автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Особенности флексографской печати УФ-отверждаемыми красками на невпитывающих поверхностях

На правах рукописи

005059371 Л

ДМИТРИЕВ ЯРОСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ФЛЕКСОГРАФСКОЙ ПЕЧАТИ УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫМИ КРАСКАМИ НА НЕВПИТЫВАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации)

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 МАЙ

Москва-2013

005059371

Работа выполнена на кафедре «Технология печатных и послепечатных процессов» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Климова Елена Дмитриевна

Официальные оппоненты: Конюхов Валерий Юрьевич

доктор химических наук, профессор заведующий кафедрой «Физическая химия» РХТУ имени Д.И. Менделеева

Васина Юлия Анатольевна

кандидат технических наук, продукт-специалист ЗАО «Реалайн»

Ведущая организация: ООО ВНИИ «Полиграфии»

Защита диссертации состоится « 06 » июня 2013 г. в 14 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д. 212.147.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова» по адресу 127550 Москва, ул. Прянишникова, д.2а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУП имени Ивана Федорова.

Автореферат разослан « 30 » апреля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.147.01 доктор технических наук, профессор

ф о

¡шУ}

Е.Д. Климова

Актуальность темы исследования

Основной задачей любого печатного процесса является получение оттиска, отвечающего основным требованиям по качеству изображения, а также максимально приближенного к воспроизводимому оригиналу. В настоящее время флексографская печать особенно популярна при производстве таких видов продукции как газеты, упаковка и этикетка. К особенностям флексографской печати можно отнести тот факт, что в отличие от других видов печати здесь используется множество невпитывающих запечатываемых материалов: полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), которые получили наиболее широкое распространение, как за рубежом, так и в России в качестве упаковочных и этикеточных материалов. В тоже время существует множество печатных красок, отличающихся друг от друга способами закрепления на оттиске, а, следовательно, различным по составу и своим технологическим характеристикам. Наиболее активно в последнее время развивается сектор печати УФ-отверждаемыми красками, которые активно совершенствуются и завоевывают рынок производства печатной продукции, в особенности производство упаковки и этикетки. Благодаря своим неоспоримым преимуществам: высоким прочности и глянцу, стойкости к различным химическим веществам, мгновенному отверждению после нанесения на невпитывающий запечатываемый материал. УФ-отверждаемые краски позволяют фирмам производителям улучшать качество, привлекательность продукции, расширять потребительские характеристики, а также повышать производительность предприятия непосредственно при выпуске упаковочной продукции, что поднимает конкурентоспособность на рынке производства упаковки.

Обилие различных запечатываемых поверхностей и печатных красок до сих пор не позволило разработать единые стандарты и требования к процессам флексографского печатания. В настоящее время флексографская печать все еще уступает другим известным видам печати по качественным характеристикам получаемых оттисков. Среди основных недостатков необходимо отметить ограниченные разрешающую способность и графическую точность печати, высокий прирост цветового тона, проблемы закрепления краски на оттиске, неравномерность красочного слоя, в особенности при получении сплошных запечатываемых областей «плашек». Все это в полной мере относится и к флексографской печати УФ-отверждаемыми красками. Кроме того, печать такими красками имеет ряд особенностей проведения процесса печатания: печать проводится «по-сухому» — жидкая краска наносится на отвержденный красочный слой предыдущей краски, а не на слой сырой краски на оттиске, на процесс влияют факторы, связанные с отверждением красочного слоя под действием УФ-излучения на различных невпитывающих материалах, конструкции флексографских печатных машин, ос-

нащенных «короткими» красочными аппаратами с использованием анилоксовых валов, не позволяют управлять уровнем подачи краски, при ее накате на печатную форму и т. д. В современном полиграфическом производстве задача качественного проведения процесса печатания является одной из важнейших. Учитывая, что исследования в области флексографских печатных процессов в основном направлены на получение практических результатов, без попыток теоретического обобщения данных исследований, необходимо констатировать, что сам флексографский печатный процесс является слабо изученным с теоретической точки зрения. В настоящее время этот факт не позволяет системно и комплексно подходить к вопросам повышения качества продукции, производимой флексо-графской печатью. Актуальность данного исследования заключается в выявлении особенностей проведения флексографского печатного процесса УФ-отверждаемыми красками на невпитывающих поверхностях, определяющих качество получаемого оттиска через анализ теоретических параметров процесса и подтверждение практическими исследованиями.

Цель и задачи работы

Целью исследования является выявление и оценка наиболее важных факторов, определяющих качество проведения флексографского печатного процесса УФ-отверждаемыми краскам на невпитывающих поверхностях. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выявить факторы, определяющие качество оттиска, полученного УФ-отверждаемыми красками на невпитывающей запечатываемой поверхности флексографским способом печати;

- разработать способ оценки их влияния на качество печати;

- оценить влияние этих факторов на качество полученного оттиска;

- дать рекомендации по применению разработанного способа и повышению качества оттисков на производстве.

Научная новизна работы

Выявлены основные факторы, влияющие на качество оттиска, отпечатанного флексографским способом УФ-отверждаемыми красками на невпитывающей поверхности:

- равномерность наката краски на печатную форму;

- взаимодействие жидкой УФ-отверждаемой краски на границе с отвер-жденным красочным слоем и невпитывающей запечатываемой поверхностью при поливариантном наложении красок.

Показано, что накат краски на печатную форму во флексографском печатном процессе неравномерен, при печати на рабочих скоростях краска входит в зону печатного контакта в виде волнистой поверхности.

Выявлено, что взаимодействие жидкой краски с поверхностью отвержден-ного красочного слоя выше, чем с невпитываюгцей запечатываемой поверхностью.

Решенная научная задача

Исследованы особенности механизма переноса краски в флексографском способе печати, позволившие выявить основные факторы процесса печати УФ-отверждаемыми красками на невпитывающих поверхностях, которые определяют равномерность формируемых на оттиске красочных слоев, что позволило разработать научно обоснованные рекомендации по обеспечению качественного проведения процесса печатания.

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в разработанном способе оценки равномерности нанесения красочного слоя во флексографском печатном процессе, позволяющем универсально управлять этим процессом, обеспечивая повышение качества оттисков при многокрасочной печати.

Реализация результатов исследования

Полученные данные и разработанный способ предполагается использовать при работе с невпитывающими материалами на предприятиях, оснащенных узкорулонными флексографскими печатными машинами для повышения качества продукции.

Апробация работы

Положения диссертационной работы докладывались на Международной конференции молодых ученых PRINT-2009, Санкт-Петербург, 2009 г.; Международной конференции Scientific-practical conference "Innovations of publishing printing and multimedia technologies'2010", Kaunas 2010 г.; 11-й Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Друкарство молоде», Киев, 2011 г.; Научно-технической конференции молодых ученых МГУП 2011 г.; 1-й Всероссийской научно-технической конференции «Исследования в области полиграфии и защиты информации» Тула, 2013 г.; заслушивались на заседаниях кафедры технологии печатных и послепечатных процессов МГУП имени Ивана Федорова.

Публикации

По материалам настоящей диссертации опубликованы 6 печатных работ, включая тезисы докладов на конференциях. В том числе две из них в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, рекомендаций, выводов, списка использованной литературы (81 источник). Общий объем ра-

боты составляет 150 страниц. Основной текст изложен на 140 страницах, включая 46 рисунков и 26 таблиц.

Положения, выносимые на защиту

1. Аналитическая модель формирования красочного слоя на печатной форме в флексографском печатном процессе, позволяющая теоретически описать процесс наката краски на печатную форму;

2. Способ оценки равномерности красочного слоя на печатной форме, позволяющий управлять равномерностью слоя в зависимости от скорости печати и параметров красочного аппарата;

3. Экспериментальное исследование взаимодействия УФ-отверждаемых красок с отвержденными красочными слоями при поливариантном наложении красок, показавшее лучшее взаимодействие жидкой краски с поверхностью отвержден-ного красочного слоя в сравнении с поверхностью полимерной пленки.

Личный вклад соискателя

Личный вклад соискателя состоит во включенном участии на всех этапах процесса, все экспериментальные данные получены, обработаны и интерпретированы соискателем лично.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и детализированы задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ работ посвященных особенностям флек-сографской печати УФ-отверждаемыми красками на невпитывающих материалах, особенностям проведения печатного процесса во флексографии, процессам краскопереноса в красочно-печатных аппаратах флексографских машин взаимодействия краски с невпитывающими материалами.

По результатам анализа работ выделен круг актуальных проблем, возникающих при флексографской печати УФ-отверждаемыми красками на невпитывающих материалах, и сформулированы основные направления дальнейшего исследования

Во второй главе проведен теоретический анализ и обоснование процессов краскопереноса из ячеек анилоксового вала на печатную форму и поведения капель краски на поверхности печатной формы в флексографском печатном процессе.

Современные печатные машины флексографской печати имеют трехцилиндровую систему печатного аппарата (рисунок 1). Вначале краска заполняет полностью ячейки анилоксового вала, далее анилоксовый вал входит в контакт с печатной формой, закрепленной на формном цилиндре. В результате происходит

равномерная дозированная подача краски на возвышающиеся печатающие элементы.

Рисунок 1 - Схема трехцилиндрового печатного аппарата АВ - анилоксовый вал, ФЦ - формный цилиндр, ПЦ - печатный цилиндр

Время взаимодействия капли краски, отданной анилоксовым валом, и слоем краски на форме определяется временем транспортировки краски между точками контакта цилиндров А и В. Это расстояние равно длине дуги АВ, по которой краска переносится от анилоксового вала до зоны печати. Длина дуги ¿ав определяется по формуле:

где: Л - радиус, образующий центральный угол, а - центральный угол. Время переноса краски /пер по дуге АВ определяется по формуле:

1 (2) 'пер у > V*/

где: V- скорость печати.

Для проведения численного эксперимента были измерены величины Ль /?з и а (расстояния между центрами анилоксового вала и печатного цилиндров)

для узкорулонной флексографской печатной машины Arsoma Gallus ЕМ280, специализирующейся по печати на рулонных самоклеящихся материалах УФ-отверждаемыми красками, с максимальной скоростью печати - 150 м/мин.

R, = 37,35 мм;

Ä2 = 58,65 мм (вместе с установленной печатной формой, толщиной 1,14 мм);

Rз = 37,35 мм;

а = 110 мм.

Проведя расчеты, определяем время переноса краски от анилоксового вала к зоне печати для различных скоростей печати. Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Время переноса краски от анилоксового вала к зоне печатного контакта в зависимости от скорости печати_

Скорость печати V, м/мин Время переноса t^p, с

30 0,143

60 0,072

90 0,048

120 0,036

150 0,029

Рассмотрим схему краскопереноса из ячеек анилоксового вала на поверхность печатной формы. Толщина и равномерность красочного слоя определяются параметрами анилоксового вала: шириной ячейки, шириной перемычки, ли-ниатурой. Соотношение ячейка/перемычка указывает на то, какая часть поверхности цилиндра занята ячейками.

На поверхность печатающих элементов формы краска наносится в виде капель, с площадью пятна контакта, равной площади контакта поверхности ячейки с формой (рисунок 26). В процессе переноса краски от анилоксового вала до зоны печати краска растекается по печатающим элементам (рисунок 2в) и должна формировать равномерный слой. Однако как следует из рисунка 2в, для достижения сплошного равномерного слоя капли краски должны сливаться не только краями, но и в точке, максимально удаленной от центров капель. В противном случае профиль красочного слоя на поверхности печатной формы перед входом в зону печати может иметь форму волнистой поверхности, что способно повлиять на равномерность красочного слоя, нанесенного на запечатываемую поверхность.

Ii

б

н

Рисунок 2 - Схема краскопереноса с анилоксового вала на поверхность формы; а - растровый шаг, b - шаг ячейки, с - ширина основания ячейки, h - глубина (высота) ячейки, е - ширина перемычки, 2а - угол раскрытия

Представленная схема ячеек анилоксового вала подтверждается практически фотографией (рисунок 3) поверхности вала фирмы ZECHER с параметрами: линиатура 100 лин/см; краскоемкость 10 см3/м2. Данные съемка выполнена при 400-кратном увеличении на оптическом и растровом электронном микроскопе (РЭМ) Stereoscan-360 фирмы Cambride Instruments (Великобритания).

Рисунок 3 - Микрофотография поверхности анилоксового вала

Скорость растекания капель будет зависеть в первую очередь как от свойств краски: ее вязкости, когезии и т.д., так и от размера капли. При расчете прироста размеров капель краски, поступивших из ячеек анилоксового вала, необходимого для слияния с соседними каплями, учитываем, что форма капли будет круглой, отсюда диаметр ячейки (с/,), равный диаметру капли (<4), и толщина перемычки (Л„) в этом случае определяются как:

(3)

^цкту (4)

где: 5- соотношение размеров ячейки и перемычки, I - линиатура анилоксового вала. Учитывая, что слияние двух капель должно проходить обоюдно с обеих сторон, размер, необходимый для слияния (*/с), каждой капли будет равен: ¿С=<+0,5АП. (5)

Проведем численный расчет прироста размера капель в зависимости от линиатуры анилоксовых валов, используемых во флексографии и соотношения размеров ячейки и перемычки, данные приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Прирост размеров капель краски, необходимый для их слияния на поверхности красочного слоя в зависимости от параметров анилоксового вала

Линиатура Ь, лин/см Ячейка / перемычка Диаметр ячейки <1„ мм Толщина перемычки Л„, мм Размер капли для слияния </с, мм Прирост площади капли Д5, %

40 20 ОД 38 0,0119 0,2440 2,50

60 20 0,159 0,0079 0,1627 2,50

80 20 0,119 0,0060 0,1220 2,50

100 18 0,095 0,0053 0,0974 2,78

110 15 0,085 0,0057 0,0881 3,33

120 15 0,078 0,0052 0,0807 3,33

140 15 0,067 0,0045 0,0692 3,33

400 4 0,020 0,0050 0,0225 12,50

430 6 0,020 0,0033 0,0216 8,33

460 5 0,018 0,0036 0,0199 10,00

500 5 0,017 0,0033 0,0183 10,00

600 5 0,014 0,0028 0,0153 10,00

Из данных, представленных в таблицах 1 и 2 следует, что минимальный прирост площади капли (Д5т;п) на рабочей скорости машины V - 90 м/мин дол-

жен составлять более 2,5 % при времени переноса краски к зоне печати (/пер) более 0,048 с. Данное значение прироста площади капли соответствует линиатуре анилоксового вала - 80 лин/см, с соотношением ячейка/перемычка, равным 20.

Обращаясь к известной схеме флексографского печатного процесса следует отметить, что условия проведения печатного процесса на машине с посекционным УФ-отверждением придают отвержденным красочным слоям специфические свойства: слой, нанесенный и отвержденной в первой печатной секции к четвертой секции получает тройную дозу УФ-излучения. Такой слой может значительно изменять свои физико-химические свойства от секции к секции, а значит, адгезия и смачивание жидкой краской такого слоя могут изменяться в широком диапазоне. Известно, что явление адгезии является сложным и существует, по крайней мере, несколько теорий, объясняющих природу этого явления: адсорбционная, дисперсионная, диффузионная, химическая и т. д. Без точного знания состава используемых печатных красок, а также поэтапных структурных изменений, происходящих в краске в момент УФ-отверждения, невозможно предположить характер и степень изменения адгезионных свойств образующейся поверхности, что, не мешает изучить данные свойства экспериментальным путем.

Итак, адгезия и смачивание являются важными характеристиками, определяющими поведение печатной краски и печатном аппарате флексографской печатной машины, в процессе печати краска в виде капель или пленки взаимодействует с несколькими поверхностями, на каждой из которых адгезия и смачивание будут отличаться и зависеть от структурных свойств и состава материалов. Величины адгезии и смачивания возможно определить эмпирическим путем, при этом необходимо учитывать размеры исследуемых капель, морфологию поверхности, а также условия проведения печатного процесса и отверждения красочных слоев.

При моделировании печатного процесса в машинах с секциями УФ-отверждения после каждой печатной секции необходимо учитывать, что в реальных условиях наложение красок зависит от типа и характера изображения: последовательное наложение всех четырех красок от желтой к черной будет соблюдаться не на всей площади изображения. Напротив, в реальном печатном процессе при последовательном наложении красок возможна ситуация, изображенная на рисунке 4. В данном случае схематично представлен оттиск с последовательно нанесенными на него и отвержденными красками, со следующим порядком наложения: желтая - голубая - пурпурная - черная. Представлены все возможные варианты сочетания красок при данной последовательности.

Рисунок 4 - Схема оттиска с последовательным наложением четырех красок; (t)> (2t), (3t) - одно-, двух- и трехкратное прохождение открытого слоя краски через секцию УФ-отверждения

Как видно из рисунка 4 перед наложением последней краски максимальное число облучений УФ-излучением открытого слоя для одной из красок (в данном случае - желтой) составляет 3 повторения, то есть суммарное время отверждения для данной краски на некоторых участках изображения составляет /'отв = 3 tOTB. Очевидно, что в случае изменения последовательности наложения красок, данная зависимость сохранится, изменится лишь краска, подвергающаяся наибольшему облучению.

Рассмотрим схему печатного цилиндра флексографской печатной машины с установленной секцией УФ-отверждения. Учитывая ширину секции УФ-отверждения (b), а также радиус печатного цилиндра (Rnu), находим центральный угол /? (рисунок 5):

Р = 2- arcsin

Рисунок 5 - Схема печатного цилиндра с установленной секцией УФ-отверждения

Зная центральный угол, находим длину дуги 1т (мм), соответствующую пути, который оттиск проходит внутри секции УФ-отверждения:

ПЦ 180° • (?)

Отсюда время отверждения оттиска (с) с учетом скорости печати V (м/с) составит:

t m

•отв у • W

Оценивать взаимодействие жидкой краски с запечатываемой поверхностью на границе полимерная пленка - печатная краска и отвержденный красочный слой — печатная краска можно различными способами, в данном исследовании предлагается путь оценки адгезионного взаимодействия через определение величины работы адгезии Wa, используя ее вывод из уравнения Дюпре:

+ (9)

где: cos в — косинус краевого угла смачивания запечатываемой поверхности жидкой краской, ижг — поверхностное натяжение жидкой краски.

Третья глава посвящена описанию использованных в процессе исследований материалов, оборудования и методов экспериментального исследования.

Для проведения экспериментальных исследований были выбраны флексо-графские печатные краски марки Flintgroup Flexocure sigma II. Данная краска рекомендуется изготовителем для широкого спектра запечатываемых материалов, в том числе полимерных пленок, что обеспечивается высокой адгезией краски, низким воздействием на печатные формы, высокой концентрацией пигмента, минимальными отклонениями по цвету, стабильными реологическими свойствами и низкой тиксотропией, вязкость красок была измерена на вискозиметре Брукфильда и приведена в таблице 3.

Таблица 3 - Вязкость флексографских красок по Брукфильду (Т = 22 °С, шпиндель №5)

Краска Вязкость т], Па с

Желтая 1,84

Голубая 1,00

Пурпурная 1,36

Черная 1,44

В качестве запечатываемых использовались наиболее часто применяемые во флексографской печати УФ-отверждаемыми красками материалы: полиэтиленовая (ПЭ) и полипропиленовая (ПП) пленки на самоклеящейся основе марки Fasson, а также полиэтилентерефталатовая (ПЭТФ) пленка производства Exxon mobil. Пленки марки Fasson используются для производства самоклеящейся этикетки и рекомендуются изготовителем для нанесения на них изображений тра-

фаретной и флексографской печатью, в том числе и УФ-отверждаемыми красками. Характеристики материалов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Характеристики запечатываемых материалов

Тип материала Производитель Толщина, мм Вес 1 м2, г Подложка

ПЭ Fasson 0,063 66,5 Бумага; акриловый клей

ПП Fasson 0,58 54 Бумага; акриловый клей

ПЭТФ Exxon mobil 0,88 92 нет

Для изготовления печатных форм были использованы тонкие флексограф-ские формные пластины Dupont DPU толщиной 1,14 мм.

Для получения тестовых оттисков использовалось флексографское пробо-печатное устройство Flexiproof 100 UV производства фирмы RK Print (Великобритания).

Для исследования кинетики процесса растекания УФ-отверждаемой флексографской печатной краски по запечатываемой поверхности используется прибор EasyDrop DSA 20Е (Германия). Данное устройство позволяет как в лабораторных условиях так и на производстве контролировать процесс измерения краевого угла смачивания, рассчитывать свободную энергию поверхности, поверхностное и межфазное натяжение. Прибор оснащен автоматической системой дозирования, позволяющей получать капли заданного размера, видеокамерой, работающей в режиме съемки как фото, так и видео изображения, с регуляцией подсветки и резкости изображения, запись видео проводится с шагом до 0,008 с, программное обеспечение DSA1 позволяет получать величины краевого угла смачивания, свободной энергии поверхности, работы адгезии и поверхностного натяжения различными методами, кроме того, дает возможность графического отображения полученных данных, а также позволяет сохранять данные для последующей обработки.

Тестовые оттиски были получены на флексографском пробопечатном устройстве Flexiproof 100 UV. При печати использовались все три запечатываемых материала, печатные краски наносились «от светлого к темному» в следующей последовательности: желтая - голубая - пурпурная - черная. Данная последовательность хотя и не является классической, однако на практике часто применяется при печати флексографскими УФ-отверждаемыми красками в печатных машинах с установленными секциями УФ-отверждения после каждой печатной секции. При печати использовался принцип максимального времени отверждения наиболее светлых тонов для гарантированного отверждения данных красок, обладающих наименьшим полезным поглощением УФ-излучения. В результате

были получены оттиски со следующими последовательностями наложения красок::

- желтая;

- желтая + голубая;

- желтая + голубая + пурпурная;

- желтая + голубая + пурпурная + черная.

Скорость печати V= 90 м/мин. Для оттисков были выбраны три времени отверждения (с). Причем f07Bl = f0TB, t0TB2 = 2/от», /ота3 = 3/OTB. По формулам (6-8) было определено время отверждения: /ота = 0,054с, отсюда f0TB, = 0,054с, i0TO2 = 0,108с,/ота3 = 0,162с.

Для оценки кинетики растекания капель жидкой флексографской печатной краски по поверхности запечатываемого материала и отвержденному красочному слою, а также для оценки взаимодействия капель краски с запечатываемой поверхностью использовалось программное обеспечение DSA1, поставляемое в комплекте с прибором EasyDrop DSA 20Е. В данном программном обеспечении заложено несколько методов оценки формы капли, базирующиеся на известных методах измерения краевого угла смачивания. В программном обеспечении DSA1 используется несколько математических моделей определения краевого угла смачивания:

- тангенциальный метод 1;

- тангенциальный метод 2;

- метод «длины-ширины»;

- метод круга;

- метод Юнга-Лапласа;

Для проведенных экспериментальных измерений использовался метод круга, т.к. результаты расчета по данной модели обладают высокой корреляцией с наиболее точными тангенциальными методами и методом Юнга-Лапласа и значительно превосходят по точности метод «ширины-высоты». В тоже время производительность данного метода и отсутствие ошибок при расчетах меньше, чем у всех выше перечисленных методов. Полученные результаты измерений были статистически обработаны по методу медианы в программе Microsoft Excel.

На устройстве EasyDrop DSA 20Е было измерено поверхностное натяжение по методу висячей капли для четырех исследуемых красок (желтой, голубой, пурпурной и черной), применяемых при печати флексографским способом, результаты представлены в таблице 5.

На приборе EasyDrop DSA 20Е были проведены исследования кинетики растекания капель флексографской печатной краски на образцах флексограф-ских печатных форм, не содержащих краску и с нанесенным на поверхность

форм жидким красочным слоем. Были определены величины краевого угла смачивания (8,°) и прироста площади капель (Д5,%). Также были проведены исследования адгезионного взаимодействия капель флексографской печатной краски Flintgroup Flexocure sigma II с поверхностью ранее нанесенного отвержденного красочного слоя и запечатываемого материала. С помощью программы DSA1 были определены величины краевого угла смачивания (0,°) и работы адгезии (Ц\, мН/м). Данные были обработаны в программе Microsoft Excel с применением функций математической статистики по методу медианы.

Таблица 5 — Поверхностное натяжение флексографских красок Flintgroup Flexocure sigma II, измеренное по методу висячей капли

Краска Поверхностное натяжение а, мН/м

Желтая 43,84

Голубая 43,82

Пурпурная 44,13

Черная 46,78

На рисунке 6 представлены фотографии капли краски, растекающейся по поверхности неотвержденного красочного слоя в различные моменты времени растекания /, полученные в программе ББА! при проведении эксперимента.

Рисунок 6 - Фотографии капли в различные моменты времени растекания I а - 0 с, б - 1 с, в - 1,8 с, г - 20 с

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований кинетики растекания капель жидкой краски по поверхности сухой печатной формы и формы с нанесенным красочным слоем, а также исследования адгезионного взаимодействия между отвержденными красочными слоями или запечатываемым материалом и жидкой УФ-отверждаемой краской.

На рисунках 7-8 приведены графики зависимости краевого угла смачивания и площади капель от времени растекания при нанесении жидкой краски на поверхность сухой флексографской формы (рисунок 7) и неотвержденного красочного слоя (рисунок 8).

1 -Желтая з------Пурпурная

2--Голубая 4— -Черная

Рисунок 7 - Графики зависимости краевого угла смачивания 0 (слева) и прироста площади капли АЛ' (справа)от времени растекания / краски по сухой форме

1 -Желтая з------Пурпурная

2--Голубая 4----Черная

Рисунок 8 - Графики зависимости краевого угла смачивания 0 (слева) и прироста площади капли Д5 (справа) от времени растекания I краски по неотвержденному красочному слою

Анализируя графики, можно сделать вывод, что с течением времени краевой угол смачивания уменьшается, а площадь капель увеличивается причем, если тенденция этих изменений для всех красок одинакова, то скорость изменений различна.

При анализе графиков на рисунке 7, необходимо учитывать формулу (2). Согласно ей анализировать необходимо весь диапазон времени растекания, поскольку печать на скоростях работы машины в режиме приладки может не превышать 3-5 м/мин. В соответствии с формулой (2) при скорости печати V -5 м/мин время переноса tпер для машины Arsoma Gallus ЕМ280, будет равно

0.858 с. При данном времени минимальный прирост площади капли составит 9,5 %. Из представленных результатов и данных таблицы 2 следует, что равномерный слой будет формироваться при нанесении на сухую форму при скорости машины не более 5 м/мин и линиатуре анилоксового вала не более 360 лин/см. Переходя к анализу графиков на рисунке 8, нужно исходить из данных таблицы

1. Согласно им, наиболее интересным для анализа является участок графиков от t = 0 с до / = 0,143 с - предельного времени переноса краски. На данном участке получаем предельный прирост площади капель не более 3,5 %, а на участке, равном половине указанного диапазона, до t = 0,0725 с - не более 1,6 %.

Из представленных результатов и данных таблиц 1 и 2 следует, что при печати на рабочих скоростях (90 м/мин и более) растекание капель по поверхности печатной формы не позволяет каплям формировать равномерный слой, т. к. они не успевают сливаться даже своими краями. Таким образом, в процессе печати профиль красочного слоя, входящего в зону печати, может иметь форму волнистой поверхности.

Необходимо отметить, что предложенный способ оценки равномерности красочного слоя на поверхности печатной формы, основываясь на теоретических расчетах и экспериментальных данных, позволил спрогнозировать профиль красочного слоя на поверхности формы. Данный способ можно применять при работе с любыми флексографскими печатными машинами, подставляя данные для конкретных машин, анилоксовых валов и печатных красок.

После попадания в зону печатного контакта краска начинает взаимодействовать с поверхностью либо непосредственно запечатываемого материала, либо отвержденного красочного слоя предыдущих красок. На первый план выходят силы адгезии, призванные удерживать краску на поверхности материала. На силы адгезии значительное влияние будут оказывать характеристики запечатываемого материала (красочного слоя) на который наносится краска.

На рисунке 9 построены графики зависимости краевого угла смачивания и работы адгезии от времени взаимодействия с запечатываемым материалом.

Рисунок 9 - График зависимости краевого угла смачивания в (слева) и работы адгезии (Г, (справа) капель желтой краски от времени ? взаимодействия

с запечатываемым материалом; ПЭТФ - полиэтилентерефталат, ПП - полипропилен, ПЭ - полиэтилен

Анализируя графики можно сделать вывод, что наибольшей адгезией краска обладает к полиэтилентерефталату, краевой угол смачивания на полиэтилен-терефталате наименьший, что говорит о лучшем смачивании этого материала краской из трех представленных. Худшие результаты продемонстрировала краска на полиэтилене. Скорость изменения данных параметров примерно одинакова, однако на полиэтилене она несколько выше, чем на двух других.

На рисунках 10—12 приведены графики зависимости краевого угла смачивания и работы адгезии от времени взаимодействия с отвержденными различным временем красочными слоями при печати на ПП. На рисунке 13 приведены графики зависимости работы адгезии от времени взаимодействия с отвержденными различным временем красочными слоями при печати на ПЭ и ПЭТФ.

Проводя комплексный анализ графиков можно отметить, что значение величин краевого угла смачивания и работы адгезии на отвержденных красочных слоях примерно одинаковы и находятся в достаточно узком диапазоне. При этом при переходе от ПЭ к ПП и далее к ПЭТФ эти значения приближаются к значениям запечатываемого материала. В целом голубая и пурпурная краска лучше смачивают поверхность красочного слоя, чем черная краска. Ни в одном случае не удалось выявить зависимость значений краевого угла смачивания и работы адгезии к отвержденным красочным слоям от времени отверждения, изменения хотя и есть, однако не наблюдается явно выраженной зависимости этих изменений.

e,° w„ мн/м

1 -Желтая 3------Пурпурная

2--Голубая 4----Черная

Рисунок 10 - График зависимости краевого угла смачивания 0 (слева) и работы

адгезии % (справа) от времени / взаимодействия жидкой краски с отвержденным красочным слоем при печати на полипропилене, /отв1 = 0,054 с

0, ° Wv мН/м

1-Желтая 3------Пурпурная

2--Голубая 4----Черная

Рисунок 11 - График зависимости краевого угла смачивания б (слева) и работы

адгезии W, (справа) от времени t взаимодействия жидкой краски с отвержденным красочным слоем при печати на полипропилене, í0TB2 = 0,108 с

1ЛГ„ мН/м

0.0 0.2 0,4 0.6 0,8 1,0 1.2 1,4 1.6 1.8 2.0 0,0 0.2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1.4 1,6 1,8 2,0

1-Желтая 3------Пурпурная

2--Голубая 4----Черная

Рисунок 12 — График зависимости краевого угла смачивания 0 (слева) и работы

адгезии ¡¥л (справа) от времени / взаимодействия жидкой краски с отвержденным красочным слоем при печати на полипропилене, /отв3 = 0,162 с

мН/м

мН/м

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

1-Желтая

2--Голубая

3------Пурпурная

4----черная

Рисунок 13 — График зависимости работы адгезии от времени I взаимодействия жидкой краски с отвержденным красочным слоем при печати на полиэтилене (слева) и полиэтилентерефталате (справа), /0ТВ1 = 0,054 с

В целом необходимо отметить, что исследованное взаимодействие красочных слоев с поверхностью запечатываемого материала и между собой показало, что взаимодействие на границе полимерная пленка — жидкая краска ниже, чем на

границе отвержденный красочный слой - жидкая краска. Следовательно, проблемы при многокрасочной печати на невпитывающих материалах могут в первую очередь возникать при печати первой краски по поверхности запечатываемого материала. Кроме того, взаимодействие краски с отвержденными красочными слоями практически не зависит от времени отверждения красочного слоя, тройное время отверждения не снижает данное взаимодействие на сколько-нибудь существенные величины.

По итогам проведенных исследований можно дать следующие рекомендации для работы с УФ-отверждаемыми красками при флексографской печати по невпитывающим поверхностям:

1. При накате краски из ячеек анилоксового вала на печатную форму равномерность красочного слоя будет определяться скоростью растекания капель краски по ее поверхности. Полученные в данной работе результаты показали, что для рассмотренного оборудования и технологического процесса равномерный накат краски на форму достигается при использовании анилоксовых валов с линиатурой ниже 80 лин/см и скорости печати ниже 60 м/мин (1 м/с). Используя предложенный в работе способ, в условиях конкретного производства можно разработать допустимые соотношения между линиатурами анилоксовых валов и рабочими скоростями печатных машин, позволяющие обеспечивать качественный равномерный накат краски на печатную форму.

2. Проведенные исследования показали, что при многокрасочной печати УФ-отверждаемыми красками по невпитывающим поверхностям качество оттиска определяется взаимодействием на границе полимерная пленка — печатная краска. Для получения качественных красочных слоев при печати флексограф-ским способом на невпитывающих поверхностях УФ-отверждаемыми красками необходимо соблюдать известное условие превышения поверхностного натяжения материала над поверхностных натяжением жидкой краски. Из полученных в работе данных следует, что поверхностное натяжение полимерных пленок при их запечатывании УФ-отверждаемыми красками должно быть выше 47 мН/м.

Основные выводы и результаты работы

1. Построена аналитическая модель процесса переноса краски в красочном аппарате флексографских печатных машин, оснащенных анилоксовыми валами. Данная модель позволяет определять время переноса краски от анилоксового вала к зоне печати при различных скоростях печатной машины для конкретного технологического процесса. Выявлено, что для формирования равномерного красочного слоя на поверхности формы капли краски, переданные из ячеек анилоксового вала, должны растекаться и достигать полного слияния в точке, максимально удаленной от центра капель.

2. Разработан способ оценки равномерности красочного слоя на поверхности печатной формы. Используя данный способ экспериментально выявлено, что краска, передаваемая из анилоксового вала на поверхность печатной формы или неотвержденного красочного слоя, в процессе печати может входить в зону печатного контакта не в виде равномерного красочного слоя, а в виде волнистой поверхности. Данное утверждение верно как для первоначального взаимодействия краски с сухой формой, где растекание при скорости машины более 5 м/мин и линиатуре анилоксового вала более 360 лин/см не превышает 9,5 % при необходимых 10 %, так и для последующего нанесения краски на неотвержденный красочный слой, где растекание при рабочей скорости машины более 90 м/мин и линиатуре анилоксового вала более 110 лин/см, не превышает 1,6%, при необходимых 3,33 %.

3. Величины краевого угла смачивания краской неотвержденного красочного слоя выше, чем сухой формы. Первоначальный краевой угол смачивания краской составляет 34-62 ° по красочному слою против 59-66 ° по сухой форме. В тоже время величина растекания краски по поверхности сухой формы несколько выше, чем по поверхности неотвержденного красочного слоя и составляет 102-107% по сухой форме против 102-105% по неотвержденному слою краски на участке 0-0,2 с.

4. Экспериментально определены значения краевого угла смачивания и работы адгезии краски к поверхности запечатываемых материалов различных типов. Максимальное взаимодействие достигается на полиэтилентерфталате. В момент первого взаимодействия (I = 0) краевой угол смачивания составляет: 57 ° для полиэтилентерефтапата, 63 ° для полипропилена и 66 ° для полиэтилена, работа адгезии составила 62 мН/м для полиэтилена, 64 мН/м для полипропилена и 67 мН/м для полиэтилентерефтапата.

5. Выявлено, что смачивание и адгезия краски к отвержденному красочному слою при многокрасочной печати на различных материалах в целом одинаково и практически не изменяется при переходе от материала к материалу. Кроме того, выявлено лучшее взаимодействие жидкой краски с отвержденным красочным слоем по сравнению с поверхностью запечатываемого материала.

6. Не выявлено какого-либо влияния времени отверждения красочного слоя на величины смачивания и адгезии жидкой краски к поверхности запечатываемого материала. Экспериментально установленное наличие изменений этих величин не позволяет установить их системного характера.

Публикации по теме диссертационной работы

Публикации в научных гаданиях, рекомендованных ВАК.

1. Могинов Р.Г., Дмитриев Я.В. Растекание капель УФ-отверждаемой краски по ранее нанесенному красочному слою // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. М., 2013. № 1. С. 12-19

2. Дмитриев Я.В. Кинетика УФ-отверждаемых красок при многокрасочной флексографской печати // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула, 2013. № 3, С. 111-118.

Другие публикации:

3. Дмитриев Я. Методика определения оптимального времени отверждения флексографских УФ-красок путем измерения поверхностного натяжения отвер-жденного красочного слоя//Международная конференция молодых ученых PRINT-2009. СПб, 2009. С. 120-121.

4. Дмитриев Я., Климова Е. Исследование влияния времени отверждения на поверхностные свойства красочных слоев при применении красок УФ-отвержде-ния//Scientific-practical conference «Innovations of publishing, printing and multimedia technologies 2010». Kaunas, 2010. C. 46-51.

5. Дмитриев Я.В. Некоторые аспекты влияния свойств запечатываемых материалов и режимов печатания на УФ-отверждаемые красочные слои//Вестник МГУП. М„ 2011. №8. С. 194-203.

6. Дмитриев Я., Климова Е. Исследования влияния условий печати и отверждения на поверхностные свойства красочных слоев флексографских красок УФ-отверждения//Тези доповщей 11-1 м1жнародно1 науково-техшчно! конференцц студентш i acnipaHTiB «Друкарство молоде» Кшв, 2011. С. 183-184

Подписано в печать 25.04.2013.Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Усл. п. л. 1.40. Тираж 100 экз. Заказ № 115. Отпечатано в УПИПК МГУП имени Ивана Федорова 127550, Москва, ул. Прянишникова, 2а

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет печати

имени Ивана Федорова»

На правах рукописи

04201356908

Дмитриев Ярослав Владимирович

Особенности флексографской печати УФ-отверждаемыми красками на невпитывающих поверхностях

Специальность 05.02.13. - Машины, агрегаты и процессы (печатные средства информации)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Климова Елена Дмитриевна

Москва-2013

Содержание

Содержание..................................................................................................................2

Введение.......................................................................................................................4

Глава 1. Современное состояние исследования флексографской печати УФ-от-верждаемыми красками на невпитывающих материалах......................................9

1.1. Накат краски на печатную форму при флексографской печати.....................9

1.2. Особенности применения флексографской печати в современном полиграфическом производстве............................................................................................20

1.3. Особенности невпитывающих запечатываемых материалов........................29

1.4. Особенности УФ-отверждаемых красок.........................................................35

1.5. Многокрасочная флексографская печать на невпитывающих материалах. 41

1.6. Выводы по главе.................................................................................................46

Глава 2. Теоретические основы явлений, определяющих получение равномерного красочного слоя на оттиске.............................................................................48

2.1. Процессы растекания краски по поверхности материала..............................51

2.2. Адгезия и смачивание краской запечатываемой поверхности в печатном процессе......................................................................................................................72

2.3. Выводы по главе.................................................................................................89

Глава 3. Экспериментальное исследование основных факторов флексографско-го печатного процесса, влияющих на равномерность красочного слоя.............91

3.1. Описание основных материалов, оборудования, методов проведения исследований и статистической обработки результатов................................................91

3.1.1. Описание используемых материалов............................................................91

3.1.2. Описание экспериментального оборудования.............................................93

3.1.3. Методы экспериментальных исследований.................................................95

3.1.4. Статистическая обработка экспериментальных данных..........................102

3.2. Кинетика растекания капли краски по поверхности формы.......................104

3.2.1. Кинетика растекания капли краски по сухой форме.................................104

3.2.2. Кинетика растекания капли краски по ранее нанесенному слою неотверж-денной краски на форме.........................................................................................107

3.3. Взаимодействие краски с запечатываемой поверхностью..........................111

3.2.2. Взаимодействие краски с запечатываемыми материалами......................111

3.2.3. Взаимодействие краски с отвержденными красочными слоями.............112

3.4. Выводы по главе...............................................................................................119

Глава 4. Оценка и анализ результатов экспериментальных исследований......120

4.1. Кинетика растекания капли краски по поверхности формы.......................120

4.1.1. Кинетика растекания капли краски по сухой форме.................................120

4.1.2. Кинетика растекания капли краски по ранее нанесенному слою неотверж-денной краски..........................................................................................................122

4.2. Взаимодействие краски с запечатываемой поверхностью..........................125

4.2.1. Взаимодействие краски с запечатываемым материалом..........................126

4.2.2. Взаимодействие краски с отвержденными красочными слоями.............127

4.3. Выводе по главе................................................................................................139

Рекомендации по работе.......... .............................................................................141

Общие выводы по работе.......................................................................................143

Литература...............................................................................................................145

Введение

Актуальность темы исследования

Основной задачей любого печатного процесса является получение оттиска, отвечающего основным требованиям по качеству изображения, а также максимально приближенного к воспроизводимому оригиналу. В настоящее время флексографская печать особенно популярна при производстве таких видов продукции как газеты, упаковка и этикетка. К особенностям флексографской печати можно отнести тот факт, что в отличие от других видов печати здесь используется множество невпитывающих запечатываемых материалов: полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), которые получили наиболее широкое распространение, как за рубежом, так и в России в качестве упаковочных и этикеточных материалов. В тоже время существует множество печатных красок, отличающихся друг от друга способами закрепления на оттиске, а, следовательно, различным по составу и своим технологическим характеристикам. Наиболее активно в последнее время развивается сектор печати УФ-отверждаемыми красками, которые активно совершенствуются и завоевывают рынок производства печатной продукции, в особенности производство упаковки и этикетки. Благодаря своим неоспоримым преимуществам: высоким прочности и глянцу, стойкости к различным химическим веществам, мгновенному отверждению после нанесения на невпитывающий запечатываемый материал. УФ-отверждаемьте краски позволяют фирмам производителям улучшать качество, привлекательность продукции, расширять потребительские характеристики, а также повышать производительность предприятия непосредственно при выпуске упаковочной продукции, что поднимает конкурентоспособность на рынке производства упаковки.

Обилие различных запечатываемых поверхностей и печатных красок до сих пор не позволило разработать единые стандарты и требования к процессам флексографского печатания. В настоящее время флексографская печать все еще

уступает другим известным видам печати по качественным характеристикам получаемых оттисков. Среди основных недостатков необходимо отметить ограниченные разрешающую способность и графическую точность печати, высокий прирост цветового тона, проблемы закрепления краски на оттиске, неравномерность красочного слоя, в особенности при получении сплошных запечатываемых областей «плашек». Все это в полной мере относится и к флексо-графской печати УФ-отверждаемыми красками. Кроме того, печать такими красками имеет ряд особенностей проведения процесса печатания: печать проводится «по-сухому» - жидкая краска наносится на отвержденный красочный слой предыдущей краски, а не на слой сырой краски на оттиске, на процесс влияют факторы, связанные с отверждением красочного слоя под действием УФ-излучения на различных невпитывающих материалах, конструкции флек-сографских печатных машин, оснащенных «короткими» красочными аппаратами с использованием анилоксовых валов, не позволяют управлять уровнем подачи краски, при ее накате на печатную форму и т. д. В современном полиграфическом производстве задача качественного проведения процесса печатания является одной из важнейших. Учитывая, что исследования в области флексо-графских печатных процессов в основном направлены на получение практических результатов, без попыток теоретического обобщения данных исследований, необходимо констатировать, что сам флексографский печатный процесс является слабо изученным с теоретической точки зрения. В настоящее время этот факт не позволяет системно и комплексно подходить к вопросам повышения качества продукции, производимой флексографской печатью. Актуальность данного исследования заключается в выявлении особенностей проведения флексографского печатного процесса УФ-отверждаемыми красками на невпитывающих поверхностях, определяющих качество получаемого оттиска через анализ теоретических параметров процесса и подтверждение практическими исследованиями.

Цель и задачи работы

Целью исследования является выявление и оценка наиболее важных факторов, определяющих качество проведения флексографского печатного процесса УФ-отверждаемыми краскам на невпитывающих поверхностях. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- выявить факторы, определяющие качество оттиска, полученного УФ-отверждаемыми красками на невпитывающей запечатываемой поверхности флексографским способом печати;

- разработать способ оценки их влияния на качество печати;

- оценить влияние этих факторов на качество полученного оттиска;

- дать рекомендации по применению разработанного способа и повышению качества оттисков на производстве.

Научная новизна работы

Выявлены основные факторы, влияющие на качество оттиска, отпечатанного флексографским способом УФ-отверждаемыми красками на невпитывающей поверхности:

- равномерность наката краски на печатную форму;

- взаимодействие жидкой УФ-отверждаемой краски на границе с отвер-жденным красочным слоем и невпитывающей запечатываемой поверхностью при поливариантном наложении красок.

Показано, что накат краски на печатную форму во флексографском печатном процессе неравномерен, при печати на рабочих скоростях краска входит в зону печатного контакта в виде волнистой поверхности.

Выявлено, что взаимодействие жидкой краски с поверхностью отвер-жденного красочного слоя выше, чем с невпитывающей запечатываемой поверхностью.

Решенная научная задача

Исследованы особенности механизма переноса краски в флексографском способе печати, позволившие выявить основные факторы процесса печати УФ-

отверждаемыми красками на невпитывающих поверхностях, которые определяют равномерность формируемых на оттиске красочных слоев, что позволило разработать научно обоснованные рекомендации по обеспечению качественного проведения процесса печатания.

Практическая значимость

Практическая значимость работы заключается в разработанном способе оценки равномерности нанесения красочного слоя во флексографском печатном процессе, позволяющем универсально управлять этим процессом, обеспечивая повышение качества оттисков при многокрасочной печати.

Реализация результатов исследования

Полученные данные и разработанный способ предполагается использовать при работе с невпитывающими материалами на предприятиях, оснащенных узкорулонными флексографскими печатными машинами для повышения качества продукции.

Апробация работы

Положения диссертационной работы докладывались на Международной конференции молодых ученых PRINT-2009, Санкт-Петербург, 2009 г.; Международной конференции Scientific-practical conference "Innovations of publishing printing and multimedia technologies'2010", Kaunas 2010 г.; 11-й Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Друкарство моло-де», Киев, 2011 г.; Научно-технической конференции молодых ученых МГУП 2011 г.; 1-й Всероссийской научно-технической конференции «Исследования в области полиграфии и защиты информации» Тула, 2013 г.; заслушивались на заседаниях кафедры технологии печатных и послепечатных процессов МГУП имени Ивана Федорова.

Публикации

По материалам настоящей диссертации опубликованы 6 печатных работ, включая тезисы докладов на конференциях. В том числе две из них в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, рекомендаций, выводов, списка использованной литературы (81 источник). Общий объем работы составляет 151 страницу. Основной текст изложен на 140 страницах, включая 46 рисунков и 26 таблиц.

Положения, выносимые на защиту

1. Аналитическая модель формирования красочного слоя на печатной форме в флексографском печатном процессе, позволяющая теоретически описать процесс наката краски на печатную форму;

2. Способ оценки равномерности красочного слоя на печатной форме, позволяющий управлять равномерностью слоя в зависимости от скорости печати и параметров красочного аппарата;

3. Экспериментальное исследование взаимодействия УФ-отверждаемых красок с отвержденными красочными слоями при поливариантном наложении красок, показавшее лучшее взаимодействие жидкой краски с поверхностью от-вержденного красочного слоя в сравнении с поверхностью полимерной пленки.

Личный вклад соискателя

Личный вклад соискателя состоит во включенном участии на всех этапах процесса, все экспериментальные данные получены, обработаны и интерпретированы соискателем лично.

Глава 1. Современное состояние исследования флексографской печати УФ-отверждаемыми красками на невпитывающих

материалах

1.1. Накат краски на печатную форму при флексографской печати

Основным элементом печатного процесса любого способа печати является взаимодействие печатной краски и запечатываемого материала. Качество полученного оттиска определяется множеством характеристик, однако в первую очередь рассматривается характер распределения краски внутри печатных элементов. Данная характеристика может быть оценена количественно путем определения толщины красочного слоя на оттиске через измерение оптической плотности оттисков, либо путем прямого измерения специальными приборами.

Равномерность краски, передаваемой на запечатываемый материал в зоне печатного контакта, определяется равномерностью красочного слоя на всех этапах транспортировки краски к поверхности материала. В контактных способах печати за транспортировку краски отвечает один из основных узлов печатных машин - красочный аппарат. Красочный аппарат определяет равномерность и толщину слоя краски, наносимой на поверхность печатающих элементов формы и, далее, на запечатываемый материал. Конструкции красочных аппаратов определяются технологическими особенностями конкретного печатного процесса. Наиболее исследованными на сегодняшний день являются красочные аппараты плоских офсетных печатных машин. Особенностью данных аппаратов является значительная длина пути раската краски («длинные» красочные аппараты), связанная с применением высоковязких красок.

Красочные аппараты печатных машин различных способов печати могут быть оценены показателями, универсальными для любого контактного способа печати. A.A. Тюрин приводит в работе [1] следующие основные показатели красочных аппаратов:

- число валиков и цилиндров (п), характеризующее количество расщеплений краски между транспортирующими поверхностями;

- показатель, определяющий краскоемкость и инерционность системы (1/В), В определяется как:

/=1

где: Иф - диаметр формного цилиндра, — диаметр 1-го валика, д1Ср - средняя толщина красочного слоя на ьтом валике, 50 - толщина красочного слоя на оттиске, дф - толщина красочного слоя на форме, Пср - коэффициент перехода

I

краски с формы на запечатываемый материал, А - коэффициент, определяем

мый при половинном делении красочных слоев, А - коэффициент, определяемый при любом делении красочных слоев;

- показатель, определяющий длительность переходного процесса (И0)

= (1-2)

хз ¿±2 -О

где: Аг - допустимое отклонение толщины краски на оттиске от заданной тол-

м >1

щины 80, Д2 £80 -8о;

1 п

50 - слой краски на оттиске, 50 -слой при изменившейся подаче. - коэффициент равномерности красочного слоя на форме

= = (1.4)

^шах ^тах ^тах

где: А - неравномерность слоя, равная по величине разности между его наибольшей 5тах и наименьшей 5т;п толщиной;

Данные показатели позволяют оценивать красочные аппараты машин различных способов печати и давать оценку эффективности их работы, а также

позволяют оценивать характеристики красочных слоев, формируемых данными аппаратами.

При рассмотрении красочных аппаратов флексографских печатных машин следует отметить, что флексографский способ печати характеризуется применением низковязких печатных красок, которые не требуют применения «длинных» красочных аппаратов. Применение «длинных» аппаратов вызвано необходимостью многократно расщеплять вязкую краску для достижения требуемой толщины краски на оттиске. Напротив, низковязкие флексографские печатные краски могут достигать нужной толщины красочного слоя за малое число делений между поверхностями. Однако, «короткие» красочные аппараты обладают существенным недостатком, способным значительно снизить равномерность красочного слоя на оттиске. В работе [2] приводится подробный сравнительный анализ возможностей «коротких» красочных аппаратов. За счет малого пути транспортировки краски существует значительная вероятность, что при нанесении на печатающие элементы формы и далее на запечатываемый материал красочный слой не будет обладать достаточной равномерностью, что особенно существенно виляет на качество сплошных запечатываемых областей (плашек). Частично данный недостаток компенсируется применением с конца 80-х годов в красочных аппаратах флексографских печатных машин анилоксо-вого (растрированного) вала [3]. С пом�