автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Оптимизация процессов переводной термопечати

Московская Государственная Академия печати

На правах рукописи УДК 655.3.025

САФОНОВ Александр Викторович

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕВОДНОЙ ТЕРМОПЕЧАТИ

Специальность 05.02.15 - "Машины, агрегаты и процессы полиграфического производства"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 1996

Диссертационный совет ВАК Российской Федерации Д 063.39.01 при Московской государственной академии печати Москва, 127550, ул. Прянишникова, 2а

Работа выполнена на кафедре Химии и материаловедения Московской государственной академии печати

Научный консультант —

Доктор технических наук профессор

Доктор технических наук

доктор химических на профессор В.А. Наумов (МГА

КРИЧЕВСКИ Герман Евсеев]

РЗИТиЛ

ШАХКЕЛЬДЯ Богдан Нерсесов]

НЕЧИПОРЕНК Николай Арсеньев!

АООТ САН КЕМИКА «Московские печатнь красю

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Академик МИА, доктор технических наук профессор

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: 29-й Научно-исследо! тельский институт Министерства обороны Российской фед рации (Москва)

Защита состоится 17 декабря 1996 в 1400 час. на засе; нии диссертационного Совета ВАК Д 063.39.01 в Москс ской государственной академии печати.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке а* демии.

Автореферат разослан ноября 1996 г.

Учёный секретарь

диссертационного Совета Д 063.39.01 доктор химических наук профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для получения высококачествен-ых изображений на широкой гамме различных материалов изделий из них в последнее время всё шире используется греводная термопечать. Варианты этого способа печати по-юляют применять стандартную полиграфическую технику ) всеми её возможностями, и, в то же время, ориентирова-Э1 на печать на нетрадиционных материалах. Они объединятся общим признаком: печать промежуточного изображе-ля на временном носителе (чаще всего бумаге) полиграфи-;ским способом и термоперевод этого изображения на суб-рат, т.е. изделия из тканей, плёнок, пластиков и др.

Способ сублимационной переводной термопечати явля-ся альтернативным традиционным способам, используе-ым для получения изображений на синтетических материа-IX (трафаретному, офсетному, флексографскому и др.). В шьшинстве случаев, воспроизводимые сублимационной негодной термопечатью изображения на таких материалах личаются особой стойкостью к внешним воздействиям, го связано с тем, что на изделии отсутствует красочная хёнка — полимер окрашен в массе, и, соответственно, не »зникает проблемы адгезионной прочности между запеча-,1ваемой поверхностью и слоем краски. Двухстадийность :реводной термопечати обеспечивает технологическую гиб->сть процесса: возможность получения промежуточных юбражений практически на любом типе печатного обору->вания. Это позволяет достаточно просто кооперировать :ожный печатный процесс (печать на бумаге в типографии) производство готового изделия (термоперевод изображения I изделие в условиях заказчика). Кроме этого, сам принцип эрмирования изображения на субстрате - перенос через га-вую фазу — позволяет оформлять изделия со сложной тек-урой поверхности: трикотаж, ткани различного переплете-1Я и структуры вплоть до тканей с ворсом и т.д.

В настоящее время переводная термопечать сублими-тощимися красками позволяет изготавливать репродукции картин на тканях, наглядные учебные пособия, переплёт-ле крышки, многокрасочные панели приборов, в том числе гёночные, элементы оформления мебели, этикетки на тка-

нях и плёнках, нашивки, вымпелы, пластиковые кредитив карточки и многое другое.

Большинство работ, связанных с разработкой технол< гии сублимационной переводной термопечати, до насто: щего времени решали частные вопросы и, в основном, б< связи между технологическими стадиями процесса воспрои ведения изображения от оригинала до печатного изображу ния. Кроме этого, специфика сублимационного способа го реводной термопечати требует использования особых мет< дов для расчёта технологических режимов, которые предл« жены в данной работе.

Цель настоящей работы заключалась в разработке и от тимизации технологии сублимационной переводной терм< печати на синтетических материалах.

Для достижения поставленной цели:

- исследованы состояние, природа связи, диффузио] ные процессы и распределение в объёме субстрата диспер< ных красителей;

- определены денситометрические нормы и их допус! на термопереведённое изображение;

- проведено математическое моделирование процеа сублимационной переводной термопечати и оптимизаш технологических режимов;

- изучены деформационные свойства декельных мат риалов для термопрессов;

- разработана система смешения офсетных сублим] рующихся красок.

Научная новизна:

- с помощью метода ИК-спектроскопии доказано м< номолекулярное состояние дисперсных красителей в пол] эфирном субстрате, окрашенном способом переводной те] мопечати;

- впервые произведена оценка относительного вкла, величины энтальпии межмолекулярных водородных связей общую энергию взаимодействия дисперсных красителей синтетическим субстратом;

- впервые определены параметры температурных зав] симостей коэффициентов диффузии ряда дисперсных крас] телей в полиэтилентерефталатном плёночном субстрате в у ловиях сублимационной переводной термопечати, найде]

ые методом сравнения концентрационных профилей на ос-овании закона Фика;

— произведена оценка распределения концентрации [юперсных красителей в объёме субстрата при различных гжимах переводной термопечати на основе математического оделирования процесса и диффузии красителей;

— разработан метод определения денситометрических орм печатания изображения. Разработан метод расчёта до-устимых отклонений от денситометрических норм печата-ия. Осуществлён расчёт денситометрических норм и их до-устимых отклонений для термопереведённых изображений /блимируюгцимися красками на синтетических субстратах: авсане, капроне, поливинилхлориде;

— впервые разработана система смешения офсетных /блимирующихся красок (511 цветов) на основе расчёта по [калам цветового охвата рецептур смесевых красок;

— осуществлена оптимизация сублимационной переводой термопечати, основанная на математическом моделиро-шии процесса с использованием метода многофакторного ланирования эксперимента.

Практическая ценность работы. Исследование меха-изма формирования изображения в сублимационной переэдной термопечати позволяет обоснованно выбирать мате-иалы для данного способа печати и прогнозировать проч-остные свойства получаемых изображений.

Впервые разработаны рекомендации по выбору мате-иалов для декеля термопрессов, основанные на изучении их гформационньгх свойств при различных температурах по цноцикловым характеристикам сжатия.

Комплекс разработанных методов оптимизации процес-1 позволяет качественно и с минимальными затратами вес-л технологический процесс, а также достаточно быстро пе-гстраивать его для других материалов, которые не являлись оъектами исследования в данной работе. Кроме этого, редложенный комплекс методов оптимизации процесса /блимационной переводной термопечати может быть при-енен при решении технологических проблем и для осталь-ых вариантов способов переводной термопечати. Методы асчёта денситометрических норм и их допусков могут быть

применены для других полиграфических способов печати, том числе и традиционных.

Даны обоснованные рекомендаций по технологически режимам переводной термопечати на различных синтетич ских субстратах.

Разработки по данному направлению реализованы следующих хоздоговорных и госбюджетных тематиках: Х-4 86, Х-22-87, Х-17-88, Х-53-88, Х-55-88, Х-31-89, Х-31-91, ] 47-92, Х-14-93, Х-15-93, Г-22-81, Г-22-86 и Г-22-91 (разд "Исследование и разработка технологии переводной терм< печати на различных материалах"), Г-11-93 и Г-11-94 ("Ра работка технологии нанесения многокрасочных термопер водных изображений на синтетических тканях (на осно: офсетного способа печати)").

Разработанный технологический процесс внедрён ] ряде предприятий народного хозяйства.

Апробация работы. Результаты работы докладывались обсуждались на Всесоюзных научно-технических конфере] циях: "Теория и практика отделки текстильных материало] (Москва, 1986 г.), "Молодых учёных и специалистов отра ли" (Телави, М., 1990 г.), 1Х-я Всесоюзная НТК по спец] альным видам печати (Киев, 1990 г.); на 1-ой и 2-ой Межд народных научных конференциях "Информатизационш технологии в печати" (Москва, 1994 и 1995 гг.), на Реслу! ликанской НТК "Вклад молодых ученых и специалистов ускорение НТП в полиграфической промышленности" (К) ев, 1987 г.), на научно-практической конференщ "Перспективные материалы и изделия лёгкой промышле! ности" (С.-Петербург, 1995 г.), на научно-практическс межрегиональном и межотраслевом семинаре "Реклам; этикетка-упаковка" (С.-Петербург, 1996 г.), на НТК профе-сорско-преподавательского состава, научных сотрудников аспирантов Московского полиграфического института и М< сковской Государственной академии печати (Москва, 198: 1995 гг.). Разработки по технологии сублимационной пер( водной термопечати демонстрировались на выставках ВДН "Вузы Москвы - городскому хозяйству" (1988 г.) - отмечен дипломом, НТТМ-88 (1988 г.) - отмечены серебряной мед; лью на ВДНХ СССР, "СРП-90" (1990 г.), на 1-ой всероссш

кой выставке вузов "Товары народного потребления" (г. 1ижний-Новгород, 1993 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано

1 печатная работа, в число которых входит 1 изобретение и монография.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из вве-(ения, трёх глав, выводов и приложений. Работа изложена [а 252 страницах, из них 209 основного текста, 20 рисунков [ 52 таблицы. Список использованной литературы составляет 169 наименований. В приложениях представлены компью-ерные программы и материалы по внедрению результатов «боты.

Положения, выносимые на защиту:

1. Состояние дисперсных красителей в полиэфирном убстрате, анализ роли водородных связей во взаимодейст-¡ии дисперсных красителей с синтетическим субстратом и »пределение величины энтальпии водородных связей в усло-!иях переводной термопечати.

2. Параметры температурных зависимостей коэффишг-нтов диффузии ряда дисперсных красителей в полиэфирном ьчсночном субстрате в условиях сублимационной перевод-юй термопечати. Оценка распределения концентрации дис-1ерсных красителей в объеме субстрата при различных режимах переводной термопечати.

3. Методы определения денситометрических норм печа-ания изображения и расчёта их допустимых отклонений для ¡ублимационной переводной термопечати. Система смеше-шя офсетных сублимирующихся красок. Метод оценки фигодности декельных материалов термопрессов.

4. Оптимизация процесса сублимационной переводной -ермопечати. Обоснование рекомендаций по технологиче-:ким режимам переводной термопечати на различных синте-"ических субстратах.

Содержание работы

Во введении приведена классификация способов пере-юдной термопечати, обосновывается актуальность и новизна >аботы, указывается цель и задачи исследований, сформули-юваны научные и технологические проблемы, решение ко-орых предложено в диссертации.

Первая глава посвящена механизму формирования изс бражения в сублимационной переводной термопечати.

Для исследования состояния дисперсных красителей полиэфирных субстратах, окрашенных способом переводно термопечати, проводились исследования методом ИК-спе* троскопии на примере 1-аминоантрахинона, 2,4-динитро-4 оксидифениламина и 2-окси-5-метил-4'-ацетиламиноазобе1; зола (дисперсные красители) и лавсана (полиэфирный су£ страт). Были изучены ИК-спектры этих красителей в хлоре форме, этилацетате, в плёнке лавсана (полиэтилентерефталг - ПЭТФ), окрашенной способом переводной термопечати, в кристаллическом состоянии. Измерения проводились н спектрометре 111-75. Полученные результаты приведены табл. 1. Вопрос о состоянии дисперсных красителей в суб страте, окрашенном способом сублимационной переводно термопечати, сводится по существу к следующему: находятс ли красители в субстрате в виде отдельных молекул, окруже ны молекулами полимера (так называемый "твёрдый рас твор") или имеются более или менее крупные агрегаты мс лекул красителя, диспергированные в среде субстрата. В пер вом случае может иметь место только взаимодействие межд молекулами красителя и субстрата, во-втором возможн взаимодействие молекул красителя как между собой (внутр агрегата), так и с молекулами субстрата (на поверхности раз дела краситель-субстрат).

Таблица

Данные ИК-спектров дисперсных красителей в различных средах ( V, см-1)

1 Соединение Отнесение полос Хлороформ Этил-ацетат ПЭТ ф Крис талл

1. 1 -аминоантрахинон 5 У 1ЧН2 3511 3459 3462 3426

аэ У ЫН2 3350 3339 3331 3308

2. 2,4-динитро-4'-оксидифениламин уон 3603 3355 3440 3340 3432 3338 3393 3343

3*. 2-окси-5-метил-4'-ацетиламиноазобензол укн 3437 3366 3376 ЗЗОС

*Полоса ОН-группы в (3) вследствие образования хелатной воде родной связи сильно смешена в область низких частот и размы та.

Об указанных взаимодействиях можно судить по нали-ию или отсутствию водородных связей между соответствующими молекулами. Из строения мономолекулярного зве-[а лавсана:

идно, что при образовании водородных связей он может ыступать лишь в роли акцептора протонов. Изученные дис-ерсные красители содержат протонодонорные и протоноак-.епторные группы и способны образовывать водородные вязи как между собой, так и с молекулами лавсана.

В разбавленных растворах в хлороформе (С = 0,01 юль/дм3) межмолекулярные водородные связи (МВС) прак-ически отсутствуют. В кристаллическом состоянии возмож-:о образование водородных мостиков лишь между молекула-[и красителя. Наконец, в разбавленных растворах в этилаце-ате (0.005—0,02 моль/дм3) водородные связи могут быть об-азованы только между протонодонорньтми группами краси-глей (-ОН, =\Н, —ХНг) и карбонильной группой раство-ителя. Отсутствие МВС между молекулами красителей в астворах в хлороформе и этилацетате подтверждается ре-рьтатами изучения концентрационной зависимости поло-:ения полос валентных колебаний -ОН, =N11 и — ХНз оупп (отсутствие смещения лтах при изменении концентра-ии).

Спектры красителей в этилацетате представляют инте-ес. так как этилацетат можно рассматривать в качестве жидкох! модели" полиэфирного субстрата.

Из анализа данных табл. 1 и с учётом сделанных заме-аний можно сделать следующие выводы. Положение полос I—Н и X—Н связей в спектрах растворов в этилацетате и в лёнках лавсана практически совпадают. Отсутствие в спек-зах плёнок дополнительных полос поглощения, соответст-уюших взаимодействию "краситель-краситель'' позволяет гверждать, что молекулы красителя в растворе этилацетата и плёнке лавсана находятся в идентичном состоянии.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что дис-ерсные красители в полиэфирном субстрате находятся в виг отдельных молекул, окруженных молекулами субстрата.

Если предположить, что описанный механизм форм! рования изображения в способе сублимационной переводно термопечати сохраняется и в случае других видов субстрат (полиамиды, поливинилхлорид, ацетаты и т.д.), то выводы состоянии красителей в полиэфирном субстрате, с опредс ленной долей вероятности, могут быть распространены и н эти полимеры.

Для оценки вклада специфических взаимодействий общую энергию межмолекулярных взаимодействий (ММ! красителей в кристаллическом состоянии и при их взаимс действии с молекулами полимерного субстрата использовал; ся метод ИК-спектроскопии. Исследования проводились н примере дисперсных красителей — производных аминоантра хинона и двух представителей других классов дисперсны красителей — 2-окси-5-метил-4'-ацетиламиноазобензола 2,4-динитро-4'-оксидифениламина. В качестве полимерног субстрата использовался ПЭТФ. ПЭТФ практически не сс держит подвижных атомов водорода и не имеет полос поглс щения в интервале 3150-4000 см-1.

Отсутствие существенных различий в спектрах красите лей в растворах, кристаллах и плёнках ПЭТФ в области ва лентных колебаний С=0 и С=С-связей (1900-1400 см-1) сви детельствует о том, что новые химические связи не образ) ются при взаимодействии красителя с субстратом. На рис. ! как пример, показан ИК-спектр 1-амино-2-метилантрахи нона в различных средах. Аналогичные спектры наблюда лись и для остальных красителей.

ИК-спектр поглощения 1-амино-2-метилантрахинона

в различных средах

■— — в плёнке ПЭТФ,---— кристаллическое состояние,

- - - — раствор в СНС13. Рис. 1.

При образовании МВС с дисперсными красителями ЭТФ способен выступать лишь в роли акцептора протонов, а основании представлений о механизме переводной тер-эпечати ИК-спектры были изучены в кристаллах (взвесь в □елиновом масле и сублимированные на окошки из ЫаС1), эделирующих состояние красителя в плёнке печатной крас-1, в виде разбавленных растворов в хлороформе (около 0,01 эль/дм3), соответствующих состоянию молекул красителя в хутствие МВС и в виде твёрдого раствора красителя в 1ёнке ПЭТФ. Результаты показаны в табл. 2.

Анализ данных таблицы показывает, что энергия МВС в ютемах краситель-краситель (кристаллы) и краситель-ЭТФ (окрашенное полиэфирное волокно) симбатно воз-ютает с увеличение числа доноров водорода в молекуле эасителя, участвующих в МВС (соединения 2-5 с одним до->ром протона, соединения 6 и 7 — с двумя, соединение 8 — тремя). Положение аминогрупп в молекуле красителя нерачительно сказывается на энергии МВС (соединения 6 и . Наличие других заместителей (—СН3, —ОСН3) в ядре ан-ахинона оказывает некоторое влияние на прочность МВС осдинения 3 и 5), по-видимому, в результате стерических эфсктов.

Таблица 3

.определение составляющих межмолекулярных взаимодействий ряда дисперсных красителей для полиэфирного субстрата

Соединение

д Н°

Относительный вклад составляющих в

моль Дисперсионные Ориентаиионно-индукционные Водородная связь

метиламиноантрахинон 77,5 54,2 42,6 3,1

амино-4-оксиантрахи->н 78,3 56,2 34,3 9,5

амино-2-метокси-4-ок- :антрахинон 93,2 60.6 31,0 8,4

4-лиаминоантрахинон | 97,7 49.3 37,5 12,9

ока1-5-метнл-4'-аце- ламиноазобензол 80,0 47,7 43,4 8,9

Энтальпия МВС красителя с ПЭТФ из расчёта на один нор водорода составляет в среднем 6,6 кДж/моль, что для ученных соединений приводит к вкладу МВС в общую ергию крашения от 8 до 13%. Вклад МВС в Д#нсп. выше и

Таблица 2

Данные И К спектров дисперсных красителей, волновые числа (у), смещения полос при переходе от раствора в СНС1з снс1

(Лу з), энергия водородной связи (А//, кДж/моль), теплота крашения из газовой фазы (-Л//°кр , кДж/моль)

и теплота испарения красителя (Л//5, кДж/моль)

№ Соединение Отнесен. СНС13, Твердый раствор в ПЭТФ Кристаллич. состояние Д//5

п/п полос v (см-1) v (см'1) л сна, Ду 3 АН у (см-1) . снс1 Ду 3 д н

1. 1-метиламиноантрахинон 3305 3296 9,0 2,4 77,5 3300 5,0 1,3 112,6

2. 1 -аминоантрахинон ^ N 3511 3350 3462 3331 34,0 8,9 3426 3308 63,5 16,7

3. 1-амино-2-метилантрахи-нон 3505 3320 3460 3315 25,0 6,6 3427 3292 53,0 13,9

4. 1-амино-4-оксиантрахинон ^ N 4 3490 3305 3440 3300 28,0 7,4 78,3 3395 3290 55,0 14,5 119,6

5. 1-амино-2-метокси-4-окси-антрахинон 3495 3306 3447 3295 29,5 7,8 93,2 3437 3280 42,0 11,1 132,0

6. 1,5-диаминоантрахинон 3493 3312 3453 3329 19,0 10,0 3415 3307 51,5 27,1 ~

7. 1,4-диаминоантрахи нон 3485 3297 3445 3289 24,0 12,6 97,7 3390 3265 63,5 33,4 136,0

8. 1,2-диаминоантрахинон 3493 3336 3430 3327 36,0 18,9 - 3415 3295 59,5 31,3 -

9.* 2-окси-5-метил-4'-ацетила-миноазобензол V NN 3437 3370 67,0 7,1 80,0 3300 137 14,4 106,4

10.* 2,4-динитро-4'-оксидифени- уон 3595 3427 ¡68 1 ч 19,0 - 3393 П/П 210 1 т 23,4 -

юлеблется от 8 до 25%, что согласуется с литературными [анными. В табл. 3 для пяти дисперсных красителей показана данные распределения составляющих ММВ в ПЭТФ.

В работе И.В. Крутовской было показано, что величины ;имического сродства и тепловые эффекты крашения прак-ически не зависят от вида субстрата, а определяются только ;имическим строением красителя. Следовательно, выводы из >езудьтатов исследований по взаимодействию дисперсных красителей с полиэтилентерефталатным субстратом вполне южно распространить и на другие виды субстратов.

В сублимационной переводной термопечати диффузию :расящих веществ в субстрат рассматривают как молекулярную и одномерную, т.е. протекающую со стороны внешней юверхности волокна к его оси. Таким образом, в перевод-шй термопечати диффузионные явления описывают с ис-юльзованием закона Фика, который при одномерной диф-Ьузии принимает вид:

ЛС Я^4' (1)

Зг 5х1

де С — концентрация вешества, t — время, D — коэффици-нт диффузии.

В работе исследование диффузионных процессов огра-шчивалось следующими двумя задачами:

1) расчёт диффузионных констант ряда дисперсных кра-:ителей в полиэтилентерефталатном субстрате (коэффициенте диффузии при различных температурах - D, энергий ак-ивации диффузии - Е* и предэкспоненштльных множите-[ей в уравнении Аррениуса - Z)q);

2) оценка концентрационного распределения дисперс-1ых красителей в объёме субстрата.

Для расчёта коэффициентов диффузии дисперсных кра-:ителей в плёночном субстрате нами впервые для условий ¡ереводной термопечати использован метод сравнения концентрационных профилей. По данному методу для расчёта не-[звестного коэффициента диффузии красителя в плёнку гринимаются следующие ограничения: а) концентрация рас-'вора красителя в ванне (Со) достаточно большая, и, причём 'бывание красителя из ванны в течение всего процесса мож-ю считать несущественным, т.е. Q = const; б) время провеса термоперевода таково, что краситель не успевает про-

никнуть до середины пластины, которую будем считать пс лубесконечной по глубине и бесконечной по размеру. Пр этих ограничениях краситель можно рассматривать как ди4 фундирующий в полубесконечную пластину от поверхност с постоянной концентрацией.

Как известно, зависимость между концентрацией и рас стоянием дает решение уравнения (1), которое в данном сл5 чае имеет вид:

С

Из (2) вытекает следующее выражение для расчёта кс эффициента диффузии:

, N2

Б =

О

,277 егГ(1-С(х,/) С0)

Использование уравнения (3) для расчёта коэффициеш диффузии возможно при условии создания ванны, содержа щей достаточно высокую концентрацию красителя, практа чески не изменяющуюся при малых временах термоперевод; Моделирование таких условий в процессе переводной печат вполне возможно за счёт применяемых суспензионных кр£ сочных систем, позволяющих создавать высокие концентрг ции красителя в краске (до 50-60% масс, в зависимости с маслоёмкости красящего вещества) и наращивания толщин: красочного слоя на промежуточном носителе изображени путём последовательного нанесения слоев краски друг и друга. По данному методу с полученных оттисков произвс дился термоперевод изображения на многослойную полиэтк лентерефталатную плёнку при различных температурах. Зг тем определялась концентрация исследуемого красителя каждом из единичных слоев и производился расчёт коэффк циента диффузии по уравнению (3). Поскольку метод даё одновременно несколько значений коэффициентов дифф\ зии красителей при одной и той же температуре, то это пс зволяет производить статистическую обработку данных. Те ким образом, для ряда дисперсных красителей в лавсаново плёночном субстрате определены: коэффициенты диффузи при различных температурах, энергия активации диффузии предэкспоненциальный множитель уравнения Аррениуса:

В = Дехр -

ЛГ КТ

(4)

Результаты показаны в табл. 4.

Таблица 4

Диффузионные константы для дисперсных красителей в полиэтилентерефталатной плёнке

Краситель ТС О < 1СГ , м2/с Среднеквадратичное отклонение, апх10'3 д В, кДж/моль А>. м-/с

1исперсный 200 1.2 0,2

кслтый 3 208 1 ** 0.3 78,5-79,5 6,2)хШ-4

214 2,1 0,4

1исперсный 191 0,5 0,2 (3,0-

<елтыи 200 0,7 0,3 86,8-89,2 4,9)х Ю'3

[рочный 2 К 209 1,1 0,3

1исперсный 191 0,8 0,2 (0,6-

юзовый Ж 205 2,0 0,4 87,5-91,3 1,5)х10-2

220 3,0 0,4

1исперсный иний К 198 204 210 1,3 1.6 2,0 0,3 0.3 0.3 66,6-69,3 (3.3- 6,0)х10--"

Полученные диффузионные константы использованы

ля расчёта концентрационного распределения дисперсных

расителей в объёме субстрата.

Как известно, решение уравнения (1) при начальном

1 ("С, при 0 < х < I :ловии С, .,= <; ^ г, ,, и х>/, приспособленном для

' [0 при X <£ [О,/]

и еденного решения, имеет следующий вид:

Я ) Ф

С(л,/)

ехр(- е) ск (5)

1е С(х,Г) - концентрация красителя в точке с координатой х момент времени Г; С0 - концентрация красителя в слое раски толщиной / на промежуточном носителе изображе-ия; Д) и коэффициенты диффузии дисперсного красная в слое краски и в субстрате, соответственно.

С использованием уравнения (5) и зависимости (4) про-зведена оценка распределения красителей по слоям субграта (на примере лавсановой плёнки и трёх дисперсных эасителей, прменяемых в качестве красящих веществ в се-

рийных красках 2553) при различных режимах переводно термопечати сублимирующимися красками.

Расчёт теоретических концентраций по уравнению (5 производился по специально составленной программе в сре де BASIC на IBM PC 486. Кроме этого, по полученным дан

ным была рассчитана суммарная поверхностная концентра

6

ция красителя в субстрате (Ст = £С,.) и определён коэффи

i.i

циент перехода красителя из красочного слоя в субстра (Кп), как отношение суммарной концентрации красителя субстрате Сг к поверхностной концентрации красителя плёнке краски до термоперевода, выраженный в процентах.

Результаты экспериментальных и теоретических значе ний распределения концентраций красителей по слоя! плёнки показаны в табл. 5.

Как видно из данных табл. 5, уравнение (5) достаточна точно описывает процесс распределения дисперсных краси телей в объёме субстрата. Максимально фиксируемая глуби на проникновения дисперсных красителей в плёночный суб страт в зависимости от режима термоперевода и вида краси теля не превышает 12-24 мкм.

Вторая глава посвящена используемым в переводно! термопечати материалам (субстраты, красящие вещества краски и промежуточные носители изображения), приме няемому оборудованию для термоперевода, лабораторно] технике для моделирования режимов процесса и исследова нию декельных материалов термопрессов.

Для материалов сформулированы общие требования даны их свойства и ассортимент.

Для моделирования режимов переводной термопечаи нами разработано и изготовлено лабораторное термопере водное устройство. Принципиальная схема этого устройств; показана на рис. 2.

Устройство позволяет нагревать плиту термопресса до 250°( с точностью ±1°С. Максимальное усилие прижима, разви ваемое в прессе при площади образца 80x110 мм, достигав 150 кПа (около 1,5 кг/см2). Точность регулировки усилю прижима ±0,392 кПа (±4,0 г/см2). Время термоперевода опре деляется с помощью секундомера.

ЧаЬлица Э

Распределение красителей по слоям полиэфирной плёнки, суммарная поверхностная концентрация и

коэффициент перехода

Дисперсный Режим Концентрация по слоям плёнки, моль/дм' Сх10\ Ал, %

краситель /, мкм ГС с С,, (0-4 мкм) с2, (4-8 мкм) Сз. (8-12 мкм) С4, (12-16 мкм) с5, (16-20 мкм) (20-24 мкм) моль/м2

1,8 210 15 ЭКСП. 0,356 0,271 0,171 0,113 0,050 0,038 0,999 71,1

рассч. 0,387 0,282 ОД 52 0,073 0,029 0,015 0,938 66,7

1,2 190 35 эксп. 0,420 0,195 0,062 0,023 - - 0,700 74,7

Жёлтый 3 рассч. 0,415 0,191 0,083 0,031 - - 0,720 76,8

1,5 183 25 эксп. 0,426 0,213 0,058 - - - 0,697 59,5

рассч. 0,451 0.201 0,055 0,005 - - 0,712 60,8

1,5 200 25 эксп. 0,353 0,240 0,159 0,075 0,025 0,0 ю-1 0,862 73,6

рассч. 0,350 0,234 0,130 0,061 0,018 0,005 0,798 68,1

1,2 215 25 эксп. 0,295 0,176 0,081 0,064 0,034 - 0,650 62,4

рассч. 0,301 0,178 0,097 0,060 0,030 - 0,666 63,9

Розовый Ж 1,3 210 30 эксп. 0,306 0,189 0,106 0,065 0,031 - 0,697 61,8

рассч. 0,312 0,191 0,103 0,062 0,028 - 0,696 61,7

1,6 195 15 эксп. 0,380 0,171 0,033 - - - 0,584 42,1

рассч. 0,393 0,169 0,030 - - - 0,592 42,6

1,1 215 25 эксп. 0,272 0,165 0,099 0,079 - - 0,615 57,3

рассч. 0,284 0,159 0,091 0,070 0,029 - 0,633 59,0

Синий К 1,3 210 30 эксп. 0,332 0,199 0,111 0,079 - - 0,721 56,8

рассч. 0.341 0,189 0,101 0,069 0,015 - 0,715 56,4

1,6 200 20 эксп. 0,477 0,117 0,073 - - - 0,667 42,7

рассч. 0,491 0,105 0,065 0,020 - - 0,681 43,6

Для исследования деформационных свойств декельны: материалов при повышенных температурах нами было разра ботано устройство на базе термопресса (рис. 2). Принципи альная схема такого устройства показана на рис. 3.

Принципиальная схема лабораторного термопереводного устройства

1 — станина пресса; 2 — опоры; 3 — нижняя подвижная плита; 4 -

верхняя неподвижная плита; 5 — устройство прижима (эксцентрично закрепленный подвижный вал); 6 — подвижное стопорное устройство; 7 — микрометр; 8 — рычаг; 9 — коробка нагревательного элемента; 10 — защитный кожух; 11 — термопара; 12 — выдвижной столик для образцов; 13 — декель;14 — выдвижная

пластина Рис. 2.

Устройство позволяет изменять давление на исследуе мый материал в пределах от 0 до 2940 кПа при температура: до 250°С. Измерение абсолютной деформации производите; стрелочным микрометром с точностью 0,01 мм.

В литературе по технологии переводной термопечат! вопрос о выборе декельных материалов для термопрессов дс настоящего времени специально не рассматривался. Поэтом; в нами были проведены исследования по оценке деформаци онных свойств декельных материалов при повышенных температурах для переводной термопечати.

В качестве объектов исследования были выбраны следующие, наиболее распространенные в практике отечествен-

гай переводной термопечати, материалы: войлок, байка, :артон (переплётный марки А, толшина 1,75 мм), бумага крафт", термостойкая органсиликоновая резина (марка МКЩ-1).

Принципиальная схема лабораторного устройства для пзучени еформацпоиных свойств декелей при повышенных температурах

I - термопресс; 2 - нагружающее устройство; 3 - регистратор деформаций (стрелочный микрометр); 4 - стальной стержень площадь сечения - 0,5 см2); 5 - исследуемый образец; 6 - устройство нагрева термопресса; 7 - термопара; 8 - нижняя подвижная шита; 9 - верхняя неподвижная плита с нагревательным устройством; 10 - устройство регулировки прижима; 11 - рычаг

Измерения деформационных свойств исследуемых мате-иалов при температурах до 250°С производились на устрой-гве, показанном на рис. 3. На этом устройстве для каж дого з перечисленных материалов были получены одноцикловые эрактеристики сжатия е = Д/) (е - относительная деформа-ия, t - время) в интервалах времени до 3600 с под давлени-м 1962,0 кПа (нагружение) и 19,6 кПа (отдых), при темпе-атуре 20°С (нормальные условия) и 200°С (средняя темпера-ура процесса термоперевода). Кроме этого, такие же харак-фистики были получены для материалов с приработкой (не :енее 100 циклов, каждый из которых имитировал процесс

8

Рис. 3

термоперевода при следующем режиме: температура Т = 200°С, время под нагрузкой (р = 19,6 кПа) - 30 с, отдых (р = 0) - 10 с). Суммарная толщина каждого из исследуемых материалов в эксперименте составляла 3,5 мм.

Полученные экспериментальные зависимости е = П7) аппроксимированы с использованием метода наименьших квадратов по формуле:

у = А + В/(х +С) (6)

где у = е, х = /, А, В и С - постоянные.

Обработка по формуле (6) производилась отдельно для экспериментальных данных, полученных при нагружении декеля (первая ветвь графика) и при "отдыхе" (вторая ветвь графика одноцикловой зависимости е = {"(/))• На рис. 4 в качестве примера показаны одноцикловые характеристики сжатия для резины ТМКЩ-1.

Одноцикловые зависимости деформации сжатия для резины

ТМКЩ-1

% Р = ¡ 962,0 к П а р = 19,6 кПа

0 10 20 30 40 10 20 30 40 Г, мин.

1 - при Т=2(РС; 2 - при Т=20СРС; 3 - приработанный, Т-2СРС;

4 - приработанный, Т—20СРС Рис. 4

Для всех материалов определены общая деформация (ех) и её составляющие (еу. - упругая, еэл. - сумма эластических и бпл. - пластическая).

Оценка возможности применения того или иного материала в качестве декельного для прессов переводной термопечати производилась по критерию К, который рассчитан по аппроксимированным зависимостям е = Я!) при Т=200°С для приработанных материалов:

А"= (А, - е (,о) )/А, (7)

где А) - коэффициент А в выражении (6) при аппроксимации одноцикловой характеристики е = Ш) под нагрузкой (р = 1962,0 кПа), е (Ю) - деформация декеля через 10 с после снятия нагрузки (среднее время отдыха декеля в термопрессе между циклами термоперевода). Критерий К показывает долю обратимых деформаций, которые участвуют в создании давления в процессе термоперевода изображения на субстрат. Результаты показаны в табл. 6.

Таким образом, по данным табл. 6 видно, что при подборе декельных композиций для прессов переводной термопечати следует использовать резину ТМКЩ-1 (К — 0,61) и бумагу "крафт" (К = 0,28).

Таблица 6

Суммарная деформация декельных материалов и её составляющие

Исследуемый материал Ег. % Составляющие бх, % К

Ву. "гл.

Войлок 63.83 12.25 5,30 46,28 0,20

Байка 46.42 5.45 1.85 40.12 0,13

Картон 18.28 1.50 4,90 11.88 0,16

Бумага "крафт'' 14,20 3.50 1,45 9.25 0.28

Резина ТМКЩ-1 10.39 6.25 1,44 2.70 0.61

Третья глава посвящена методам расчёта технологических параметров, оптимизации процессов переводной термопечати, колориметрическим свойствам термопереведённых изображений на различных материалах, системе смешения офсетных сублимирующихся красок и градационной передаче в сублимационной переводной термопечати.

Проведённый нами анализ технологии переводной термопечати показал, что оптимизация этого процесса сводится к решению следующих основных задач:

— определение денситометрических норм печатания на субстрате и допусков;

— построение математической модели процесса:

— расчёт оптимального технологического режима.

Каждая из вышеперечисленных задач являются вполне

самостоятельной и определяется собственным методом нахождения решения.

В силу особенности технологии и материалов сублимационной переводной термопечати использование известных

денситометрических норм печатания для бумаг и допусков на них, а также методов определения таких норм представляется неприемлемым.

Для нахождения денситометрических норм на термопе-реведённое изображение для определённого субстрата нами разработана методика, включающая следующие этапы:

1) изготовление контрольной шкалы на исследуемом субстрате, каждое поле которой образовано наложением трёх растровых плашек основных красок триады с различным сочетанием их количества в технологически допустимых пределах и индивидуальных для данного поля шкалы плашек ден-ситометрического контроля по каждой краске;

2) определение координат цвета каждого из полей шкалы и измерение зональных оптических плотностей плашек красок (Вж, Бп, /)г), образующих данное поле;

3) расчёт цветового различия в единицах АЕ (система и\'ЛУ, источник С) для каждого синтезированного поля шкалы относительно условного серого цвета, расположенного на ахроматической оси цветового пространства и имеющего одинаковую с данным экспериментальным полем светлоту (координату У);

4) построение математической модели АЕ = ДДк, 2)п,

/)г) (полином второго порядка);

5) решение модели относительно зональных оптических плотностей при АЕ = 0. Полученные при решении значения Вж, /)п и Д- являются искомыми денситомет-рическими нормами термо-переведенного изображения для данного субстрата.

Контрольная шкала представляет собой модель воспроизведения серых полей тремя основными красками автотипным синтезом с использованием относительной площади растровой точ-

Графическая интерпретация критерия оптимизации баланса серых тонов • У

Б

С1

А.

БЧ - ахроматическая ось; С\ - условный серый цвет с одинаковой светлотой (координата У) с цветом Ц\ контрольного поля; АЕ\ -критерий оптимизации баланса серых тонов Рис. 5

ки (¿°тн ), наиболее чувствительно реагирующей на колебания в подаче краски для способа печати, которым выполняется промежуточное изображение. Для офсетной печати = 50%.

За условный серый цвет принимается такой, координаты цвета которого определяют его положение в цветовом пространстве тга ахроматической оси. Величина ДЕ показывает цветовое отклонение экспериментально полученного цвета от нейтрального серого и фактически является критерием оптимизации баланса серых тонов. Образуемые различными количествами основных красок модельные поля контрольной шкалы имеют разные интенсивности, поэтому условие равенства светлот (координат У) позволяет считать величины ДЕ однородными. На рис. 5 показана графическая интерпретация критерия оптимизации баланса серых тонов.

Расчёт величины ДЕ производится в системе 1ЛЛУ относительно источника С по следующим формулам:

АЕ = (8)

где и = ШК(//*-«0), V = 13IV = 2514/3—17, * 4х * 6 у

н* - --------. V* =---•-----; и и V - координаты

-2л- + 12;> + 3 - 2л* + 12>' - 3

цветности контрольного серого поля в системе ЦУ\У; щ =

0.2009 и Уо — 0,3073 - координаты цветности стандартного источника С в системе ЦУ\¥; IV и У - координаты светлоты контрольного серого поля в системах 1ЛЛУ и ХУТ, соответственно; .г и у - координаты цветности контрольного серого поля в системе ХЛГЪ.

Математическую модель АЕ = Г(Х>Ж, Х>п, Ог) в виде полинома второго порядка получали обработкой совокупности групп экспериментальных данных \Е. и Ож,. £>п,, Оп (где : =

1, ... . п, п - число полей контрольной шкалы) по методу наименьших квадратов.

Решение модели относительно зональных оптических плотностей при Д£ ~ 0 осуществлялось методом координатного спуска с квадратичной интерполяцией. Фактически такое решение сводится к поиску точек локальных минимумов функции Г(Ож, £>п, Пг) = 0.

Следует отметить, что результат решения уравнения Г(Ак, Вп, Лт) = 0 часто даёт несколько вариантов денсито-метрических норм для исследуемого субстрата. За рабочий вариант принимается тот, который не противоречит смыслу существования данной группы зональных оптических плотностей (отвергаются такие варианты, в которых, например, одно из значений ¿>х; близко к 0, либо явно технически не воспроизводимое) или даёт максимально интенсивное изображение.

Необходимо определить допустимые отклонения от ден-ситометрических норм печатания, поскольку невозможно поддерживать течение процесса в строго заданной и определенной точке технологического режима.

Как известно, в основе определения величин допусков на восприятие цвета окрашенных объектов лежит принцип дискретности его ощущения человеком. Количественно изменения в цвете определяют в порогах цветоразличения или в величине цветового контраста ДЕ. При воспроизведении многокрасочной полиграфической продукции для красок основных цветов установлены допустимые отклонения в единицах ДЕ на соответствие Европейским нормам на триадные краски. Эти величины носят универсальный характер для достаточно близких цветов, поэтому их можно использовать при расчёте допустимых отклонений от денситометрических норм и для сублимирующихся триадных красок на субстрате.

' Мы разработали методику расчёта допустимых отклонений, которая включает следующие этапы:

а) построение зависимостей координат цвета оттиска (X, У, Т) от зональной оптической плотности плашки на субстрате (Д-);

б) расчёт цветовых отклонений в единицах ДЕ относительно денситометрической нормы (1)тн) для данной краски и ряда оттисков, отличающихся по Д-;

в) формирование зависимости ДЕ= ДА-);

г) определение допустимых отклонений от заданной нормы йт с учётом предельных значений ДЕ по зависимости ДЕ= [(От).

Изменение абсолютного значения денситометрической нормы приводит к нелинейному (логарифмическому) изме-

нению её допуска в соответствии с законом Вебера-Фехнера. При изменении значений денситометрических норм необходимо каждый раз определять и допустимые для них отклонения, что приводит к увеличению объёма однотипных экспериментальных работ. Поэтому целесообразно для каждого конкретного субстрата определить взаимосвязь координат цвета от В7 в интервале технологически возможных изменений оптической плотности. Эта взаимосвязь позволяет достаточно легко автоматизировать весь процесс расчёта допусков для денситометрических норм печатания на данном субстрате. Зависимость координат цвета от Бт представляет собой систему трёх нелинейных уравнений:

'X = Щ)

- У = Щ) (9)

Z = Г(Д)

Практически каждая из этих зависимостей достаточно хорошо аппроксимируются формулой >• = где а и Ь константы.

С помощью системы уравнений (9) рассчитываются цветовые

1-1-^-1-отклонения в единицах

Атап А-Н Атах относительно денси-

тометрической нормы Л Едоп_ - стандартное допустимое Для данной краски и ря-цветовое отклонение по [141]; Бтн - да оттисков, отличаю-величина денситометрической нормы щихся по Д- и по этим для данной краски; и Этах — ниж- данным формируется ний и верхний предел допуска для Втп. линейная зависимость рнс 5 АЕ — Т(ВГ). Графическое

выражение такой зависимости представлено на рис. 6. На этом же рисунке показано графическое определение допустимых отклонений от денситометрической нормы. На рис. 6 интервал Апт-Апах обеспечивает визуальную идентичность оттисков в тираже.

Зависимость А Е - Д />,) и определение допустимых отклонений 1-д Е

АЕ,

Изложенные методы расчёта денситометрических норм печатания и их допустимых отклонений применены для ряда субстратов, используемых в сублимационной переводной термопечати. Результаты показаны в табл. 7.

Определение денситометрических норм печатания и их допустимых отклонений осуществлялось по специально составленным программе на ЭВМ, представленным в приложениях.

Таблица 7

Денситометрические нормы термопереведенного изображения на различные субстраты

Субстрат Интервалы значений денситометрических норм для красок (зональная оптическая плотность плашки изображения)

Жёлтая Пурпурная Голубая Черная

Лавсановая ткань Лавсановая плёнка п/матовая ПН-ЧКТ-1 УФ-отвсрждаемое покрытие на металле Капроновая ткань ПВХ-пластик 1,11-1,17 1,73-1,81 1,54-1,62 1,03-1,12 1,25-1,31 1,18-1,34 1,33-1,50 1,60-1,80 1,02-1,15 1,11-1,26 1,21-1,40 2,01-2,32 1,57-1,82 1,06-1,24 1,31-1,52 1,03-1,19 1,40-1,62 1,35-1,55 0,93-1,07 1,08-1,23

Процесс многокрасочной переводной термопечати — многофакторный. К реальным входным управляемым параметрам процесса следует отнести количество краски на промежуточном носителе изображения, выражаемое через зональную оптическую плотность (Dq), температуру термоперевода (7), время термоперевода (!) и давление термоперевода (р). К выходным параметрам — зональные оптические плотности изображения на субстрате (Д-), объединяемые в группу денситометрических норм. В соответствии с этим математическая модель процесса в общем виде будет представлять собой систему из четырёх уравнений с 4-мя неизвестными:

Yi = f(*ii, Х2, xh х4) (10)

где Yj (i = 1, 2, 3, 4) — зональные оптические плотности плашки изображения на субстрате по четырем основным краскам, соответственно — жёлтая, пурпурная, голубая и чёрная; хц (i = 1, 2, 3, 4) - зональные оптические плотности плашки промежуточного изображения на бумаге по соответствующим основным четырем краскам; xj, л'з и — режим термоперевода, соответственно — Т, tup.

Из ранее проведенных исследований известно, что од-нофакторные взаимосвязи перечисленных входных параметров с оптической плотностью изображения на субстрате являются нелинейными. Поэтому целесообразно задавать функцию отклика Г также нелинейной. В данном случае, при применении стандартных методик планирования эксперимента, используем полином второго порядка для четырёх переменных факторов:

У = Ьй+±Ь,х, + ±Ь1вхшх)+±х) (11)

•-! и.,-Л У=1

я-У

Для получения регрессионной модели (11) процесса мы использовали ортогональное центральное композиционное планирование (ОЦКП) второго порядка для четырёх переменных факторов. Математические модели на основе ОЦКП дают достаточно высокую точность предсказания выходной величины, которая в исследуемой области изменения технологических параметров не превышает значения +0,02 Б от расчётной.

В соответствии с методом планирования эксперимента перед реализацией плана определяются основной уровень (хо,) и интервал варьирования (Ах;) входных управляемых величин. Выбор этих значений определялся нами исходя из следующего принципа: интервал варьирования входной величины должен совпадать (или быть несколько меньшим) с технологически допустимой реальной областью её изменения.

Допустимые области изменения управляемых параметров процесса переводной термопечати определяются:

- для зональной оптической плотности краски на бумаге - количеством краски на бумаге или толщиной красочного слоя, определяемой данным способом печати (например, для офсетной печати количество краски на оттиске может приблизительно изменяться от 1 до 2 мкм, в высокой — от 1 до 8 мкм, в глубокой - от I до 6 г/м2, в трафаретной - в зависимости от толщины формного материала - от 40-50 мкм и выше);

- для температуры термоперевода - нижним температурным пределом начала возгонки красящего вещества (для большинства групп сублимирующихся красителей приблизи-

тельно от 150°С) и верхним температурным пределом термостойкости субстрата;

— для времени термоперевода — ограничивается нижним пределом, зависящим от времени полуперехода 01 /2) красителей на субстрат (для большинства дисперсных красителей — от 10-12 с до 40 с), верхний же предел определяется производительностью процесса термоперевода и, как правило, приблизительно в 1,5-2 раза превышает ^/2» что обеспечивает достаточный («70%) выход красителя на субстрат при данной температуре;

— для давления термоперевода - ограничивается верхним пределом, определяющим заметное ухудшение поверхностных свойств субстрата (например, для большинства синтетических тканей рекомендуется величина давления термоперевода не более 14,7 кПа). С другой стороны, этот параметр не должен быть слишком малым, т.к. диффузионный характер переноса изображения на субстрат приводит к графическим искажениям, которые тем заметнее, чем больше расстояние между слоем краски на бумаге и субстратом, определяемое давлением термоперевода.

На основании вышеизложенного для исследуемых субстратов (лавсановая ткань и плёнка, капроновая ткань, ПВХ-пластик и УФ-отверждаемое покрытие на металле) нами были определены основной уровень и интервалы варьирования переменных факторов.

В результате осуществления эксперимента в соответствии с матрицей ОЦКП второго порядка для четырёх переменных факторов и расчёта коэффициентов регрессии, отсева незначимых коэффициентов, получены математические модели процесса переводной термопечати для исследуемых субстратов.

В качестве примера для ткани из 100% капронового волокна в табл. 8 показаны основной уровень, интервалы варьирования переменных факторов и системой (12) представлена математическая модель процесса сублимационной переводной термопечати.

Нами установлено, что целью оптимизации процесса переводной термопечати чаще всего может быть:

а) достижение необходимой интенсивности или оптической плотности (в том числе и максимально возможной)

изображения на субстрате при максимально возможном использовании количества красителя из слоя краски промежуточного изображения на бумаге;

Таблица 8

Основной уровень щ и интервалы варьирования Ах, переменных факторов для полиамидных тканей

Оптическая плотность красок, Б, Х] Температура, °С, Л"2 Время, с, Л'з Давление, кПа, л-4

Ж п г Ч

0.70 0,80 0,95 0,90 195 25 15,31

Лх, 0,10 0,10 0,10 0,10 10 7 5,10

Уровни изменения переменных факторов:

0,80 0,90 1.05 1,00 205 32 20,41

-1 0,60 0,70 0,85 0,80 185 18 10,21

Величины звёздного плеча при а= 1.414:

+а 0,84 0,94 1,09 1,04 209 35 22,45

-а 0,56 0,66 0,81 0,76 181 15 8,16

Примечания: Капроновые волокна выдерживают кратковременный нагрев до 212°С без существенного изменения своих свойств.

Вгж= 1.0669+0,0786-и-0.0б41о+0,0422^,+0,0239с4-0,021 Ои,= 0.8483+0,0723^,п+0,0087<:3+0,0069^-0.0094г!п^+

т0,0100^1 0263^^4+0,026821п2+0,0137<з2+0.0162<142 Дг= 1,1369+0.0670^1 ,+0,0670^2+0,0363^3+0,0131^11^2+ (12) +0.0138г1гг4-0.0249г2сз-0.0137г2<и-0,018Цзч-

-0,0303г1г2-0,0240^2 /Лч= 0,8595+0,0754^4+0,0382^+0,0219^+0.0162^+ +0.008 и1чг5++0,0118г1ч*3-0,023 Ц^йгО,0812*2*3" -0,013Ц2г4+0,0370*1ч2+0,0269г22+0,0295^2

б) максимально возможное увеличение производительности процесса на наиболее медленной стадии — термоперевод промежуточного изображения с бумаги на субстрат, -без заметной потери качества изображения;

в) достижение цветового баланса "по серому" при воспроизведении многокрасочных изображений.

Достаточно часто приходится решать задачи оптимизации данного процесса и при объединении вышеуказанных возможных целей. Так, например, часто достижение цветового баланса "по серому" связывается одновременно и с достижением максимально возможной интенсивности получаемого изображения на субстрате, а также и с максимально возможной производительностью процесса.

Таким образом, расчёт оптимальных технологических параметров процесса, в зависимости от имеющейся информации о режимах и в соответствии с целью, которую преследуют, сводится к следующим вариантам:

1. Известны: ¿>д и Необходимо определить - Т, г и р. Производят подстановку известных факторов в модель (10), и в результате чего получают систему из четырёх нелинейных уравнений с тремя неизвестными. Определение режима термоперевода производят одним из методов численного решения системы нелинейных уравнений, например, модифицированным методом Ньютона. Так как в данном случае необходимо найти три неизвестных величины, то достаточно системы трёх уравнений. Для этого исключается частная.. модель, описывающая процесс воспроизведения изо; бражёния чёрной краской, поскольку данная краска не влияет на цветовой баланс по серым тонам. При поиске решения полученной системы накладываются ограничения на ожидаемый результат — нижние и верхние пределы возможного (или желательного) изменения для Т, t и р.

Данный вариант, как правило, используется на первоначальной стадии при разработке технологии переводной термопечати для нового материала, при этом, если значения Вт\ уже известны, то значения задаются относительно произвольно с учетом рабочих толщин красочных слоев на бумаге (для офсетной печати, например, выбирается приблизительный диапазон 1,0-1,6 мкм). Решение модели (10) фактически дает оптимальный режим термоперевода для исследуемого субстрата, обеспечивающий правильную цветопередачу (иначе — цветовой баланс по серым тонам) при воспроизведении многокрасочной иллюстрации. Далее, после определения режима термоперевода производится уточнение значений 0(п и интервалов их допустимых изменений.

2. Известны: Р^, Т. Г и р. Необходимо определить: При подстановке известных величин в (10), каждое из частных математических моделей трансформируется либо в квадратный трёхчлен, либо в линейное уравнение с одним неиз-вестньш. Далее следует стандартное решение этих уравнений относительно искомой величины. Этот вариант используется при уточнении значений денситометрических норм печатания на бумаге при известном режиме термоперевода, а также

для расчёта допустимых отклонений этих норм с учётом допусков режимов переводной термопечати.

Таблица 9

Технологические режимы переводной термопечати для воспроизведения многокрасочных иллюстраций на ряде синтетических

субстратов

Субстрат Режим термоперевола Dp. по цветным краскам

ГС U с р, кПа Ж П Г

Лавсановая ткань 215 22 17,66 0,65-0,83 0,72-0,92 0,86-0,97

Лавсановая плёнка

п/матовая ПН-ЧКТ-1 210 25 24.53 0,62-0,75 0,79-0,90 0,90-1,04

УФ-отверждаемое

покрытия на металле 225 30 61,22 0,62-0,74 0,79-0,90 0,87-1,02

Капроновая ткань 201 31 14,70 0,68-0,72 0,73-0,94 0,85-1,04

ПВХ-пластик 151 23 15,43 0,64-0,71 0,73-0,83 0,92-1,00

Примечания: а) Допустимые отклонения для режимов термоперевода: Д Т - +5°С, ДГ = ±1 с и Ар ~ ±2,45 кПа. Эти значения представляют собой величины стандартной точности работы контрольно-управляющих устройств большинства термопрессов: б) Значение Д-, для чёрной краски определяется максимально достижимой оптической плотностью на субстрате при толщине красочного слоя на бумаге около 2 мкм, что соответствует £>б = 1,00-1,04 Б.

Таблица 10

Технологические режимы переводкой термопечати для воспроизведения изображений с максимально возможной интенсивностью на ряде синтетических субстратов

Субстрат Режим термоперевода Dri по краскам

ГС г. с р., кПа Ж П г Ч

Лавсановая ткань 220 25 20,1! 1,61 1.5S 1.55 1.19

Лавсановая плёнка п/матовая

ПН-ЧКТ-1 215 30 27.00 1,87 1,59 2,45 1,62

УФ-отверждаемое покрытия на

металле 230 33 64.41 1.75 1,67 1.90 1,55

Капроновая ткань 206 32 17,15 1.33 1,21 1.29 1,07

ПВХ-пластпк 156 23 16.00 1,42 1,40 1,69 1,23

Примечание: Значения (в скобках указана соответствующая этой зональной оптической плотности толщина красочного слоя на бумаге) для всех субстратов, соответственно по краскам: жёлтая - 0,84 Б (2,27 мкм), пурпурная - 0,94 Б (2,07 мкм), голубая - 1,09 Б (1,91 мкм), чёрная - 1,04 Б (2,02 мкм).

3. Известны: Рд, Т. tup. Необходимо определить: Z)Tj. Решение — подстановка в (10) известных значений и вычис-

ление искомой величины. Этот вариант, как правило, применяется при необходимости прогнозирования значений Д,. Используется для получения какой-либо нестандартной продукции, например, печать плашек для окраски ткани в заданный цвет.

4. Необходимо определить какой-либо один из факторов режима термоперевода (Т, t или р) при известных остальных. Решение — аналогично п. 2. Этот вариант часто используется при необходимости корректировки одного из режимов термоперевода. Например, с целью повышения производительности процесса термоперевода производится перерасчёт времени с учётом возможно допустимых минимальных потерь качества изображения.

Возможны и другие варианты решения системы (10), но они почти не имеют практического значения.

В табл. 9 и 10 показаны результаты расчёта технологических режимов переводной термопечати на основе офсетного способа печати промежуточного изображения на бумаге для ряда субстратов.

В процессе печатания часто требуется воспроизводить различные смесевые цвета для выполнения фоновых работ. Нами разработана система смешения офсетных сублимационных красок серии 2553 на основе шкал цветового охвата. Шкалы наглядны и относительно просты в изготовлении. Несмотря на то что каждое поле такой шкалы образовано фактически заранее известной смесью из трёх красок (известна поверхностная концентрация каждой краски через относительную площадь растровой точки), расчёт данной смеси для обычных полиграфических красок осложняется из-за дискретного строения красочного поля и недостаточной прозрачности красок. При расчёте смеси это может привести к существенным ошибкам.

Анализ механизма формирования изображения в переводной термопечати позволил сделать следующие предположения.

1. Диффузионный механизм формирования изображения с бумаги на субстрат способствует почти полному исчезновению его растровой структуры, т.е. дискретности.

2. При сублимации красителей из слоя печатной краски и диффузии в газообразном состоянии в субстрат происходит

смешение их между собой, т. е. отсутствует влияние порядка наложения красок.

3. Термопереводное изображение на субстрате прозрачно, так как краситель распределён в нем преимущественно в мономолекулярном состоянии.

Для расчёта красочных смесей был изготовлен альбом цветов, который включает восьмипольные шкалы цветового охвата, выполненные на бумаге и 100%-й полиэфирной ткани. Фотоформы шкал изготовлены с линиатурой растра в 60 л/см, градация полей для каждой краски через 5°™' составляет, %: 0, 10, 20, 35, 50. 65, 80 и 100. Такая градация соответствует приблизительно цветовому различию в 10 ед. АЕ двух рядом расположенных полей шкалы (т.е. соседние поля легко визуально различимы). Расчёт рецептуры смеси каждого поля шкалы производится по следующему выражению:

ш, х 100% . ш2 х 100% . т3 х 100% т, + т2 + т3 т, + т2 + т3" т, + т, + т3 где Wj =5JOTH7ijPj — количество i-той краски (i = 1. 2, 3). выраженное через поверхностную массу, г/см2; 5°т"' - относительная площадь растровой точки j-того поля шкалы. %; Aj -толщина красочного слоя на j-том поле шкалы, см; pj -удельная масса i-той краски, г/см3.

Экспериментальная проверка работы предлагаемой системы смешения офсетных сублимационных красок на основе шкал цветового охвата (выборочно с использованием таблиц случайных чисел воспроизведено 5% общего количества смесей) показала, что ошибка при получении заданного цвета смесью на превышает 5,5 ед. &£.

Разработанная система реализована в "Альбоме цветов смешения офсетных красок". Он содержит 8 блоков восьми-польных шкал цветового охвата, выполненных на полиэфирной ткани и переводной бумаге. Всего альбом содержит 511 цветов, из них бинарных смесей 147 и тройных 343. К блокам альбома приложены таблицы, в которых содержится информация о координатах цвета для каждого поля, рецептуре смешения в массе и денситометрических нормах на печать смесями промежуточного носителя — бумаги.

Основные выводы

1. Впервые с помощью метода ИК-спектроскопии исследовано состояние дисперсных красителей в полиэтилен-терефталатном субстрате. На примере трёх дисперсных красителей, представителей различных классов (1-аминоантра-хинона, 2,4-динитро-4'-оксидифениламина и 2-окси-5-ме-тил-4'-ацетиламиноазобензола), установлено что, красители в исследуемом субстрате находятся преимущественно в мономолекулярном состоянии.

2. Впервые с помощью метода ИК-спектроскопии исследована природа связи на примере десяти дисперсных красителей (восемь - производные аминоантрахинона, и по одному - азо- и дифениламиновый производных) с полиэти-лентерефталатным субстратом (табл. 8*).

2.1. Установлено, что дисперсные красители удерживаются в исследуемом субстрате в основном за счёт универсальных межмолекулярных взаимодействий и, частично, за счёт водородных связей.

2.2. Определён относительный вклад водородных связей в энтальпию испарения дисперсных красителей, который колеблется в пределах от 8 до 25%.

2.3. Определён относительный вклад энтальпии межмолекулярных водородных связей (МВС) в общую энергию взаимодействия дисперсных красителей с синтетическим субстратом. Этот вклад составляет, в зависимости от химического строения красителя, до 13%.

2.4. Энтальпия МВС красителя с полиэтилентерефта-латном из расчёта на один донор водорода составляет в среднем 6,6 кДж/моль.

2.5. Анализ литературных данных показал, что величины сродства и тепловые эффекты крашения не зависят от вида субстрата и определяются только химических строением красителей. Таким образом, выводы 2.1 — 2.4 вполне можно распространить и на другие виды синтетических субстратов.

3. Исследованы диффузионные явления в процессе сублимационной переводной термопечати. В результате исследований впервые определены методом сравнения концентрационных профилей коэффициенты диффузии дисперсных

* Табл. 2 настоящего реферата.

красителей (жёлтый 3, жёлтый прочный 2К, розовый Ж и синий К) в плёнке лавсана при различных температурах, а также энергии активации диффузии и предэкспоненциаль-ный множитель в уравнении Аррениуса. Это позволило получить температурные зависимости коэффициентов диффузии дисперсных красителей в исследуемом субстрате. Кроме этого, метод сравнения концентрационных профилей позволил статистически оценить доверительные интервалы полученных констант. Коэффициенты диффузии для этих красителей в диапазоне температур от 190 до 220°С находятся в пределах от 0,5 до 3,0x10"12 м2/с, энергия активации диффузии - от 67,6 до 89,3 кДж/моль, предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса — от 4,1х10~5 до 9,6х10"3 М2/С.

4. При изучении диффузионных явлений процесса произведена теоретическая (математическая модель на основе закона Фика) и экспериментальная оценка распределения дисперсных красителей в объёме полиэтилентерефталатного плёночного субстрата. В результате впервые установлено, что максимально фиксируемая глубина проникновения дисперсных красителей, входящих в триаду офсетных сублимирующихся красок серии 2553, в плёночный субстрат в зависимости от режима термоперевода не превышает 12-24 мкм.

5. Впервые исследованы деформационные свойства де-кельных материалов при повышенных температурах, используемых в термопрессах. В качестве декельных материалов термопрессов следует использовать термостойкие резины (типа ТМКЩ) и бумаги типа "крафт".

6. Впервые разработана система смешения офсетных сублимирующихся красок на основе расчёта по шкалам цветового охвата рецептур смесевых красок. Изготовлен "Альбом цветов смешения офсетных сублимационных красок'" на базе серии 2553 для 511 цветов, воспроизводимых на тканевых и плёночных лавсановых материалах.

7. Разработана система оптимизации процессов переводной термопечати, которая включает следующие этапы: а) определение денситометрических норм и допусков печатания на субстрате; б) построение математической модели процесса; в) расчёт оптимального технологического режима по ма-

тематической модели относительно установленных денсито-метрических норм и допусков.

8. Разработан метод расчёта денситометрических норм на базе математического моделирования воспроизведения нейтральных серых полей автотипным синтезом. Определен критерий оптимизации, позволяющий оценивать баланс изображения "по серым тонам". На основе этого метода определены денситометрические нормы для лавсановой ткани и плёнки, капроновой ткани, ПВХ-пластика и УФ-отверждае-мого покрытия на металле (табл. 34*).

9. Разработан метод расчёта допустимых отклонений от денситометрических норм на основе принципа дискретности ощущения цвета. Рассчитаны допуски для субстратов, указанных в п. 8, с использованием разработанного метода (табл. 36*).

10. С использованием метода ортогонального центрального композиционного планирования второго порядка для четырёх переменных факторов, построены математические модели процесса сублимационной переводной термопечати для исследуемых субстратов, указанных в п. 8.

11. Произведена оптимизация процесса сублимационной переводной термопечати для исследуемых субстратов (п.8). Установлены режимы печатания промежуточного изображения сублимирующимися офсетными красками серии 2553 на бумаге и режимы термоперевода этого изображения на исследуемые субстраты. Технологические режимы печатания и термоперевода показаны в табл. 45 и 46** .

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. A.B. Сафонов, М.Е.Перельсон, Д.Ю.Климов. Исследование механизма закрепления дисперсных красителей на синтетических материалах при переводной термопечати. — М., НИЦ "Информпечать", Ф№210, БИ Полиграф, пром., №9, 1985.

2. A.B. Сафонов. Офсетные краски для термопереводной печати. - М., НИЦ "Информпечать", Ф№211, БИ Полиграф, пром., №9, 1985.

3. A.B. Сафонов. Исследование офсетных бумаг в качестве промежуточного носителя для сублимационной термопереводной

* Табл. 7 настоящего реферата.

** Табл. 9 и 10 настоящего реферата.

печати. - М., НИЦ "Информпечать", Ф№212, БИ Полиграф, пром., №9, 1985.

4. A.B. Сафонов, Д.Ю.Климов. Переводная термопечать на синтетических материалах. - М.. Полиграфия, №10, 1985, сс. 2224.

5. A.B. Сафонов, М.Е.Перельсон, Д.Ю.Климов. Роль водородных связей в закреплении дисперсных красителей на полиэфирном волокне // Материалы Всесоюзн. НТК "Теория и практика отделки текстильных материалов". — М., МТИ, 1986.

6. А.В, Сафонов, И.И.Синяков, Д.Ю.Климов. Технологические режимы переводной термопечати на синтетических материалах // Материалы Всесоюзн. НТК "Теория и практика отделки текстильных материалов". — М., МТИ, 1986.

7. М.Е.Перельсон, A.B. Сафонов, Д.Ю.Климов. О состоянии дисперсных красителей в полиэфирных субстратах, окрашенных способом переводной термопечати. - М., НИЦ "Информпечать", №ф293, БИ Полиграф, пром., №4, 1987.

8. A.B. Сафонов. Цветовые характеристики офсетных сублимационных красок на различных синтетических материалах // Материалы Республ. НТК "Вклад молодых ученых и специалистов в ускорение НТП в полиграф, пром-сти" — Киев, 1987.

9. A.B. Сафонов, И.И. Синяков. Технологические режимы переводной термопечати на лавсановых материалах на основе офсетного способа // Материалы Республ. НТК "Вклад молодых ученых и специалистов в ускорение НТП в полиграф, пром-сти". - Киев, 1987.

10. A.B. Сафонов, М.Е. Перельсон, И.В.Крутовская, В.В.Карпов. Взаимодействие аминоантрахиноновых красителей с полиэфирными субстратами, окрашенными способом переводной термопечати. - М., Журнал прикладной химии 1988, №11, сс. 2604-2607.

11. A.B. Сафонов, И.И. Синяков. Математическое моделирование процесса переводной термопечати на синтетических материалах и режимы термоперевода // Межвузовский сб. научн. трудов "Проблемы технологии печатных процессов". - М., МПИ, 1988, сс. 67-75.

12. A.B. Сафонов, И.И. Синяков, В.В. Акишин. Управление процессом переводной термопечати на основе математического моделирования // Межвузовский сб. научн. трудов "Выч. техника в полиграфии: современные тенденции развития", М., МПИ, 1989, вып. 3, сс. 47-52.

13. A.B. Сафонов. Система смешения офсетных сублимационных красок на основе шкал цветового охвата. - Текстильная промышленность, 1990, №1, сс. 45-48.

14. A.B. Сафонов. Метод расчета допустимых отклонений денситометрических норм для переводной термопечати // Материалы 2-ой Всесоюзной НТК Молодых ученых и специалистов отрасли в г. Телави. - М., ВНИИПолиграфии, 1990.

15. A.B. Сафонов, О.В. Гусева. Денситометрические нормы для переводной термопечати офсетными сублимирующимися красками термопечати // Материалы IX-ой Всесоюзная НТК по спец. видам печати. — Киев, 1990.

16. A.B. Бондаренко, A.B. Сафонов, В.П. Тихонов. О подборе красочных композиций для печати на натуральных тканых материалах // Межведомственный сб. научн. трудов "Перспективы развития печатных и брошюровочно-переплетных процессов". — М., МПИ, 1990, сс. 50-57.

17. A.B. Сафонов. Исследование влияния режимов переводной термопечати на полноту использования офсетных сублимационных красок // Межведомственный сб. научн. трудов "Перспективы развития печатных и брошюровочно-переплетных процессов". - М., МПИ, 1990, сс. 84-90.

18. A.B. Сафонов. Обобщенные представления о механизме формирования изображения в способах переводной термопечати // Материалы 34-ой Юбилейной НТК проф.-преп. состава, научн. сотр. и асп., поев. 60-летию МПИ. — М., 1990.

19. А.К. Буланов, Ю.С. Андреев, A.B. Сафонов. Влияние временного фактора на качество термопереведенного изображения на субстрат // Материалы 34-ой Юбилейной НТК проф.-преп. состава, научн. сотр. и асп., поев. 60-летию МПИ. - М., 1990.

20. A.B. Сафонов, B.C. Куликов, М.В. Романишкина, Д.Г.Романишкин. Распределение дисперсных красителей в объёме субстрата в условиях переводной термопечати // Межведомственный сб. научн. трудов "Технология полиграфии: физико-химические проблемы". - М., МПИ, 1991, сс. 101-106.

21. А.К. Буланов, Ю.С. Андреев, A.B. Сафонов. Градационная характеристика и светорассеяние для растровых изображений, полученных на различных тканях методом переводной термопечати. - Полиграфия, 1992, №5, сс. 13.

22. A.B. Сафонов. Оценка деформационных свойств декель-ных материалов для переводной термопечати // Межведомственный сб. научн. трудов "Технология полиграфии: физико-химические проблемы". - М., МГАП "Мир книги", 1993, сс. 83-87.

23. A.c. 1666366 (СССР). Способ переводной термопечати сублимационными красками на твердых покрытиях / A.B. Сафонов // Бюл. №28, 1991.

24. A.B. Сафонов, Т.А. Борисова. Исследование диффузионных характеристик красящих веществ для переводной термопечати // Материалы 35-ой НТК проф.-претт. состава, научи, сотр. и асп. - М., ИПЦ МГАП, 1994.

25. A.B. Сафонов, С.М. Якушев, JI.K. Дмитриева, М.И. Воскресенский. Технология переводной термопечати на синтетических материалах для изготовления печатной продукции малыми тиражами // Материалы 1-ой Международной конференции "Информатизационные технологии в печати". — М., ИПЦ МГАП, 1994.

26. A.B. Сафонов. Разработка и производство термопереводных изображений (ТПИ) офсетным способом на бумаге для сублимационной переводной термопечати // Материалы Научно-практической конференции "Перспективные материалы и изделия лёгкой промышленности". — С.-Петербург, СПГУДТ, 1994.

27. И.Г. Овечкина, М.В. Зеленская, A.B. Сафонов. Технология сублимационной переводной термопечати на модифицированной ткани из хлопчатобумажного волокна // Материалы 11-ой Международной научной конференции "Информатизационные технологии в печати". — М., ИПЦ МГАП, 1995.

28. A.B. Сафонов. Использование переводной термопечати при производстве кредитных карточек // Материалы 11-ой Международной научной конференции "Информатизапионные технологии в печати". - М., ИПЦ МГАП, 1995.

29. И.Г. Овечкина, A.B. Сафонов. Разработка красочной композиции для переводной термопечати на тканях из хлопчатобумажных волокон // Материалы IT-ой Международной научной конференции "Информатизационные технологии в печати". — М., ИПЦ МГАП, 1995.

30. A.B. Сафонов. Технология сублимационной переводной термопечати. - М., ИПЦ МГАП, 1995, 148 с.

31. В.Ю. Конюхов, A.B. Сафонов. Исследование диффузии дисперсных красителей в плёнке полиэтилентерефталата // Межведомственный сб. научн. трудов "Технология полиграфии: физико-химические проблемы". — М., МГАП "Мир книги", 1995, сс. 72-79.

Соискатель:

Набор и вёрстка - A.B. Сафонов.

Сдано в набор 01.10.96 г. Подписано в печать 08.10.96 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная №1. Гарнитура "Тайме". Печать трафаретная. Объём 2 уч.-изд. д., тираж 100 экз. Заказ № 377

Отпечатано в ИПЦ МГАП 127550, Москва, ул. Прянишникова, 2а