní polyuretan) Jednosložková, vlhkostně reaktivní polyuretanová termoplastická lepidla. PUR typ lepidla splňuje nejvyšší požadavky s ohledem na odolnost proti teplu, vodě, vodní páře, čisticím prostředkům a rozpouštědlům. Podstatné výhody ve srovnání s EVA a APAO jsou vysoká tepelná stabilita a vysoká odolnost proti vlhkosti. PUR lepidla jsou bez omezení způsobilá k použití ve vnitřní a vnější oblasti (všechny materiály). PUR lepidlo se prodává v blocích (bloky hmotnosti 2–18 kg) a v sudech hmotnosti 200 kg, k dostání je i v podobě granulátu. Lepidlo ve tvaru bloku má ve srovnání s granulátem menší plochu povrchu. V důsledku menší plochy povrchu se redukuje nebezpečí zesítění s vlhkem. Na základě relativně nízké pracovní teploty (120–160 °C) je PUR do velké míry způsobilý pro tenké termoplastické fólie.
20
4.1.3 Dekorativní materiály Jako
dekorativní
materiály
pro
technologii
oplášťování
se v nábytkářském průmyslu používají především dýhy a folie. Dýhy se mohou používat v listech nebo v rolích. Profily nosičů musí mít velké poloměry zaoblení, jinak dýhy praskají a trhají se, proto se dýhy podlepují např. netkanou textilií. Dýhy jsou přírodním materiálem a nesou v sobě i jeho vady. Proto zákazníci volí raději alternativu vzhledově dokonalého výrobku, dekorativní folii (Krontorád, 2003). Dekorativní folie se dělí dle základního materiálu na papírové a plastové. Základ papírové folie tvoří impregnovaný papír nízké gramáže, tj. 40–100 g/m2. Základními požadavky jsou světlostálost a reprodukovatelnost. Pro jejich výrobu se používají ekologické tiskařské barvy a impregnační látky. Plastové folie jsou obvykle na bázi PVC nebo ABS, potištěné dekorativním vzorem. Kvůli ochraně životního prostředí se omezilo použití folie na bázi PVC, ale díky technologickému vývoji výroby a dokonalejšímu spalování se použití PVC znovu rozšiřuje. Nejvhodnější možností jsou folie na bázi papíru, pro povrchovou úpravu s vysokým leskem se však používají plastové folie. Někdy se používají i sendvičové konstrukce, např. impregnovaný papír
s nalepenou
kovovou
folií
s ochrannou
lakovou
vrstvou,
nebo několikavrstvý papír s různými dekory. Před použitím folií jsou kontrolovány jejich vlastnosti podle oblasti použití a norem. Jsou to především odolnost proti vlhkému a suchému teplu, odolnost proti oděru a poškrábání, tvorba trhlin. V případě použití folií na kuchyňský nábytek mají mimořádný význam citlivost na skvrny a čištění (měly by stačit běžné čisticí prostředky dostupné v domácnosti) a tepelná stálost. Té lze dosáhnout předehříváním folie i MDF dílce, přidáním tužidla do lepidla, zvýšením přítlačné síly na zařízení. Kontrolován je také vliv na životní prostředí.
21
5 Analýza vhodných materiálů pro PÚ s vysokým leskem Při
hodnocení
výsledné
kvality
povrchové
úpravy
se
většinou
zaměřujeme na odstín, strukturu, přilnavost a další parametry. Méně se však mluví o lesku. Přitom samotný stupeň lesku dokáže výrazně ovlivnit výsledný povrchový efekt. Vysoce lesklé povrchové úpravy jsou v současné době nejnovějším trendem především v oblasti kuchyňských linek, lesklých dvířek, čelních panelů a zásuvek, ale používají se i na nábytek do koupelen, obývacích pokojů nebo na obklady stěn.
obr. 5 Kuchyň ve vysokém lesku (www.trachea.cz)
Leskem se chápe schopnost povrchu odrážet dopadající záření. Lesk je funkcí struktury povrchu, typem povrchu a také velikostí úhlu, pod kterým dopadá záření na měřený povrch. Stupeň lesku je měřen přístroji, které se nazývají
spektrofotometry.
Záření
spektrofotometrů
dopadá
pod předepsaným úhlem (20°, 60° nebo 85°) a pod stejným úhlem je hodnota lesku měřena. Lesk se uvádí v jednotkách lesku (GU). Ideálně lesklý povrch má hodnotu 100 GU. Povrch s hodnotou lesku větší než 80 je nazýván vysoce lesklý povrch. (www.mmspektrum.com) Vysoce lesklé povrchové úpravy nábytkových dílců lze dosáhnout více způsoby – nástřikem vícenásobného nánosu laku, nalepením lesklé folie. 22
Při PÚ prostřednictvím vícenásobného nánosu laku je nutné dodržet pracovní postup broušení a leštění do vysokého lesku. Při tomto postupu jsou kladeny vysoké nároky na čistotu prostředí, stabilní teplotu a relativní vlhkost prostředí. (Harazím, 2009) 1. vytvoření lakové struktury – plnicí základ 2–3 vrstvy, 2 nánosy plnicího laku a vysoce lesklého laku, mezibrus – brusným papírem zrnitosti 240 2. broušení – za mokra, brusným pásem nebo vibrační bruskou 3. leštění – rotující leštící kotouč, příčně i podélně 4. vypolírování – odstranění zbytků vosku po leštění, uvedení plochy do vysokého lesku Tato práce se zabývá povrchovou úpravou pevnými materiály, přesněji technologií oplášťování. Materiály na nosiče a lepidla vhodná pro tuto technologii jsou uvedeny v kapitole 4.1. Následující kapitola se věnuje především foliím s vysokým leskem.
5.1 PVC folie PVC
(polyvinylchlorid)
se
vyrábí
řetězením
molekul
sloučeniny
vinylchloridu. Molekula vinylchloridu je tvořena pouze atomy uhlíku, vodíku a chlóru. Základními surovinami pro výrobu PVC jsou chlorid sodný (kuchyňská sůl) a ropa, případně zemní plyn. Chlorid sodný se rozloží působením elektrického proudu na chlór, vodík a hydroxid sodný. Ropa se v rafinériích štěpí na etylén. Sloučením etylénu a chlóru vzniká etylén dichlorid (EDC), z něhož se odštěpením molekuly HCl vyrábí vinylchlorid (VCM) – monomer – základní stavební jednotka PVC. Při procesu polymerace jsou molekuly vinylchloridu spojovány do řetězců molekul PVC. PVC je velmi variabilní, má schopnost se snášet s různými aditivy, která ovlivňují a předurčují mechanické vlastnosti, světelnou a povětrnostní odolnost, barvu a elektrické vlastnosti výrobku . PVC slouží k výrobě kabelů, elektroinstalačních profilů, dětských hraček, folií pro různá využití.
23
Přednosti PVC: snadná zpracovatelnost chemická odolnost tepelná odolnost dlouhá životnost (10–100 let) nehořlavost dobré tepelné a izolační vlastnosti odolnost proti UV záření
obr. 6 Ukázka nabídky vysoce lesklých folií firmy Trachea (www.trachea.cz)
Přítomnost
chlóru
v
PVC,
molekulách
ftaláty
používané
jako
změkčovadla a těžké kovy ve stabilizátorech vyvolávají obavy z vlivu na životní prostředí a lidské zdraví. Výroba PVC je však v současné době zdokonalována, těžké kovy jsou nahrazovány neškodnými sloučeninami, vznikají moderní spalovny
na
spalování
PVC
a
jiného
odpadu
s obsahem
chlóru,
kde se minimalizuje vznik dioxinů. (www.happymaterials.com) Folie
z PVC
(polyvinylchlorid)
je
v současné
době
nejběžnějším
materiálem používaným pro povrchovou úpravu s vysokým leskem především pro výrobu kuchyňských dvířek. S termoplastickými PVC foliemi pracuje např. firma Trachea, která je předním českým výrobcem nejen kuchyňských dvířek (obr. 6). Folie se vyrábí v tloušťkách 0,1–0,5 mm a teplota folie před nánosem lepidla by měla být 80 °C.
24
5.2 ABS/PMMA folie ABS/PMMA je jeden z nejnovějších materiálů, který nahrazuje vysoký lesk stříkaný. Je to folie z materiálu ABS, na které je vrstva akrylátu. Ten má za následek vysoký stupeň lesku a potřebné vlastnosti. Tyto folie vyrábí rakouská firma Senoplast pod obchodní značkou Senosan® (obr. 7).
obr. 7 Ukázka ABS/PMMA folií (www.master-profil.com)
ABS (akrylonitrilbutadienstyren) ABS je dnes jedním z nejvíce používaných plastů. Používá se všude tam, kde je vyžadována vynikající povrchová kvalita, barevná stálost a odolnost. V nábytkářství
nachází
využití
především
ve
výrobě
plastových
hran
pro olepování bočních ploch nábytkových dílců a na výrobu dekoračních folií. ABS je složen ze tří monomerů – akrylonitrilu, butadienu a styrenu. Jeho výroba je založena na polymerizaci butadienového kaučuku se styrenoakrylonitrilovými
polymery. Vyrábí se ve formě granulí, které se dále
zpracovávají injekčním vstřikováním (vznik výlisků) nebo extruzí (vznik polotovarů – desek, trubek, profilů). Přednosti ABS: rozměrová stabilita dobrá vrubová a rázová houževnatost odolnost vůči řadě chemikálií lesklý povrch, atraktivní vzhled
25
PMMA (polymetylmetakrylát) Tento plast je známý spíše pod zkratkou akrylát nebo pod označením plexisklo a patří mezi běžně používané plasty. Vyrábí se vstřikováním nebo lisováním. První akrylátové desky byly vyrobeny v roce 1933 v Německu pod obchodní značkou Plexiglas®. Výjimečné vlastnosti akrylátu umožňují široký rozsah použití. Byl vyvinut jako náhrada skla pro zastřešování budov, skleníků, je používán pro výrobu reklamních poutačů, svítidel, protihlukových stěn i nábytku. Přednosti akrylátu: nízké výrobní náklady snadné ohýbání nízká hmotnost (snadná doprava, instalace) odolnost vůči nárazu a povětrnostním vlivům (nedochází k větším změnám fyzikálních vlastností) široká škála barev, vysoce lesklý, tvrdý a neporézní povrch bezpečnost (neobsahuje nebezpečné prvky – halogeny, těžké kovy) recyklovatelnost (rozklad na metylmetakrylát, z něho se znovu vyrábí akrylát) Nevýhodou akrylátu je vysoká lineární teplotní roztažnost – při změně teploty o 70 °C se 1 m desky prodlouží nebo zkrátí o 5 mm. Dalším omezením především při zpracování akrylátu je teplota, akrylát měkne při 80 °C. Opracování akrylátu je možné běžnými způsoby – řezání, vrtání, obrábění, leštění, je však nutné důkladné chlazení. Akrylátové povrchy jsou náchylné na poškrábání, proto se hodí spíše pro použití ve vertikální poloze. Jejich výhodou je však možná opravitelnost v případě poškození. (www.designin.sk) Stupeň lesku materiálu Senosan® lze srovnávat s leskem povrchu u piána. Materiál je dodáván s PE (polyetylen) ochrannou folií.
5.3 PET folie PET (polyethylentereftalát) je dalším ze současně používaných plastů. Vyrábí se polykondenzací kyseliny tereftalové a etylenglykolu. Používá se pro výrobu vláken (technické tkaniny, lana), oplétání vodičů elektrického proudu, folií. Asi nejrozsáhlejší využití má jako obalový materiál ve formě PET 26
lahví. V současné době se jeho výroba rozšířila o folie vhodné pro laminování nebo povrchovou úpravu kovů. Přednosti PET: tepelná a rozměrová stálost odolnost proti chemikáliím a poškrábání vynikající mechanická pevnost jasné barvy, hladký, souvislý povrch vynikající potiskovatelnost ekologický materiál (neobsahuje halogeny) PET je dalším z nových materiálů používaných na výrobu dekoračních folií s vysokým leskem. Je výrobkem firmy Mitsubishi Polyester Film se sídlem v Německu a jeho obchodní značka je Hostaphan®. Pod touto značkou se skrývá několik druhů PET folií k různému využití. Pro obalování, pro grafické využití nebo elektroinstalaci a v současné době také pro nábytkářský průmysl ve formě dekoračních folií s vysokým leskem (Hostaphan®Hochglanzfolien). Tento materiál je určen především k povrchové úpravě kovů a obalování desek na bázi dřeva. (www.m-petfilm.com)
5.4 Dekorativní lamináty Povrchovou úpravu s vysokým leskem umožňují také HPL lamináty (high pressure laminates). Jsou to materiály vyráběné lisováním vrstev jádrového papíru prolitého pryskyřicí za použití vysokého tlaku a teploty. Nosným materiálem je MDF nebo DTD deska. Díky svému výrobnímu postupu dosahují laminátové desky svých specifických vlastností: odolnost proti vodě, nenasákavost snadná omyvatelnost možnost desinfekce povrchu odolné vůči běžným chemickým prostředkům odolnost proti oděru dlouhá životnost
27
Nejznámější obchodní značky HPL laminátů s vysokým leskem jsou Thermopal a Resopal®. Thermopal je povrchově upravená DTD nebo MDF deska s oboustranně nalisovaným vysokotlakým laminátem tloušťky 0,8 mm s povrchem ve vysokém lesku. Thermopal nabízí především velkou odolnost a tvrdost srovnatelnou např. s povrchem pracovní desky. Je vhodný zejména jako materiál pro dvířka a čelní plochy kuchyní nebo výplně posuvných dveří vestavěných skříní. Tento materiál je výrobkem německé firmy Thermopal. (www.thermopal.com) Resopal® je HPL laminát prolitý melaminovou pryskyřicí. Výrobcem je firma Resopal GmbH se sídlem v Německu. Firma Resopal se soustřeďuje převážně na moderní interiér, citlivě laděné barvy a netradiční vzory. Resopal® najde
své
uplatnění
všude
tam,
kde
je
kladena
vysoká
náročnost
na povrchovou úpravu při zachování vysoké estetické úrovně. (www.resopal.de) Vlastnosti materiálu RESOPAL®: voděodolný antistatický (možnost použití v laboratořích, na operačních sálech) světlostálý nehořlavý, při styku s ohněm nevylučuje spaliny a tlumí oheň hygienicky nezávadný není hydroskopický dlouhá životnost obr. 8 Použití Resopal® na obklady stěn (www.resopal.de)
28
6 Příprava povrchu nosného materiálu – MDF Povrch nosného materiálu pro aplikaci PÚ nátěrovými hmotami i pevnými materiály musí být vysoce kvalitní a hladký, zbavený nečistot, prachu, mastnoty. Tato operace je důležitá zejména před nalepením folie s vysokým leskem. Folie mají malé tloušťky a kopírují každou nerovnost nebo nečistotu na povrchu dílce. Příprava povrchu před dýhováním nebo foliováním zahrnuje především operace egalizace, popřípadě frézování, broušení a pro náročnější povrchovou úpravu operaci hlazení.
6.1 Tloušťková egalizace Tloušťková egalizace se provádí za účelem snížení tloušťkových rozdílů, odchylka nesmí přesahovat hodnotu ±0,2 mm od jmenovitého rozměru. Egalizace zajišťuje stejnoměrný nános lepicích směsí, kvalitní lepení, broušení a kvalitní povrchovou úpravu. Dalším účelem egalizace je také úprava drsnosti povrchu, ta má vliv na velikost nánosu lepidla, na použití tenkých dýh nebo folií. Operace egalizace MDF se provádí širokopásovou bruskou s brusným papírem č. 80–150 (www.spanogroup.be).
6.2 Frézování MDF deska má velmi jemnou a homogenní strukturu, díky tomu se dá dobře frézovat. Při operaci frézování vznikají na povrchu vlnité nerovnosti, pro kvalitní povrch MDF je třeba 8 vlnek na 1 cm, pro masivní dřevo je akceptováno 6 vlnek na 1 cm (Hrázský, Král, 2007).
29
6.3 Broušení Pro vysoce hladký povrch dílce bez nerovností je nutné proces broušení zefektivnit. Konečný výsledek ovlivňuje několik faktorů, které jsou spojeny s typem brusného materiálu. Čím hladší má být broušený povrch, tím vícekrát a s jemnější zrnitostí se musí brousit.
6.3.1 Podkladový materiál Jako nosič brusného zrna se používá papír nebo textilie. Pokud se brousí profily, je důležité použít flexibilní podkladový materiál. Flexibilita dává brusnému materiálu možnost kopírovat hrany a profily. Podkladový materiál vyrobený z textilní tkaniny je často silnější a stabilnější než podkladový materiál z papíru.
6.3.2 Volba brusného zrna Brusná zrna musí mít určité vlastnosti, které jsou ale různé pro každý broušený materiál. Tyto vlastnosti je nutné optimálně zkombinovat. Brusná zrna by měla být dostatečně tvrdá a ostrá, ale ne křehká. Důležitou vlastností je také správné množství pojiva a brusiva, to zamezuje zanášení brusného prostředku. MDF deska může obsahovat tvrdé částice, proto se pro její broušení hodí tvrdá zrna. Pro zajištění nejlepšího možného povrchu MDF se používá karbid křemíku. Zrna z karbidu křemíku mají více pravidelný tvar a mají tudíž lepší kvalitu broušeného povrchu. Karbid křemíku je také tvrdší než umělý korund. (www.brusivomirka.cz/downloads/katalog_drevo. pdf) Rovnoměrnou strukturu povrchu zajišťuje používání standardizovaných zrn při výrobě brusných materiálů. Broušení pomocí brusných materiálů vyrobených z nestandardizovaných zrn zvýší nebezpečí nerovnoměrného brusného výsledku. Tyto standardy určuje FEPA — Federace Evropských výrobců brusiva. Standardizované produkty mají označení „P―.
30
6.3.3 Posyp brusného materiálu Hustota brusného materiálu rozhoduje o výsledku broušení. Lepší a jemnější strukturu povrchu zajistí hustší posyp.
6.3.4 Statický prach Statické zatížení může při broušení způsobit vážné problémy s brusným prachem, zejména v zimě. Použití antistatických pásů tomuto problému předchází a zajišťuje lepší pracovní prostředí. Existuje mnoho pozitivních efektů, pokud dojde k redukci statického zatížení v brusném stroji: čisté bezprašné broušené povrchy poskytují lepší výsledky povrchových úprav stroje zůstávají čisté, což usnadňuje údržbu nižší prachová zátěž zajišťuje lepší pracovní prostředí K zabránění problémů se statickým prachem je nutná také dostatečná vlhkost vzduchu v prostorách pro broušení. Doporučená minimální relativní vlhkost vzduchu je 35 %, přičemž ideální úroveň je 40–45 %.
31
6.3.5 Inovace v procesu broušení V současné době vzniká velké množství produktů i technologií, které mají proces broušení ještě více zdokonalit. Abranet ® a Abralon® Jsou to produkty firmy Mirka, která se zabývá výrobou flexibilních brusiv. Firma má sídlo i výrobu ve Finsku, má však pobočky v Evropě, Asii, Severní i Jižní Americe. je
Abranet® prostředek,
který
patentovaný umožňuje
brusný
bezprašné
broušení. Nosičem je polyamidová tkanina a brusné zrno tvoří umělý korund. Prach je při broušení odsáván díky speciální konstrukci, přes mikrodíry. Jeho použití snižuje riziko vzniku defektů a výrazně zlepšuje pracovní podmínky. Je charakteristický rovnoměrnější strukturou broušeného povrchu a nedochází k zanášení prostředku. Rozsah zrnitostí má obr. 9 Abranet® (www.brusivomirka.cz) 80–180, 240, 320–1000. Abralon
®
–
nosičem
je
tkanina
na molitanu, na kterou je speciální technologií nanesené brusné zrno (karbid křemíku). To povrch spíše vyhlazuje, než brousí. Nedochází k úplnému vybroušení povrchu, ale k vylepšení jeho struktury. Vyrábí se v zrnitostech 180, 360, 500, 600, 1000, 2000, 4000. Je určen pro hladké i
tvarované
povrchy,
např.
profily.(www.brusivomirka.cz)
MDF obr. 10 Abralon® (www.brusivomirka.cz)
32
Diagonální broušení BRILLIANT Diagonální broušení (obr. 11) je technologie vyvinutá švýcarskou firmou KÜNDIG. Brusný agregát je při něm přestavěn mírně šikmo oproti směru pohybu brusného pásu, tím je dosaženo výrazně lepší kvality. Nedochází ke vzniku oscilačních rýh, zvyšuje se kvalita výbrusu, zlepšují se řezné podmínky při broušení, snižuje se energetická náročnost. Firma
nabízí
širokopásové
brusky
s tímto
systémem
broušení
pod značkou BRILLIANT. Tato zařízení splňují vysoké nároky na kvalitu povrchu, je možné je použít i pro broušení MDF desky před nalepením folie s vysokým leskem. (www.kuendig.ch/de)
obr. 11 Systém diagonálního broušení (www.kuendig.ch/de)
6.4 Kartáčování, hlazení Operace kartáčování je prováděna na zvláštní brusce, která nepoužívá brusné pásy, ale válce opatřené brusnými pásky nebo štětinami. Tomuto zařízení se říká kartáčovací bruska nebo stroj. Kartáčovací stroj je konstruován pro úpravu povrchů obrobků ze dřeva, případně materiálů zhotovených na bázi dřeva. Konkrétně je určen pro leštění a čištění
povrchů,
pro
dokončovací
jemné
broušení
a jako
příprava
pro následující operace úpravy povrchu. Používá se také pro čištění povrchů MDF desek a profilů před oplášťováním folií. Ve výrobní lince je obvykle zařazena po operaci broušení. Na konec výrobní linky bývá umístěn hladicí kalandr, což je válcový stroj sloužící ke konečnému leštění, hlazení povrchu a odstraňování prachu. (www.buerkle-gmbh.de) 33
7 Metodika 7.1 Vytvoření literární rešerše Literární rešerše pro tuto práci byla vytvořena z dostupných informačních zdrojů, z literatury i z webu. Všechny tyto použité zdroje jsou uvedeny v kapitole 13 Použitá literatura. Na jejím základě byla určena vhodná zařízení pro výrobce, nejvhodnější materiály a příprava povrchu pro technologii oplášťování.
7.2 Měření drsnosti povrchu Drsnost povrchu vyjadřuje souhrn jemných nerovností, které vznikají na povrchu materiálu při jeho obrábění jako stopy po nástroji. Požadavky na drsnost povrchu se vyjadřují charakteristikami drsnosti povrchu podle ČSN 01 4451 – ISO 4287. Jsou to: maximální výška nerovnosti R max – rozdíl mezi maximem a minimem profilu drsnosti
obr. 12 Grafické znázornění Rmax
výška nerovností Rz – průměr hodnot Rmax z pěti maxim a pěti minim profilu křivky, střední hodnota všech Zi na celkové dráze
obr. 13 Grafické znázornění Rz
34
střední aritmetická drsnost Ra – průměrná hodnota výšky profilu od střední linie
obr. 14 Grafické znázornění Ra
Pro výsledky měření drsnosti je rozhodujícím parametrem střední aritmetická drsnost Ra. Čím je hodnota Ra menší, tím je povrch jemnější. K měření drsnosti povrchu slouží přístroj na měření drsnosti – drsnoměr. Pro tuto práci byl použit přístroj MITUTOYO SJ-201P. Jako vzorek byl použit dílec surové MDF, skleněný dílec a lakovaný dílec s povrchovou úpravou na vysoký lesk. Na dílci MDF byla drsnost měřena na obou čelních plochách i na bočních plochách, na skleněném a lakovaném dílci byla měřena na čelních plochách. U každého vzorku bylo provedeno 5 měření v různých místech, kde nebyly zřetelné povrchové vady. Materiál a pomůcky: – zkušební dílec surové MDF, výrobce EGGER, tloušťky15 mm – zkušební dílec sklo 150x100 mm – zkušební dílec s vysoce lesklou lakovanou PÚ, výrobce 3H-LACKE GmbH – přístroj pro měření drsnosti povrchu MITUTOYO Surftest SJ-201P s výstupem na PC, program Excel
obr. 15 Drsnoměr Surftest SJ-201P (www.mbcalibr.cz)
35
8 Výsledky 8.1 Měření drsnosti povrchu Bylo provedeno 5 měření na každém vzorku, naměřené hodnoty R a jsou zaznamenány v následující tabulce 1. Výsledky byly zaneseny do grafů. Grafy jednotlivých vzorků jsou velice podobné, proto je zde uveden vždy jeden graf od každého vzorku. Tabulka 1 Naměřené hodnoty drsnosti povrchu
vzorek MDF plocha 1 MDF plocha 2 MDF hrana 1 MDF hrana 2 lak vysoký lesk sklo
1 2 8,99 7,32 8,03 9,35 13,14 17,61 14,23 12,43 0,11 0,11 0,01 0,01
hodnota Ra [μm] 3 4 5 9,04 8,15 8,62 7,72 7,72 9,59 15,15 10,8 12,32 16,23 14,19 14,32 0,11 0,29 0,23 0,02 0,01 0,01
průměr 8,42 8,48 13,80 14,28 0,17 0,01
V tabulce 1 jsou zaznamenány průměrné hodnoty R a jednotlivých vzorků. Jak bylo již uvedeno, čím je tato hodnota menší, tím je povrch hladší. Je patrné, že nejmenší hodnota byla naměřena u vzorku skla.
Graf 1 Graf drsnosti povrchu vzorku MDF plocha 1
36
Graf 2 Graf drsnosti povrchu vzorku MDF plocha 2
Graf 3 Graf drsnosti povrchu vzorku MDF hrana 1
Graf 4 Graf drsnosti povrchu vzorku MDF hrana 2
37
Graf 5 Graf drsnosti povrchu lesklého laku
Graf 6 Graf drsnosti povrchu vzorku skla
Na uvedených grafech (graf 1–6) je patrné, jak se liší křivky jednotlivých vzorků. Největší hodnota Ra byla zjištěna u vzorků MDF hrana 1 a hrana 2 a nejmenší u vzorku skla, které je zcela hladké. Pro povrchovou úpravu tenkými lesklými foliemi je nutné, aby měla plocha i hrany MDF dílce stejnou, co nejmenší drsnost. Pro lepení folií s vysokým leskem je doporučená hodnota drsnosti povrchu Ra 4–5 (LIGNOR spol. s r.o.). Snížení drsnosti povrchu na tuto hodnotu je záměrem navržení postupu opracování plochy před povrchovou úpravou.
38
9 Návrh technologie pro standardní zařízení Jakékoliv nové materiály a technologie musí splňovat určité požadavky, např.
používání
materiálů
z obnovitelných
zdrojů,
materiály
nízkých
energetických vstupů a technologických energií, možnost recyklace. Povrchová úprava oplášťováním tyto požadavky splňuje, je rychlá, kvalitní, umožnila automatizovat výrobu a je také výhodná v poměru kapacita/cena zařízení a díky používání tavných lepidel nezatěžuje životní prostředí. Avšak i známé a v současné době používané technologie je nutné neustále zdokonalovat a zlepšovat. V této práci byly na základě vytvořené literární rešerše vybrány nejvhodnější materiály pro technologii oplášťování tenkými foliemi s vysokým leskem. V technologii oplášťování figurují tři hlavní druhy materiálů. Je to nosný materiál, použité lepidlo a dekorační materiál – folie. Na základě literární rešerše byly vybrány nejvhodnější z těchto materiálů: nosný materiál – deska MDF – využívá jinak nevyužitelný odpad, má homogenní strukturu, rozměrovou stabilitu, mechanickou pevnost, jemný povrch vhodný pro lepení folií, dá se profilovat lepidlo – tavné PUR – je odolné proti teplu, vodě, čisticím prostředkům, má vysokou tepelnou stabilitu, nízkou pracovní teplotu, díky tomu je vhodné pro lepení tenkých folií, na koupelnový a kuchyňský nábytek, pro nanášení tryskou dekorační materiál (folie) – PVC folie – je ve výrobě nejoblíbenější, snadně se zpracovává, je odolná vůči teplu i chemikáliím, má dlouhou životnost, je nehořlavá, odolná vůči UV záření (neztrácí barvu), je cenově dostupná technologické zařízení – oplášťovací zařízení a brusné linky (kap. 9.1)
39
9.1 Stanovení požadavků na technologické vybavení u výrobce
9.1.1 Brusná linka Příprava povrchu před oplášťováním je prováděna většinou v brusných linkách, které mohou mít i šest brusných jednotek (agregátů). Pro broušení MDF před oplášťováním tenkými foliemi je vhodné jemné broušení oscilační nebo
ruční
bruskou.
Používání
ruční
brusky
však
není
efektivní
pro průmyslovou výrobu nábytkových dílců, vhodnější je tedy širokopásová bruska s oscilující přítlačnou patkou. Oscilace však zanechává stopy, stejně jako nerovnosti vyskytující se na broušeném dílci. Doporučené technologie jsou: Weber CBF agregát Jedná se o široký brusný pás s přítlačnou patkou, ta je však uvnitř druhého pásu, který se pohybuje proti pohybu širokého brusného pásu.
obr. 16 Brusná jednotka CBF (www.holzschleifmaschine.de)
Tato technologie umožňuje homogenní broušení bez viditelných stop oscilace, kvalita broušení je vysoká a rovnoměrná, při broušení dochází jen k malému ohřevu dílce, což zvyšuje životnost brusného pásu. Tímto způsobem broušený povrch je vhodný i pro následné dokončení tenkými foliemi s vysokým leskem. Tato technologie je produktem německé firmy Weber. 40
Bruska TAG TT Širokopásová bruska TAG TT je výrobkem italské firmy Tagliabue. Je to standardní brousicí zařízení vhodné pro všechny materiály. Princip této brusky spočívá ve dvou proti sobě jdoucích příčných brusných pásech, které zajišťují vysokou kvalitu broušeného povrchu. Součástí brusky je také kartáčovací agregát
–
odprašovací
kartáč.
Tato
bruska
je
standardním řešením
pro dosažení nejvyšší kvality broušení před povrchovou úpravou foliemi s vysokým leskem.
obr. 17 Širokopásová bruska TAG TT (www.tagliabue.it)
Brusné jednotky – příčný pás Vhodnou brusnou jednotkou je dlouhý příčný pás od již zmíněné italské firmy Tagliabue. Tvoří ho dvě oddělené vodicí kladky, pro plstěný pás a pro pohon brusného pásu. Tento pás zajišťuje jemné broušení jen s minimálními stopami, proto je velmi vhodný pro náročné povrchy s vysokým leskem.
obr. 18 Příčný pás (www.tagliabue.it)
41
Brusné jednotky – konfigurace Pro broušení s vysokou konečnou kvalitou je důležité optimální nastavení brusných jednotek. Jedním z možných uspořádání pro jemné broušení je s dvěma příčnými a s dvěma podélnými pásy, což umožňuje dosáhnout požadované kvality povrchu pro následnou povrchovou úpravu na vysoký lesk.
obr. 19 Uspořádání brusných jednotek (www.tagliabue.it)
9.1.2 Oplášťovací zařízení Princip tohoto zařízení je podrobněji popsán v kapitole 4, pro přehlednost však bude ve stručnosti zopakován. Počáteční část stroje tvoří většinou kartáčovací nebo hladicí zařízení s odsáváním prachu, jehož účelem je očištění dílce od prachu a nečistot. Dílec pokračuje unášecím systémem, který tvoří řada hnaných pogumovaných kol. Následuje část předehřívací, ve které je předehřán dílec i lepidlo. Z odvíjecího zařízení je odvíjena folie a na ni je naneseno lepidlo. Folie je v daném místě přitlačena na nosič. Následuje sada přítlačných válečků, které kopírují tvar dílce a přitlačují folii k povrchu nosiče, dokud není opláštěn. Závěrečnou částí stroje bývá většinou ořezávací zařízení pro odstranění přebytečné folie. Pro lepení tenkých folií je stejně jako příprava povrchu samotného nosiče důležitá i rovnoměrnost nánosu lepidla, proto je u oplášťovacího stroje upřednostňovaným
parametrem
způsob
nanášení
lepidla
(kapitola
4).
Z vytvořené literární rešerše vyplývá, že pro oplášťování MDF dílců tenkými foliemi s vysokým leskem je nejvhodnější nanášení lepidla tryskou. Tímto způsobem nanášení je umožněn hladký a rovnoměrný nános lepidla.
42
Vhodným oplášťovacím strojem pro výrobu profilovaných i plošných dílců je stroj řady PowerWrap Wood od německé firmy Düspohl, která se zabývá povrchovou technikou. Stroje této řady slouží k oplášťování dřevěných profilů dekoračními materiály na rolích, až do pracovní šířky 1300 mm. Nanášení lepidla probíhá štěrbinovou tryskou. Délka stroje lze upravit podle požadavků zákazníka (www.duespohl.de). PowerWrap wood a PowerWrap wide Řadu oplášťovacích strojů PowerWrap wood s nanášením lepidla tryskou tvoří stroje 250S, 400S, 550S, 700S a jsou využívány k oplášťování profilů z dřevěných materiálů. PowerWrap wide je řada strojů určených k plošnému kašírování. Označení strojů je 700S, 1000S, 1300S. Číselná označení určují pracovní šířku a písmeno S označuje nanášení lepidla tryskou.
obr. 20 Oplášťovací stroj PowerWrap (www.duespohl.de)
Štěrbinové trysky – charakteristika vybavení: patentované nanášení lepidla a geometrie šoupátka trysky 100 % výměna lepidla v tělesu trysky bez ohledu na aktuální šířku nánosu jednoduché odlupování odreagovaných zbytků lepidla v důsledku antiadhézního potahu automatické nastavování polohy vůči okraji kašírovaného materiálu absolutně homogenní nános lepidla přesná množství nánosu nezávisející na výrobní rychlosti úspora až 30 % lepidla v porovnání s nanášením válcem 43
PowerWrap – charakteristika stroje (www.duespohl.de): čisticí agregáty a agregáty pro předúpravu řízení hliníkových pruhů tavicí agregáty pro EVA, APAO, PUR lepidlo jako granulát nebo v blocích odvíjení pro materiál na rolích automatická výměna rolí rychlostně nezávislé řízení dávkování lepidla při provozu se štěrbinovou tryskou plynule nastavitelná štěrbinová tryska nastavování polohy trysky obsluha přes dotykovou obrazovku optimalizace přípravného času přestavením rastru transportních kol centrální přestavení šířky dopravníků válečky ze silikonového kaučuku samostatná ovládací skříň Tyto vlastnosti v kombinaci s menší spotřebou lepidla dělají nanášení tryskou dokonalejší technologií než ostatní. Nastavitelná tryska garantuje absolutně homogenní nános lepidla srovnatelný s lakovanou plochou, díky tomu zařízení PowerWrap podporuje práci s tenkými foliemi s vysokým leskem.
44
9.2 Příprava povrchu MDF Příprava povrchu je velmi důležitou operací před oplášťováním. Vysoce lesklé folie jsou tenké a kopírují tak každou nerovnost a nečistotu na povrchu nosného materiálu. Povrch musí tedy být dokonale hladký a čistý. Toho lze dosáhnout především zefektivněním operace broušení. Konečný výsledek broušení ovlivňuje řada faktorů, nejdůležitějším z nich je typ použitého brusného materiálu. Na základě literární rešerše byl doporučen typ brusného prostředku s nejvhodnějšími vlastnostmi a navržena řada brusných prostředků. Dodržením tohoto postupu je možné docílit drsnosti povrchu blížící se drsnosti plochy dokončené lakováním. Nejvhodnějším řešením je použít:
podkladový materiál – papír, textilie – pro profilované dílce je vhodnější textilie, je flexibilnější
brusné zrno – tvrdá zrna – karbid křemíku – zrna karbidu křemíku jsou tvrdá a mají pravidelnější tvar, to zajišťuje lepší kvalitu broušeného povrchu, nejvhodnější pro MDF
hustota posypu – použít co nejhustší posyp
zrnitost – pro hladký povrch je nutné použít kombinaci více zrnitostí Ošťádal ve své práci uvádí, že použitím zrnitosti 180 je možné
dosáhnout drsnosti povrchu Ra cca 4,5 a přechodem ze zrnitosti 150 na 180 se drsnost sníží přibližně o 20% (Tabulka 2). Měření bylo prováděno na bukovém dílci, MDF materiál má však vlastnosti s masivním dřevem srovnatelné. Tabulka 2 Ukázka výsledků (Ošťádal, 2010)
směr broušení
řez
podél vláken podél vláken pod úhlem pod úhlem průměr %
tang. rad. tang. rad.
Ra kolmo na vlákna zr. 150 zr. 180 rozdíl 5,05 4,25 0,8 6,05 4,37 1,68 5,44 4,24 1,2 5,84 4,48 1,36 5,6 4,34 1,26 22,52
45
Ra podél vláken zr. 150 zr.180 rozdíl 4,23 3,36 0,87 4,72 3,37 1,35 4,95 3,92 1,03 6,01 4,08 1,93 4,99 3,68 1,31 26,13
Pokud se tento závěr aplikuje na případ přípravy povrchu MDF, je možné teoreticky odhadnout konečnou drsnost povrchu broušeného určitou zrnitostí. Čelní plochy MDF desky jsou z výroby dodávány broušené zrnitostí 150. Tyto plochy mají hodnotu drsnosti Ra cca 8,5 (kapitola 8.1). Pro lepení folií s vysokým leskem je nutné, aby měly plochy hodnotu drsnosti Ra alespoň 4–5 (Lignor spol. s r. o.). Pro broušení čelních ploch MDF desky navrhuji řadu brusných prostředků se zrnitostmi: 220 – 280 – 360 Boční plochy MDF desky vykazují větší hodnotu drsnosti než čelní plochy (kap. 8.1), pro technologii opláštování je však důležité, aby měli srovnatelnou hodnotu drsnosti s hodnotami čelních ploch. Pro broušení bočních ploch MDF desky navrhuji řadu brusných prostředků se zrnitostmi: 150 – 180 – 220 – 280 – 360 Pro broušení veškerých ploch MDF desky doporučuji širokopásovou brusku s uspořádáním agregátů: příčný
zrnitost 150
podélný s elektronickou patkou
zrnitost 180
podélný CBF Weber
zrnitost 220
2 příčné protiběžné
zrnitost 280, resp. 360
Doporučená rychlost broušení MDF se pohybuje mezi 15 a 22 m/s (www.brusivomirka.cz). Brusná linka by měla končit hladicím agregátem, který zbaví obroušený povrch prachu a nečistot. Při vypracovávání této práce jsem zjistila, že problematikou drsnosti povrchu v závislosti na zrnitosti brusného prostředku se dostupná literatura zabývá velmi podrobně u kovových materiálů, ale pro dřevo takové údaje chybí. Proto doporučuji zabývat se tímto tématem například v dalších diplomových pracích. Pro účely této práce jsem zvolila metodu analogie s hodnotami naměřenými pro jiné účely a jejich interpolaci pro daný problém. 46
10 Diskuze Cílem práce bylo popsat jednu z možností povrchové úpravy a to technologii oplášťování foliemi s vysokým leskem, analyzovat nejvhodnější druhy materiálů pro tuto technologii a navrhnout postup přípravy povrchu před dokončením. Z uvedených zdrojů byla vytvořena literární rešerše a pro informativnost byla změřena drsnost povrchu vzorků MDF, lakované plochy a skla. Oplášťování
umožňuje
kvalitní
povrchovou
úpravu
s atraktivním
výsledným povrchem, je cenově výhodná a minimálně zatěžuje životní prostředí. Folie s vysokým leskem jsou tenké a kopírují každou nerovnost na čelních i bočních plochách. Proto musí být oplášťovaný povrch hladký, bez prachu a stop po broušení. Jako nejvhodnější nosný materiál volím MDF desku pro její jemný, homogenní povrch a možnost profilování. Vhodným lepidlem pro oplášťování je tavné lepidlo na bázi PUR. Díky nízké pracovní teplotě a odolnosti nachází využití při výrobě koupelnového a kuchyňského nábytku, kde se v současné době PÚ na vysoký lesk objevuje nejčastěji. Materiál lesklé folie volím plastovou PVC folii, má dlouhou životnost, je odolná vůči chemikáliím a cenově dostupná. Co se týče přípravy povrchu, cílem je co nejhladší povrch čelních i bočních ploch. Toho lze dosáhnout použitím správného typu brusného prostředku. Jako podkladový materiál je vhodný papír i textilie, pro profilované dílce spíše textilie díky větší flexibilitě. MDF deska může obsahovat tvrdé části, nejvhodnějším brusným zrnem je tedy karbid křemíku s co nejhustším posypem. Pro broušení čelních ploch doporučuji použít řadu brusných prostředků
zrnitostí
220/280/360
a
pro
boční
plochy
řadu
zrnitostí
150/180/220/280/360. Pro broušení ploch MDF doporučuji širokopásovou brusku s uspořádáním agregátů: příčný, podélný s elektronickou patkou, podélný CBF Weber, 2 příčné jdoucí proti sobě. Jako nejvhodnější oplášťovací zařízení doporučuji stroj s nastavitelnými štěrbinovými tryskami, které zajišťují rovnoměrný nános lepidla srovnatelný s lakovanou plochou. 47
11 Závěr Úkolem této práce bylo analyzovat stávající situaci v oblasti oplášťování foliemi s vysokým leskem, vybrat nejvhodnější materiály pro danou technologii a navrhnout postup přípravy povrchu nosného materiálu. Povrchová úprava oplášťováním lesklými foliemi je v současné době velmi vyhledávanou. Svým kvalitním a atraktivním vzhledem vytvářejí folie dojem luxusu a takto dokončený nábytek je skvěle kombinovatelný s moderními nerezovými kuchyňskými elektrospotřebiči nebo koupelnovou keramikou. Odborná literatura se věnuje především lakovaným plochám s vysokým leskem, podrobnější postup přípravy povrchu před oplášťováním nebyl dříve předmětem hlubší analýzy. Na základě toho je navrhovaný postup přípravy povrchu teoretický. Pro jeho ověření by bylo zapotřebí rozsáhlých zkoušek ve výrobě. Tato práce představuje první pokus o stanovení přípravy povrchu pro folie s vysokým leskem a může být podkladem či zdrojem informací pro další, podrobnější zkoumání této technologie.
48
12 Summary The task of the present thesis was to analyse the existing situation in the area of sheathing using high gloss foils, to select the most suitable materials for the given technology and to propose a process for the preparation of the surface of the base material. Foils with glazing finish are a highlight in the furniture industry today. Their high-quality, attractive appearance gives them an aura of luxury and furniture with this finish can be excellently combined with modern stainless steel kitchen appliances or bathroom ceramics. Professional literature discusses particularly varnished high gloss surfaces while the process of surface preparation before sheathing has not been subject to a detailed analysis to date. Consequently, the proposed process of surface preparation is theoretical. The present thesis represents the first attempt at determining the preparation of surfaces for high gloss foils and may serve as a basis or source of information for an additional detailed examination of this technology.
49
13 Použitá literatura BRUNECKÝ, P. a kol., Bezpečné lůžko pro juniory s parametry EU, MZLU Brno, 2005, 151 s., ISBN, 80-7157-896-7 BRUNECKÝ, P. a kol., Nemocniční a pečovatelská dětská lůžka, MZLU Brno, 2007, 174 s., ISBN 978-80-7375-093-0 ELMAR, J. a kol., Dřevo a jeho obrábění, Grada Praha, 2010, 336 s., ISBN 97880-247-2961-9 GEBLIČ J., Tavná lepidla – aplikace syntetických lepidel v knihařství, balení a kartonáži, výrobě nábytku, Knihař Brno, 2000, 104 s., ISBN 80-862292-01-0 HARAZÍM, V., Vysoký lesk bez zvlhčování vzduchu již nejde, In: Stolařský magazín, č. 11, 2009, s. 14-15 HRÁZSKÝ, J., KRÁL, P., Kompozitní materiály na bázi dřeva: Část I.: Aglomerované materiály, MZLU Brno, 2007, 253 s., ISBN 978-80-7375-034-3 HRÁZSKÝ, J., KRÁL, P., Technologie výroby aglomerovaných materiálů, MZLU Brno, 2000, 218 s., ISBN 80-7157-428-7 KRONTORÁD, K., Technologie oplášťování profilovaných lišt a tekutá lepidla, In: Sborník referátů a informační bulletin, MZLU Brno, 2003, s. 59-61, 62 s., ISBN 80-7157-663-8 OŠŤÁDAL, Z., Porovnání kvality broušeného povrchu bukových dílců brusnými prostředky z různých zdrojů, Bakalářská práce, MENDELU Brno, 2010, 57 s. TRÁVNÍK, A., SVOBODA, J. Technologické procesy výroby nábytku, MZLU Brno, 2007, 223 s., ISBN 978-80-7375-056-5 50
VÁCLAVKOVÁ, E., Suchá povrchová úprava MDF desek-soudržnost folie a podkladu, Diplomová práce, MZLU Brno, 2008, 88s.
51
14 Seznam obrázků obr. 1 Sada přítlačných válečků (www.kleiberit.cz) obr. 2 Oplášťovací zařízení (www.barberan.com) obr. 3 Oplášťované MDF desky a profily (www.barberan.com) obr. 4 Schéma výroby MDF (http://skolajarov.ic.cz) obr. 5 Kuchyň ve vysokém lesku (www.trachea.cz) obr. 6 Ukázka nabídky vysoce lesklých folií firmy Trachea (www.trachea.cz) obr. 7 Ukázka ABS/PMMA folií (www.master-profil.com) obr. 8 Použití Resopal® na obklady stěn (www.resopal.de) obr. 9 Abranet® (www.brusivomirka.cz) obr. 10 Abralon® (www.brusivomirka.cz) obr. 11Systém diagonálního broušení (www.kuendig.ch/de) obr. 12 Grafické znázornění Rmax obr. 13 Grafické znázornění Rz obr. 14 Grafické znázornění Ra obr. 15 Drsnoměr Surftest SJ-201P(www.mbcalibr.cz) obr. 16 Brusná jednotka CBF (www.holzschleifmaschine.de) obr. 17 Širokopásová bruska TAG TT (www.tagliabue.it) obr. 18 Příčný pás (www.tagliabue.it) obr. 19 Uspořádání brusných jednotek (www.tagliabue.it) obr. 20 Oplášťovací stroj PowerWrap (www.duespohl.de)
52
