Поверхностное фторирование резиновых покрытий валов офсетных печатных машин, страница 2

Установлено, что наиболее перспективным методом модификации длярешения поставленных задачявляется поверхностное газофазное фторированиеготовых РТИ. Технология фторирования в герметичном реакторе фторгелиевойсмесью является экологически и технологически безопасной: газообразные продуктыреакции и не прореагировавший фтор нейтрализуются на колонке с химическимпоглотителем с получением твердого нетоксичного вещества.Вовторойглавеописаныобъекты,оборудованиеиметодыэкспериментальных исследований.

В качестве объектов исследований в работеиспользовали образцы специализированных полиграфических резин фирмыTecnorulli (Италия) на основе бутадиен-нитрильного каучука марок W-33, W-43,8применяемых для изготовления красочных валов, и марок S-30, I-30 - дляувлажняющих валов. В качестве дополнительных объектов исследований длярасширения их перечня применяли образцы широко используемых резин на основебутадиен-нитрильного каучука (СКН) с известным составом марки РС-26. Дляизучения характеристик восприятия, отдачи краски и износостойкости в качествеобъектов исследований использовали специальные валы для пробопечатногоустройства, изготовленные с покрытиями из резин марки W-43.Для модификации образцов резин и валов с резиновым покрытием применялиметод поверхностного газофазного фторирования резин в предварительновакуумированномгерметизированномреакторефторгелиевойсмесьюссодержанием фтора 15 об.

% при температуре 20±1 °С. Для нейтрализациитоксичного реагента и продуктов реакции использовали специальную "ловушку",наполненную химическим поглотителем (CaO). Образцы фторировали, как правило,в течение 0,5, 1,5 и 3 ч.Контроль степени фторирования (CAF) осуществляли, с учетом известных излитературы результатов,по изменению массы образцов (гравиметрическимметодом) в результате фторирования. Обработку результатов экспериментапроводили по формуле:CAF = (mF – m0) / Агде:(1)mF – масса образца после фторирования, кг; m0 – масса образца дофторирования, кг; А – площадь поверхности образца, м2.Для исследования поверхностных свойств эластомеров марок S-30 и I-30,применяемых для изготовления увлажняющих валов, использовали метод прямогоизмерения краевого угла смачивания водой. Измерения краевого угла смачиванияпроводили прибором Pocket Goniometer PG-3 компании Tendring Pacific.Для оценки восприятия и отдачи краски валом применяли гравиметрическийметод.

Испытания проводили на пробопечатном устройстве IGT C1 фирмы IGTTesting Systems (Нидерланды) с использованием газетной печатной краски фирмыSun Chemical. Коэффициент отдачи краски вычисляли по формуле:Ккр = (mкр - mконт) / (mкр - m)(2)9где: mкр – масса вала с краской, г; m – масса вала до эксперимента (без краски), г;mконт – масса вала после краскопередачи, г.Морфологию поверхности образцов резин изучали с использованиемэлектронного микроскопа JSM 7500F Jeol (Япония) в режиме детектированиявторичных электронов при ускоряющем напряжении 0,5 и 1,0 кВ.Определение стойкости резин к жидким средам проводили гравиметрическимметодом при температуре 20 ºC посредством полного погружения образцов резины вжидкость, периодическим извлечением, просушкой и взвешиванием в соответствиис ГОСТ Р ИСО 1817-2009.

В качестве контактирующих с резиной жидких сред длярезин W-33 и W-43 использовали компоненты краски - уайт-спирит, минеральноемасло и смывочные составы: Böttcherin 100, Böttcherin 80-F (производитель Böttcher)и Eurostar NV (производитель Druck Chemie). Для резин увлажняющих валов S-30 иI-30 определяли стойкость к изопропиловому спирту, концентрату увлажняющегораствора Journal Fount M-K (производитель Varn), и смывочному средству дляочистки валов системы увлажнения Böttcherin FR-1000 (производитель Böttcher).Измерение твердости образцов, подвергавшихся контакту с жидкостями втечение 350 ч, после высушивания до постоянной массы при температуре 40 °С всушильном шкафу проводили согласно ГОСТ 263-75.Для оценки износостойкости валов использовали раскатную установку клабораторному пробопечатному устройству в условиях сухого трения качения сосевым перемещением при линейной скорости приводного цилиндра 2 м/с, чтосоответствует линейной скорости вращения валов офсетной листовой печатноймашины.

Величина осевого хода приводного цилиндра - 20 мм, скорость осевогораската - 0,3 м/с. Износ изучали при удельных усилиях сжатия тестируемых валов поотношению к приводному цилиндру 0,04; 0,12; 0,20; 0,29 и 0,39 Н/мм, начиная сусилия 0,39 Н/мм с убыванием. Валы периодически взвешивали.Износ J (мг/м2) рассчитывали по формуле:J = (m-mj) / (π·d·a);(3)где mj – масса вала в течение испытаний, мг; m – масса вала до началаиспытаний, мг; d – диаметр вала с резиновым покрытием, м; a – ширина резиновогопокрытия, м.10Температуру в зоне контакта поверхностей цилиндра и тестируемого валаизмеряли с помощью инфракрасного термометра Raytek MT фирмы MiniTemp.Продолжительность эксперимента для каждого тестируемого вала при различныхудельных усилиях составляла 3 ч.Изменение температуры поверхности валоврассчитывали по формуле:ΔT = T - T0где Т(4)– температура поверхности резинового покрытия вала в течениеиспытаний, оC; T0 – температура поверхности резинового покрытия вала до началаиспытаний, оC.В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований.

Навыбранных образцах резин при различных временах фторирования и оптимальныхзначениях остальных параметров были получены следующие значения степенифторирования CAF, представленные в таблице 1.Таблица 1 – Зависимость степени фторирования от продолжительностифторирования различных образцов резинСтепень фторирования резин CAF×103,Марка резиныИзкг/м2 при продолжительностиПрименениефторирования, ч0,51,53,0W-33Для красочных валов0,61,52,0W-43Для красочных валов0,71,31,9S-30Для увлажняющих валов1,52,93,3I-30Для увлажняющих валов1,42,63,1таблицы1следует,чтодлявсехмарокрезинсростомпродолжительности фторирования увеличивается и степень фторирования резин.Особенности морфологических изменений поверхности при фторированииполиграфическихрезинбыливыявленынапримереконтрольныхифторированных образцов резины марки W-33 (рисунок 1).На фотографиях видно, что фторирование (б, в, и г) сопровождаетсяморфологическими изменениями поверхности с образованием складчатых11волнистых структур, которые должны способствовать лучшему восприятиюкраски резиновой поверхностью вала.

Основными причинами морфологическихизменений поверхностного слоя резин являются увеличение мольного объемафторированного поверхностного слоя при преобразовании его строения изуглеводородного во фторуглеродное, а также различная глубина фторирования ваморфных и кристаллических областях эластомера.10 мкм10 мкмаб10 мкм10 мкмвга – контрольный образец;в – образец, фторированный 1,5 ч;б – образец, фторированный 0,5 ч;г – образец, фторированный 3 чРисунок 1 – Фотографии поверхности образцов резины марки W-33 сувеличением ×500Среднее арифметическое отклонение профиля Ra снижалось от 4 мкм дляконтрольных резин до 3 мкм для резин, модифицированных 3 ч, за счетформирования мелких неровностей.

При значительной продолжительностифторирования – 3 ч и более образуются поверхностные наноразмерные трещины(шириной 100-300 нм), которые могут способствовать увеличению скоростимассообменных процессов и оказывать позитивное влияние на восприятие краскирезиновой поверхностью. Припродолжительности фторирования до 1,5 чтрещины в значительном количестве не образуются. Учитывая оптимальныйразмер частиц пигмента 100-300 нм и толщину красочного слоя на валах выше 612мкм, наноразмерные трещины оказывают минимальное негативное влияние наравномерность красочного слоя или слоя увлажняющего раствора.Результаты исследования агрессивного действия компонентов краски иувлажняющего раствора, а также смывочных средств представлены в видекинетических зависимостей изменения массы образцов резин (Δm, %) нарисунках 2−4.Для большинства исследованных жидкостей массообменныепроцессы сопровождаются кратковременным преобладанием набухания вначале контакта при проникновении жидкости вглубь эластомера и дальнейшимдолговременнымпреобладаниемэкстрагированиянизкомолекулярныхсоставляющих резины.1 – контрольный образец; 2 – образец, фторированный 0,5 ч;3 – образец, фторированный 1,5 ч; 4 – образец, фторированный 3 чРисунок 2 – Кинетика изменения массы образцов резины марки W-33в смывочном средстве Böttcherin 80FДлябольшинстваобразцовустановленоуменьшениескоростимассообменных процессов у фторированных образцов резин.