Автореферат (Фазовый массоперенос жидкостей в производстве флексографских форм и струйной печати), страница 2

– Общий вид и отдельные узлы установки для скоростной макросъемки движениякапель жидкости к запечатываемым материалам: 1 – цифровой фотоаппарат с возможностьюзаписи видео; 2 – удлинительные кольца; 3 – объектив; 4 – основная стойка с горизонтальной10площадкой, регулируемой по высоте; 5 – микрометрический винт; 6 – шприц на 1 мл; 7 –наконечник игольчатого типа для дозирования; 8 – светодиодный источник света; 9 –металлическая плоскопараллельная площадка для закрепленияобразца; 10 – плоскиенеодимовые магниты; 11 – термостатированая поверхность; 12 – испытуемый образецзапечатываемого материалаУстановка позволяет наносить и увеличивать изображение капли наповерхности образца исследуемого полимерного материала, записать на видео содновременной фиксацией времени контур капли в графическом формате вмомент формирования, падения, перемещения и растекания.В третьей главе приведены результаты собственных экспериментальныхисследований и анализ известных теоретических работ по количественной оценкединамики перемещения капель и микропотоков жидкости в волокнисто-пористыхполимерных материалах.

Падение капель жидкости на поверхность волокнистопористыхполимерныхматериаловреализуетсяприпечатиструйнымиустройствами, а впитывание жидкости в волокнисто-пористые материалы приконтакте с микропористым твердым телом насыщенным жидкостью реализуется вт.н. «термальной» технологии производства флексографских печатных форм.Существенной особенностью обоих исследуемых вариантов процесса впитыванияжидкости в волокнисто-пористые материалы является наличие в системезначительной поверхности раздела фаз «полимер-воздух».

При возникновенииконтакта с поверхностью полимера капли смачивающей жидкости или какой-либопористой среды заполненной жидкостью последняя стремится минимизироватьсвободную поверхностную энергию системы и заполняет пористую структуру.Если размер пор во втором «промокающем» волокнисто-пористомматериале, много больше размера пор в пористой среде, заполненной жидкостью,то впитывание жидкости во второй материал не происходит вообще. Жидкость,под малым внешним давлением (давлением прижатия материалов и силы тяжести)заполняет свободное пространство первого слоя или распространяется врадиальном направлении. По мере уплотнения «промокающего» материала иуменьшения в нем пор до размера пор пористой среды, монотонно увеличивается11массоперенос жидкости между контактирующими слоями.Из анализа фотоснимков флексографских форм различных производителей,полученных с помощью СЭМ следует, что размеры крупных пустот (пробельныхэлементов), которые при температуре 170 - 180 оС заполнены жидким полимеромдостигают 1÷2-х мм, а пустоты между печатающими элементами растровыхточек – 0,2÷0,5 мм (Рисунок 2).а)б)Рисунок 2.

– Фотоснимки СЭМ печатающих элементов флексоформы, полученной по«термальной» технологии FAST DuPont (а) и печатающих элементов растровых точек (б)Размеры пор в нетканых иглопробивных нетканых материалах из смесисинтетических волокон составляют 0,2 - 0,4 мм в зависимости от технологииформования полотна и способа его термоскрепления.

Самопроизвольный переносжидкости (разогретого полимера) в нетканый материал со средним размером порпорядка 1 мм возможен только из пробельных элементов флексоформыпревышающих 1 мм. Для более полного удаления расплава фотополимернойкомпозиции из пространства между растровыми точками необходимо уплотнениеструктуры волокнисто-пористого холста с целью уменьшения размера пор и/илиулучшение смачиваемости поверхности полимерных волокон. Эти две физикохимические задачи, требующие поиска научно-технических решений, составляютпредмет диссертационной работы.Для поиска научно-технических решений в диссертации разработаны12лабораторный стенд и экспериментальные методики количественного изученияфазового массопереноса капель модельных жидкостей и жидких полимеров.Вчетвертойглаверазработаналабораторнаяметодикаоценкимассопереноса полимера в нетканое полотно и измерена абсорбционная емкостьразличных волокнисто-пористых материалов и нетканых полотен отечественногопроизводства.Из флексографской фотополимерной пластины DuPont Cyrel DFR 045635х762 мм, толщиной 1.14 мм вырезали образец квадратной формы 20х20 мм снебольшим выступом – технологическим зацепом (Рисунок 3).Из испытуемого нетканого полотна вырезают квадратный лоскут размерам40х40 мм.

На электронных весах взвешивают образцы фотопластин с точностьюдо ±0,001г. Прогрев нескольких серий образцов фотополимерной пластины,размещенной на термостойкой подложке, осуществляют в сушильном шкафуBinder при температуре 180, 190, 200 ºС в течение 5 мин, соответственно посериям. После прогрева образца на него сверху немедленно укладывают лоскутнетканого материала. На лоскут нетканого материала через антиадгезионнуюпрокладкуизтермостойкойпленкиполитетрафторэтилена(Рисунок4)устанавливают плоский груз массой 1 кг. Выдерживают образец под давлением втечение 1 мин. За это время, разогретый до вязко-текучего состояния полимер,впитывается в нетканый материал.

По истечению времени повторного нагрева(Повторный нагрев необходим для перевода полимера в вязко-текучее состояниеи приведения температуры процесса расслоения в соответствие с условиямитехнологии FAST) расплавленные образцы вручную отделяют от нетканого(Рисунок5).Массопереносфотополимернойкомпозициивструктуреволокнистых материалов оценивают гравиметрически.

(Таблица 1).Определяя прирост массы лоскутов нетканого материала или убыль массыобразцов фотополимерных пластин, можно провести сравнительную оценку ихабсорбционнойемкостиивыборматериалаиспользования в технологии DuPont Cyrel FAST.наиболеепригодногодля13Рисунок 3. – Вид образцов формных фотопластин для оценки впитывающей способностинетканых материалов, где 1 – полиэфирная подложка; 2 – слой фотополимерной композиции.Рисунок 4. – Схема сжатия образцов пластичных формных фотопластин дублированныхнетканым материалом, где 1 – полиэфирная подложка; 2 – слой фотополимернойкомпозиции; 3 – нетканый материал; 4 – антиадгезионная прокладка; 5 – грузРисунок 5.

– Схема испытания образцов пластичных формных фотопластин дублированныхнетканым материалом на когезионное расслаивание в термостате, где 1 – подложка; 2 - слойфотополимерной композиции; 3 – нетканый материал14Таблица 1. Впитывание расплава фотополимерной композиции (ФПК) вволокнисто-пористый материалМатериал-абсорбентНетканый проявочный материал DuPont Cyrel DR37FНетканое полотно из смеси полипропиленовых (ПП) волокон иБКВ (1:1)Нетканое полотно из смеси полиэтилентерефталатных волокони БКВ (1:1)Нетканое полотно из смеси ПП волокон и БКВ (1:1) послетермообработки 110 ⁰CНетканое полотно из смеси ПП волокон и БКВ (1:1) послетермообработки 130 ⁰CНетканое полотно из смеси ПП волокон и БКВ (1:1) послетермообработки 150 ⁰CНетканое полотно из смеси ПП волокон и БКВ (1:1) послетермообработки 170 ⁰CТкань «FRall Strong 300А» 88%ХБ 12%ПАТкань «Премьер-комфорт 250» 80%ХБ 20%ПЭНетканое полотно из полипропиленовых волокон «Агротекс 17»Нетканое полотно из полипропиленовых волокон «Агротекс 60»АбсорбцияжидкогоФПКмасс., %50.3±0,550.9±0,551.6±0,547.3±0,548.6±0,542.1±0,341.2±0,545.0±0,548.5±0,540.0±0,547.0±0,5Полученные данные показывают примерно равную и достаточную дляпоглощения жидкой ФПК абсорбционную способность всех нетканыхматериалов на стадии вдавливания.

При этом отечественный нетканыйматериал из смеси волокон ПП и БКВ (1:1) не уступает проявочному материалуфирмы DuPont.Нетканыйматериал,применяемыйдляудалениянезаполимерозовавшегося светочувствительного слоя формной пластины втермальном процессе, должен обладать минимальной пылимостью, иметьпрочный поверхностный слой для предотвращения попадания частиц волоконнетканого материала на форму. Отделение частиц волокон от полотна и их15прилипание к печатным элементам формы может крайне негативно отразитьсяна качестве флексографской печати. В ходе проведенного эксперимента поопределению пылимости нетканых полотен по методике ЦНИИ бумажнойпромышленности было установлено, что наименьшей пылимостью обладаетнетканый абсорбционный материал DuPont Cyrel DR37F, применяемый длятермального процесса FAST.

Из отечественных аналогов волокнисто-пористыхматериалов (полотен), как видно из (таблицы 2), наибольшей пылимостьюобладаетнетканоеполотноизсмесибикомпонентных(БКВ)полиэтилентерефталатных (ПЭТФ) волокон в равном соотношении. Послеобработки термопрессованием происходит, как и следовало предположить,снижение пылимости материалов и увеличение поверхностной прочностиполотен, вследствие агрегирования и скрепления волокон между собойлегкоплавкой оболочкой БКВ.Таблица 2. Пылимость нетканых материалов из синтетических волоконМатериал-абсорбентНетканый проявочный материалDuPontCyrelDR37FНетканое полотно из смеси ПП волокон иБКВ (1:1)Нетканое полотно из смеси ПЭТФволокон и БКВ (1:1)Нетканое полотно из смеси ПП волокон иБКВ (1:1) после термообработки 170 ⁰CНетканое полотно из ПП волокон«Агротекс 42»Нетканое полотно из ПП волокон«Агротекс 60»Пылимость(ср.

кол-вопылинок на1 см2)Среднийразмерчастиц пыли,мм2.60.1304,20.1186.10.1573.10.0743.60.0692.90.078В пятой главе исследуются особенности массопереноса жидкости примаркировке уплотненных полотен и полимерных пленок каплеструйным16способом печати.

При микроскопическом изучении поверхности нетканогополотна DuPont «проявочного рулона» и оценки шероховатости, установленочтоповерхностныйслойматериаламонолитизированинапоминаетповерхность полимерной пленки. В диссертации исследован массопереносмодельных жидкостей по поверхности пленок из волокнообразующихполимеров: полипропилена и полиэтилентерефталата. Изучение этого процессаимеетсамостоятельноепрактическоезначениедляполиграфическогопроизводства и производства упаковки из полимерных пленок, так каксоставляет основу маркировки способом каплеструйной печати.В диссертационной работе было обнаружено, что капли воды из каналашприца, несмотря на их значительную массу и отсутствие выталкивающегодавления, не двигаются отвесно, а падают на поверхность пленки со смещениемцентра симметрии относительно оси канала иглы во все стороны.Установка позволяет зафиксировать и измерить перемещение капли вдольфронтальной линии влево и вправо.

Смещение вперёд и назад не фиксируетсяна проекции капли и поэтому количественно в проводимом эксперименте неопределялось. В серии из 10 попыток удалось зафиксировать перемещение пофронтальной линии на 0.1÷ 0.75 мм. Отклонение от вертикального направленияпадения и их последующее перемещение носит случайный характер, как понаправлению, так и по величине. В отдельных случаях перемещение капельпроисходит неравномерно с периодической остановкой (Рисунок 6) через 10–15с с момента падения и иногда достигает величины, соизмеримой с радиусомкапли.Перемещениекапельсопровождаетсяихрастеканием,термодинамически невыгодным увеличением площади межфазного контактаполимер–жидкость(пятна).Относительноеувеличениеразмерапятенвследствие аномального растекания и перемещение их центров симметрииразличны для капель разного размера.17а) 1 – подожка; 2 – капля; 3 – образец пленкиб)Рисунок 6.