Автореферат (Фазовый массоперенос жидкостей в производстве флексографских форм и струйной печати)

На правах рукописиСавельев Михаил АлександровичФАЗОВЫЙ МАССОПЕРЕНОС ЖИДКОСТЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕФЛЕКСОГРАФСКИХ ФОРМ И СТРУЙНОЙ ПЕЧАТИСпециальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы(печатные средства информации)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2016Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университетпечати имени Ивана Федорова» (МГУП имени Ивана Федорова) на кафедреинновационных материалов принтмедиаиндустрииНаучный руководитель:Кондратов Александр Петрович,доктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой «Инновационныематериалы принтмедиаиндустрии»Официальные оппоненты: Проскуряков Николай Евгеньевич,доктор технических наук, профессоркафедры «Технологические системыпищевых,полиграфическихиупаковочных производств» в ФГБОУВО«Тульскийгосударственныйуниверситет»БондаревВладимирИванович,кандидат технических наук, заведующийлабораторией мелованных бумаг икартонаЦентральногонаучноисследовательского института бумаги(ОАО «ЦНИИБ»)Ведущая организация:ФГБОУ ВО «Омский государственныйтехнический университет»Защита диссертации состоится «30» августа 2016 г.

в 15 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.147.01 на базе МГУП имени ИванаФедорова по адресу 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2а, ауд. 1211С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте МГУП имениИвана Федорова, http://www.mgup.ruАвтореферат разослан « »2016 г.Ученый секретарь Д 212.147.01доктор технических наук, профессорЕ.Д.

Климова3Актуальность темы исследованияОтносительно новой областью применения нетканых волокнистыхматериаловвполиграфииявляетсят.н.«термальная»технологияпроизводства полимерных печатных форм, разработанная фирмой DuPont.Отечественные материалы пригодные для этой технологии не разработаны,отсутствуют на рынке, а проявочный материал – специализированное нетканоеполотно DuPont имеет высокую стоимость.Основные требования, предъявляемые к нетканым полотнам дляпроизводствапечатныхформпот.н.«термальной»технологии:термостойкость, достаточная абсорбционная емкость по жидкостям ипрочность удержания отдельных волокон в полотне при его отслаивании отлипкой заготовки печатной формы.Степень разработанности темы исследованияСоздание полотен с особыми свойствами, предназначенных дляполиграфическогопроизводстваидругихобластейприменения,обусловливает необходимость осуществлять их декорирование и маркировку.Свойства нетканых полотен, как запечатываемых материалов, исследованынедостаточно, механическое перенесение детально разработанных технологийпечати по бумаге, тканям и картону на процесс маркировки изделий изсинтетических волокон не всегда возможно.

Смачивание синтетическихполимерных материалов чернилами или типографскими красками, а такжепроцессы точной приводки изображений и впитывания жидких компонентовкрасок в структуру запечатываемого материала требуют специальногоизучения и количественного описания.Цель работы – обоснование возможности и определение условиймаркировки и использования иглопробивного нетканого материала изсинтетическихволоконвкачествеабсорбентаприпроизводствефлексографских форм.Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:4- анализ теоретических и экспериментальных работ в областимодификации структуры, смачивания и пропитки жидкостями волокнистыхматериалов;- масштабное моделирование и количественное изучение процессовпадения капель, растекания и впитывания жидкостей в полимерныеволокнисто-пористые материалы;- разработка лабораторной установки для ускоренной макросъемкиотдельных актов массопереноса (движения жидкости) и измерения краевогоугла смачивания различных полимерных материалов;- исследование влияния физико-химической модификации поверхностиполимерных запечатываемых пленок и волокнисто-пористых материалов на ихвзаимодействие с жидкостью;В настоящей работе решена научная задача разработки способадопечатной обработки волокнисто-пористых полотен из синтетическихтермопластов для их маркировки и использования в качестве абсорбентов втермальной технологии производства флексографских форм.Научнаяновизна.Путеммоделированияотдельныхстадийполиграфического производства обоснована возможность регулированиясмачиваемостиивпитыванияжидкихполимеровикапельчернилиглопробивными неткаными материалами, обеспечивающая их использованиевкачествеабсорбционногоматериалав«термальной»технологиипроизводства флексографских форм DuPont FAST и оптимальный расходчернилпримаркировкеволокнисто-пористыхполотенспособомкаплеструйной печати.Практическая значимость заключается в том, что разработанные вдиссертациитехнологическиеприемыуправленияструктуройилиофильностью нетканых материалов из отечественных термопластов низкойсебестоимости позволяют использовать их в качестве абсорбентов припроизводстве флексографских форм по «термальной» технологии DuPont CyrelFASTиосуществлятьмаркировкунетканыхматериаловспособом5каплеструйной печати.Методическая новизнаЭкспериментальныеисследованияпроводилисьсиспользованиематтестованных методик и приборов физико-химического анализа полимеров, втом числе:– ИК-спектрофотомерия;- дифференциальная сканирующая калориметрия;- сканирующая электронная микроскопия;- прецизионная гравиметрия;Разработаны:- специализированная методика и экспериментальная установка дляускоренной макросъемки движения капель жидкости и измерения краевогоугла смачивания жидкостями волокнисто-пористых полимерных материалов;- методика физико-химической модификации поверхности нетканыхматериалов из синтетических волокон термообработкой в контакте сорганическим растворителями.При решении поставленных задач были использованы численные истатистические методы обработки результатов измерений.Положения, выносимые на защиту:- Экспериментальные методики количественной оценки массопереносажидкостей на отдельных стадиях полиграфического производства (проявлениефлексоформ по «термальной» технологии DuPont Cyrel FAST, капиллярноевпитывание и движение капель жидкости при струйной печати);- Инверсия смачиваемости иглопробивных нетканых материалов водойпри их уплотнении и способ регулирования времени впитывания обработкойволокнистыхматериалов,содержащихполипропилен,органическимирастворителями;- Особенности динамики дистанционного и контактного взаимодействиякапель воды, моделирующей водные чернила, с запечатываемой поверхностьюполипропилена;6- Способы оценки пригодности и адаптации нетканых материалов для ихприменения в качестве абсорбентов жидких полимеров в технологиипроизводства полимерных флексографских форм DuPont Cyrel FAST.Степеньдостоверностиполученныхрезультатовопределяетсявсесторонним анализом теоретических и экспериментальных работ в областитехнологии производства и пропитки нетканых материалов, применениемсовременных методов экспериментальных исследований и аттестованногоаналитическогооборудования,математическихметодовобработкиэкспериментальных данных и многократным обсуждением результатовдиссертационной работы на научных конференциях и при подготовке статей кпубликациям в рецензируемых журналах.Апробация результатовОсновные положения диссертации докладывались на международныхнаучных конференциях: International Conference on Oil and Gas Engineering,OGE (Омск, 2016), научно-технических конференциях молодых ученых МГУП2013-2015, и научных коллоквиумах кафедры инновационных материаловпринтмедиа-индустрии.Личный вклад состоит в непосредственном участии автора на всехэтапах работы над диссертацией.

Основные экспериментальные результатыполучены, обработаны и интерпретированы автором лично.ПубликацииПо материалам настоящей диссертации опубликовано 5 печатных работ,включая тезисы докладов на конференциях. В том числе 3 из них в изданиях,рекомендованных ВАК.Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения,списка использованной литературы (126 источников) и двух приложений.Общий объем работы составляет 117 страниц, включает 30 рисунков и 4таблицы.7Содержание работыВо введении представлена общая характеристика диссертационнойработы, обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи, показанынаучная новизна и практическая значимость работы, изложены положения,выносимые на защиту.Впервой главе рассмотрены закономерности физико-химическогоформирования межфазной поверхности на границе «жидкость – полимер».Выполнен обзор теоретических основ смачивания и пропитки волокнистопористых полимерных материалов различными жидкими веществами.

Показаныварианты модификации структуры и свойств волокнисто-пористых полимерныхматериалов различными способами. Рассмотрены актуальные модели процессовсмачивания и пропитки волокнисто-пористых материалов, а так же влияниестроения полимерных материалов на их статическую электризацию и влияниеэлектрического поля на движение диэлектрических жидкостей по поверхностиполимеров и внутри структурных пор или трещин.Вовторойглавеописаныобъекты,оборудованиеиметодыэкспериментальных исследований.

В качестве объектов исследования былииспользованы следующие материалы.Нетканые полотна из синтетических волокон:– нетканый материал производства фирмы DuPont Cyrel DR37F;– иглопробивной нетканый материал из смеси (1:1) волоконполипропилена 0,67 текс и бикомпонентного полиэфирного волокна 0,44 текс,производства ОАО «Монтем»;– иглопробивной нетканый материал из смеси (1:1)полиэтилентерефталатных волокон 0,33 текс и бикомпонентного полиэфирноговолокна 0,44 текс, производства ОАО «Монтем»;– нетканые полотна марки «Агротекс 17» из волокон полипропилена;– нетканые полотна марки «Агротекс 42» из волокон полипропилена;– нетканые полотна марки «Агротекс 60» из волокон полипропилена;Тканые материалы производства ПТК «Чайковский текстиль» различного8состава:– Ткань из 100% хлопчатобумажных (Х/Б) волокон;– Ткань из 88% Х/Б волокон и 12% ПА;– Ткань из 80% Х/Б волокон и 20% ПА;– Ткань из полиэфирных (ПЭТФ) волокон;Флексографские фотополимерные пластины DuPont Cyrel DFR 045635х762 мм, толщиной 1.14 мм.

По данным DuPont™ Cyrel® DFR – цифроваяпластинавысокойтехнологии.жесткостиПластинадляизготовленияпредназначенадляформпотермальнойвысококачественнойпечатиполутонов, штриховых работ и плашек. Область применения: гибкая упаковка,ярлыки и этикетки, конверты, пакеты и сумки, складные картонные коробки,предварительная запечатка лайнера («препринт»).Полимерные пленки промышленного производства:– полипропиленовая пленка фирмы Esselte «GlassClear» толщиной 100±10 мкм;– пленка полиэтилентерефталатная глянцевая, ГОСТ 24234-80, марки Э,толщиной 200 ±10 мкм.Жидкости:– дистиллированная вода ГОСТ 6709-72;– толуол, чда, ГОСТ 5789-78;– стирол, стабилизированный гидрохиноном 1%, ч;– н-гептан, чда;– н-декан, чда;– о-ксилол, чда;– изопропиловый спирт, чда.Экспериментальныеисследованияпроводилисьсиспользованиемсовременных методов и приборов физико-химического анализа полимера иэталонных микропористых материалов, в том числе– ИК-спектрофотомерия;– дифференциальная сканирующая калориметрия;9– испытание механических свойств по ГОСТ 23206-78;– прецизионная гравиметрия;– определение пылимости волокнистых материалов;– специализированная методика и экспериментальная установка дляускоренной макросъемки движения жидкости и измерения краевого угласмачивания различных полимерных материалов жидкостями различнойполярности;– методика физическо-химической модификации поверхности нетканыхматериалов из синтетических волокон термообработкой в контакте сорганическим растворителями.Для наблюдения за формированием капли, её траекторией падения илипостепенным переходом (перетеканием) на поверхность пленки с последующимрастеканием и перемещением по пленке была собрана установка для скоростноймакросъемки (Рисунок 1).Рисунок 1.