CC BY
232
Sevryugin Vadim Rudolfovich, candidate of technical sciences,, doctoral candidate, [email protected], Russia, Moscow, Moscow State University of Printing Arts named Ivan Fedorov,
Andreev Yuri Sergeevich, doctor of technical science, professor, the head of chair, [email protected], Russia, Moscow, Moscow State University of Printing Arts named Ivan Fedorov
УДК 655.326.1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФЛЕКСОГРАФСКОЙ
ФОРМЫ С УФ-КРАСКОЙ
Р.Г. Могинов
Рассматривается вопрос растекания УФ-краски по флексографской форме. Рассчитано время переноса краски с анилоксового вала на печатную форму. Определена кинетика растекания краски по поверхности формы. Рассмотрены факторы, влияющие на процесс растекания.
Ключевые слова: перенос краски, УФ-краска, флексография, шероховатость, растекание.
В статье приведены результаты исследования процесса растекания УФ-отверждаемой краски по флексографской печатной форме. Но, не смотря на множество достоинств этого способа печати, на пути его развития существуют явления, изучение которых необходимо для получения качественного оттиска. Одним из недостатков флексографской печати является растискивание (приращение тона), на величину которого влияет равномерность нанесения краски на форму. Недостаточная изученность этого вопроса [1,2] обуславливает необходимость его рассмотрения.
Методы
1. Расчет времени переноса краски с анилоксового вала на печатную форму
Современные печатные машины имеют трехцилиндровую систему печатного аппарата (рис. 1). В начале 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.
ггГ
а
Рис. 1. Схема трехцилиндрового печатного аппарата:
Ог - центр анилоксового вала; 02 - центр формного цилиндра; 03 - центр печатного цилиндра
Время взаимодействия капли краски, отданной анилоксовым валом, со слоем краски на форме определяется временем между точками контакта А и В. Это расстояние равно длине дуги АВ, по которой краска переносится от анилоксового вала до зоны печати. Длина дуги определяется по известной формуле пропорционально величине соответствующего центрального угла:
Т -паК (1)
ТАВ -------О, (1)
180О
где Тдв- длина дуги формного цилиндра, мм; а - центральный угол, °; R - радиус, образующий центральный угол, мм.
Время переноса краски по дуге АВ определяется по формуле
¿пер - ^
где ¿пер - время переноса, с; V - скорость работы машины (м/с).
Для вычисления длины дуги АВ определяем центральный угол между точками контакта формного цилиндра с анилоксовым валом и печатным цилиндром:
= (*1 + *2 )2 + (*2 + *3 )2 - (*1 + т’+*3 )2 (3)
= 2(* + *2 )(*2 + *3 ) , ()
где Я\ - радиус анилоксового вала, мм; Л^- радиус формного цилиндра, мм; Л - радиус печатного цилиндра, мм; т'- расстояние между цилиндрами и Л3, мм.
При = Лз
. а Л3 + т
sш — = —3-----------------------------------------, (4)
2 Л2 + Л3
где т - половина расстояния между цилиндрами и Л3, мм,
а Л + т
если Ri = R2 = R3 = R, sin
2 2R
При R1 = R3 и R2 = 2R1 sin а = R + m .
2 3Ri
Подставляя полученное значение угла а (3) в формулы (1) и (2), получим время переноса капли краски.
Для проведения численного эксперимента были получены рабочие значения величин Ri, R2, R3 и а - расстояния между центрами анилоксового и печатного цилиндров для узкорулонной флексографской печатной машины Arsoma Gallus EM280:
Ri = 37,35 мм,
R2 = 58,65 мм (вместе с установленной печатной формой, толщиной 1,14 мм),
R3 = 37,35 мм, а = 110 мм.
Машина предназначена для печати на рулонных самоклеящихся материалах УФ-красками с максимальной скоростью печати 150 м/мин [3].
Подставив данные значения в (4) и (1), получим а = 69,9 о, LAB = 71,51 мм; по формуле (2) определяем время переноса краски от анилоксо-вого вала к запечатываемому материалу для различных скоростей печати. Данные представлены в таблице.
Время переноса краски от анилоксового вала к запечатываемому материалу в зависимости от скорости печати
Скорость печати, м/мин Скорость печати, м/с Время переноса, с
30 0,5 0,143
60 i 0,072
90 1,5 0,048
120 2 0,036
150 2,5 0,029
2. Кинетика растекания УФ-краски по печатной форме
Для определения поведения капель краски на слое краски, находя-
36
щейся на форме, моделируем процесс растекания капель по поверхности красочного слоя на приборе EasyDrop DSA 20Е. Данный прибор представляет собой усовершенствованную оптическую скамью для измерения краевых углов смачивания. Прибор оснащен дозирующей системой, видеокамерой и соответствующим программным обеспечением, позволяющим проводить съемку и обсчет увеличенного изображения капли на поверхности с временным интервалом до 0,008 с.
Для моделирования процесса растекания выбираем флексографские печатные формы DuPont DPU, печатные УФ-краски Flint Group Flexocure Sigma II UVF2 (черная, голубая, пурпурная и желтая). Перед началом эксперимента на печатную форму наносим одну из красок, а в дозирующую систему прибора заправляем эту же краску. Затем проводим серию из 6 измерений для каждой краски, установив следующие параметры измерений: время растекания капли краски t = 20 с, время измерения - от 0 до 1,8 с, интервал измерений - 0,008 с, начало измерений - момент отрыва дозирующей иглы от сформированной капли. Расчет краевого угла смачивания проводим программно по методу окружности, через определение площади сегмента, сформированного контуром капли, и базовой линией на границе взаимодействия капли с поверхностью красочного слоя.
3. Определение параметров шероховатости
Измерение шероховатости проводили с помощью электроннолучевого профилографа MICRO MEASURE 3D station.
После подготовки образца исследуемого материала его помешают на предметный столик профилографа. С помощью программного обеспечения производятся необходимые настройки (калибровка, настройка резкости, ввод необходимых параметров). Световой пучок диаметром 2 мкм освещает поверхность материала импульсами с частотой 30, 100, 300, 1000 Гц, в зависимости от шероховатости ее поверхности. [5]
Профилограф снабжен цифровой камерой, позволяющей десятикратно увеличивать изображение поверхности образца. С помощью камеры можно визуально выбирать место измерения шероховатости. Программное обеспечение профилографа, позволяет регистрировать полученные измерения и проводить их статистическую обработку с получением различных данных о поверхности исследуемого образца. Позволяет определить все параметры шероховатости: Ra - высота неровностей профиля по десяти точкам; Rz - среднее арифметическое отклонение профиля; Rp - уровень сечения профиля; Rv - отклонение профиля; R^ -
относительная опорная длина профиля, площадь пиков и впадин и другие параметры.
В данной работе снималась профилограма для двух типов печатных форм: BASF FAH D11 1.14 и DuPont DPU 0,45.
Взаимодействие печатной формы и анилоксового вала - довольно
сложный процесс. На характер градационной передачи изображения влияет целый ряд параметров. [4] Экспериментальное исследование процесса растекания краски по форме позволит определить время, за которое краска заполнит перемычку между ячейками на форме.
Результаты
Кинетика процесса растекания капли краски по форме
При печати капли краски из ячеек анилоксового вала попадают на печатные элементы флексографской формы. За время нахождения краски на форме капли краски должны успеть растечься, образовав ровный слой краски, при этом не выйти за края печатных элементов.
Рассмотрим кинетику процесса растекания капли краски по форме (рис. 2).
8, мкм
время {,с ^ время
Рис. 2. Графики зависимости площади капли от времени растекания: а - объем капли 5 цл; б - объем капли 10 цл
На графиках кинетика процесса растекания капли краски по форме представлена как зависимость площади капли от времени растекания. Из графиков видно, что площадь со временем увеличивается. Неравномерность увеличения может быть связана с неровностью поверхности или неточностью определения прибором базовой линии, от которой в дальнейшем идет расчет площади. По таким графикам возможно подобрать оптимальную скорость печати, с которой краска будет успевать равномерно растекаться по форме, образуя ровный слой, при этом не выходя за края печатных элементов. Тем самым можно избежать нежелательного тонового приращения и повысить качество печати.
Влияние массы капель на растекание краски. Масса капель зависит от краскоемкости анилоксового вала, но из ячеек на форму попадает не все количество краски. Для исследований были выбраны три массы капель: 5, 8 и 10 цл. Строим графики зависимости растекания капель краски различной массы от времени (рис. 3).
Проанализировав графики, можно сделать вывод, что чем больше масса капли, тем быстрее она растекается по форме. Растекание капель краски можно определить адгезионными свойствами краски. Кинетика
растекания краски зависит от размера капли, поэтому необходимо выбирать краскоемкость анилоксового вала.
Рис. 3. График зависимости краевого угла смачивания (в,0) от времени растекания капель (I, с)
Определение параметров шероховатости запечатываемых материалов. Структура поверхности бумаги важный фактор, определяющий многие свойства бумаги, в том числе, интересующее нас ее взаимодействие с краской. Одним из таких свойств бумаги, влияющих на качество печати, является шероховатость.
Шероховатость бумаги связана с волокнами, находящимися на поверхности бумажного листа, и потому ее масштаб - это микромасштаб неровностей на уровне толщины волокна.
На рис. 4 представлено исследование поверхности флексографских
форм.
Ltngth ■ 2.5 mm PI * 3.87 pm Seal* • 10 pm —____________I_____________________________________________________L
0 02 0.4 0.0 0.8 1 1.2 1.4 1.0 1.8 2 22
Рис. 4. Профилограмма поверхности форм; а - BASF FAH111.14, б - DuPont DPU 0.45
Параметры шероховатости: BASF FAH 11 - Ra = 0,1 цм; Rz =
=1,07 цм, DuPont DPU 0.45 0.45 - Ra = 0,354 цм, Rz = 3,73 цм.
Влияние коэффициента шероховатости на растекание капли краски. Коэффициент шероховатости Rd - это отношение площади контакта капли на шероховатой поверхности к гладкой. Он показывает, во сколько раз увеличилась площадь контакта жидкости на шероховатой поверхности по сравнению с гладкой. Является также фактором, который может влиять на растекание капли краски по форме. Рассмотрим, как меняется краевой угол на гладкой и шероховатой поверхности (рис. 5).
0,
♦ Basf Fah D ■ стекло
A Dupont DPU 0.45
t,c
Рис. 5. Изменение краевого угла смачивания во времени при различной шероховатости
Из графика видно, что шероховатость поверхности изменяет значения краевого угла. Чем сильнее шероховатость, тем краевой угол меньше, а значит, поверхность смачивается лучше. Но сильная смачиваемость поверхности может привести к нежелательным искажениям изображения.
Выводы
С увеличением объема капли площадь и скорость растекания также увеличиваются. Если при заданном объеме капли 5 цл площадь за 1 секунду в среднем увеличивается на 1 %, при 8 цл на 1,6 %, то при 10 цл - уже на 5 %.
Масса капель зависит от краскоемкости анилоксового вала, но из ячеек на форму попадает не все количество краски. Чем больше масса капли, тем быстрее она растекается по форме. Растекание капель краски можно определить адгезионными свойствами краски. Кинетика растекания краски зависит от размера капли. Поэтому есть необходимость выбирать краскоемкость анилоксового вала.
Коэффициент шероховатости так же является фактором, который может влиять на растекание капли краски по форме.
Применительно к условиям реального печатного процесса можно констатировать, исходя из данных таблицы, что актуальным для анализа
является сектор графиков от момента времени от t = 0 с до t = 0,15 с. На данном участке изменение краевого угла смачивания, равно как и площади капли, незначительно ни в рамках течения всего процесса, ни относительно исходных параметров капли. Предельные изменения значений на данном участке по краевому углу смачивания и площади капли достигают не более 3,52 %. А для максимальных скоростей работы печатной машины данные значения вообще приобретают характер относительной погрешности измерений.
Из [4] известны применяемые в производстве анилоксовые валы с соотношением ширины перемычки к ширине ячейки ~1:9—1:25. Сравнивая значения изменения площади капли в интервале времени t = 0 с до t = 0,15 с этими данными, получим наименьшую величину прироста площади капли, необходимую для слияния капель и образования равномерного красочного слоя, не менее 4 %, которая больше прироста полученного экспериментально.
Можно сделать вывод, что краска наносится неравномерным слоем на форму, т.к. растекание является продолжительным процессом, несопоставимым по времени с длительностью процесса переноса краски от ани-локсового вала к запечатываемому материалу. В реальном печатном процессе печатная краска, находясь на поверхности красочного слоя на печатной форме, фактически не успевает растечься.
Список литературы
1. Технология печатных процессов: учебник для вузов / А.Н. Раскин [и др.]. М.: Книга, 1989. 432 с.
2. Bohan, M.F.J. Evaluation of pressure in flexographic Printing / M.F.J. Bohan [et all.]. United States of America, 2003. С. 311-320.
3. Gallus EM 280: [Электронный ресурс] Сайт компании Gallus. Режим доступа: www.gallus-group.com/en/Portaldata/1/Resources/02 label/
01 products/TechData Gallus EM 280 EN.pdf (дата обращения:
24.04.2012).
4. Хорншух М. Анилоксовые валы: последние достижения // Флек-соплюс. 1997. № 2. С. 12-16.
5. Rotherford Brett. GRAVURE. Process and Technology. Rochester. GAA, GEF, 1991. 462 с.
Могинов Ростислав Григорьевич, д-р техн. наук, проф., tpipp@,mail.ru, Россия, Москва, Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова
RESEARCH OF INTERACTION FLEXOGRAPHIC PLATES WITH UV INK
RG. Moginov
The article considers the spreading of UV inks by flexographic plates. Calculated
41
time of transfer ink from the anilox roll to plate. Determine the kinetics of spreading ink on the surface ofplate. Examined the driving factors influencing the process of spreading.
Key words: transfer ink, UV ink, flexographic printing, roughness, spreading.
Moginov Rostislav Grigorevich, doctor of technical sciences, professor, tpipp g jvail.ru, Russia, Moscow, Moscow State University of Printing Arts named Ivan Fedorov
УДК 620.1-035.47
ПРОНИЦАЕМОСТЬ УПАКОВОЧНЫХ КАРТОНОВ ПО ПАРАМ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
А.Ф. Бенда, Л.Ю. Комарова, П.Ф. Поташников
Хроматографическим методом исследована проницаемость многослойных картонов с односторонней и двухсторонней отделкой поверхности в виде мелованного покрытия по парам органических растворителей различной полярности. По преобразованным «обратным» изотермам адсорбции определены максимальные величины сорбции и удельные характеристики внутренних поверхностей пор, занятых растворителем.
Ключевые слова: проницаемость, упаковочный картон, мелованное покрытие, сорбционная способность, изотерма адсорбции, поверхность пор.
Упаковочные материалы занимают важное место в жизни современного общества. Качественная упаковка «продает» товар, выполняя информационную, художественную и сохранную функции. Среди всех видов упаковки наиболее востребованы упаковочные бумаги и картоны на основе растительных волокон, что объясняется экологическими и экономическими причинами. В тоже время огромное разнообразие предлагаемых материалов зачастую делает затруднительным оптимальный выбор упаковочных материалов.
В зависимости от своего назначения бумага и картон должны обладать определенным набором потребительских и технологических свойств, которые зависят от физической структуры, химического состава, толщины, степени отделки материала. Перечисленные факторы по своей совокупности определяют физико-химические свойства материала, среди которых важное место занимают сорбционные свойства. Последние являются определяющими для оценки таких характеристик как газо- и паропроницае-мость.
