Диссертация (Фазовый массоперенос жидкостей в производстве флексографских форм и струйной печати), страница 10

Из флексографскойфотополимерной пластины DuPont Cyrel DFR 045 635х762 мм, толщиной 1.14 ммвырезали образец квадратной формы 20х20 мм с небольшим выступом –технологическим зацепом.Изготовление образца фотополимерной пластины, содержащей пробельныеи печатающие элементы, производили следующим образом: с пластины DuPontCyrel DFR 045 удалялся черный масочный слой, изображение в негативе наполиэфирной пленке размещалось поверх фотополимерного слоя, на первом этапепроизводилось экспонирование УФ светом обратной стороны пластины в течение2 мин на экспонирующем устройстве Argon Tris, на втором этапе производилосьосновное экспонирование с лицевой стороны в течение 10 мин.Из испытуемого нетканого полотна вырезают квадратный лоскут размерам40х40 мм.

На электронных весах взвешивают образцы фотопластин с точностьюдо ±0,001. Прогрев образца фотополимерной пластины, размещенной натермостойкой подложке, осуществляют в сушильном шкафу Binder притемпературе 180, 190, 200 ºС, в течение 5 мин. После прогрева образца на негосверху немедленно укладывают лоскут нетканого материала. На лоскут нетканогоматериала через антиадгезионную прокладку из пленки ПТФЭ устанавливают56плоский груз массой 1 кг. Выдерживают образец под давлением в течение 1 мин.За это время, разогретый до вязко-текучего состояния фотополимер при контактевпитывается в нетканый материал. Так как по мере остывания фотополимерпереходит в высокоэластичное состояние, многократно увеличивает своюкогезионную прочность и утрачивает способность течения по капиллярам, передразделением слоев образец вновь помещают в сушильный шкаф на 3 мин.Повторный нагрев необходим для перевода полимера в вязко-текучее состояние иприведения температуры процесса расслоения в соответствие с условиямитехнологии FAST.

По истечению времени повторного нагрева расплавленныеобразцы вручную отделяют от нетканого материала по методике расслоенияописанной в работе [96]. Массоперенос фотополимера в пористой структуреволокнистых материалов оценивают гравиметрически. Массу образца и лоскутанетканого материала, впитавшего в себя фотополимер, измеряют взвешиванием.Прирост массы нетканого материала и убыль массы образца фотополимернойпластины выражают в %. Определяя прирост массы лоскутов нетканогоматериала или убыль массы образцов фотополимерных пластин производятсравнительную оценку впитывающей способности и выбор материала наиболеепригодного для использования в технологии DuPont Cyrel Fast.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 2).Рисунок 2 Общий вид установки для скоростной макросъемки.57Установка 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.Для изучения структурных изменений материалов, в том числе икомпозитовнаполимернойоснове,широкоприменяетсяметоддифференциальной сканирующей калориметрии.

Данный метод основан нарегистрации тепловых потоков, сопровождающих структурные изменения вматериале (фазовые переходы I и II рода) при изменении его температуры, ииспользуется для определения энтальпии плавления, степени кристалличности,температур стеклования, плавления и кристаллизации.В диссертационной работе использовался дифференциальный сканирующийкалориметр DSC 204 F1. Исследование волокнисто-пористых материаловпроводили следующим образом: фрагменты волокнисто-пористых материаловзагружали в алюминиевый тигель, второй аналогичный тигель оставляли пустым,он служил в качестве эталонного образца, после взвешивания оба тигляустанавливали в камеру калориметра.Для предотвращения окисления датчиков и отвода возможных продуктовгорения производилась непрерывная продувка камеры аргоном. Температурнаяпрограмма проведения исследований была следующей: сначала образец нагревалидо 180 0С со скоростью 10 К/мин, затем охлаждали до 35 0С и повторно нагревалис той же скоростью.

Все процессы, протекающие в ходе нагрева и охлаждения,автоматически регистрировались с помощью компьютерного программногообеспечения.58ГЛАВА3.ДИНАМИКАМИКРОПОТОКОВПЕРЕМЕЩЕНИЯЖИДКОСТИВКАПЕЛЬИВОЛОКНИСТО-ПОРИСТЫХПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ3.1Анализтеоретическихиэкспериментальныхработпокапиллярному переносу жидкости в волокнисто-пористые полимерныематериалыСущественной особенностью впитывания жидкости в волокнисто-пористыематериалы является наличие в системе значительной доли свободной поверхностиполимера и протяженной границы раздела фаз [97-102]. При возникновенииконтакта с поверхностью полимера капли стремятся минимизировать свободнуюповерхностую энергию, что оказывает влияние на форму капли, длительность ирезультат впитывания.

В работе Старова и сотрудников [100] предложенаматематическая модель для количественного описания процесса перетеканияжидкости из капли в тонкий пористый слой, что соответствует способукаплеструйнойпечатииоднойизстадийтехнологическогопроцесса«проявления» флексографских форм по «термальной» технологии FAST DuPont.В экспериментальной работе [101] численно исследовано влияниепроницаемости пористой среды на впитывание капли в случае двухслойных средс одинаковым размером пор в слоях, что не в полной мере соответствуетусловиям заполнения жидким полимером волокнисто-пористых полотен сшироким распределением пор между волокнами.В работе Ю.

Д. Варламова и сотрудников [103] предложена двухмернаяфизическая и математическая модели двухслойной пористой среды с различнымиэффективными коэффициентами проницаемости, зависящими от величинысуммарной пористости и среднего размера пор соответственно. Движениежидкости в виде капли, находящейся на поверхности пористой среды описано сиспользованием известных уравнений нестационарной фильтрации жидкости.Движения жидкости в капле на поверхности пористой среды моделировано путемрешения уравнений Эйлера с учетом сил поверхностного натяжения для случая59несжимаемой жидкости. Правильность расчетов проверялась авторами присопоставлении результатов вычислений с экспериментальными данными повпитыванию капель модельными пористыми материалами.

Установлено влияниена длительность впитывания капель и характер распределения жидкости впористой среде размерных характеристик двухслойного волокнисто-пористогоматериала(размерыпор,пористостьитолщинаволокнисто-пористогоматериала).Начальная форма капли задавалась в виде сферического сегмента.Дальнейшее изменение формы капли зависело от совокупности процессов:капиллярного впитывания, стремления капли минимизировать свободнуюповерхностную энергию в результате действия сил поверхностного натяжения исобственного впитывания. Моделирование указанных процессов основывалосьпри совместном решении уравнений, описывающих движение молекул жидкостив капле и в пористой среде.На границе капля – пористая среда использовалось условие равенстванормальных компонент скорости движения молекул жидкости в капле и пористойсреде.Насвободнойграницепористойсреды,занятойпросочившейсяжидкостью, ставилось условие не протекания – равенство нулю нормальнойкомпоненты скорости движения жидкости в пористой среде.Действие капиллярных сил на границе фронта впитывания (границе междуобластью пористой среды, заполненной жидкостью, и областью, свободной отжидкости) характеризуется скачком давления, который определяется по формулеЛапласа [104] = −4 /(3)(φ – контактный угол смачивания, d – диаметр пор).Начальная форма капли (сферический сегмент) характеризовалась высотойи диаметром основания, что позволяло определить угол смачивания материалаповерхности [105].

Начальная геометрия области пористой среды под каплей,заполненной просочившейся жидкостью, задавалась в форме тонкого диска,60диаметр которого равен диаметру основания капли, а толщина равна размеру порсреды. Начальные значения компонент скорости движения жидкости в капле ипористой среде принимались равными нулю.В процессе впитывания капли двухслойной пористой средой можновыделить две стадии: стадию впитывания жидкости первым слоем среды домомента достижения фронтом впитывания границы раздела слоев и стадию, когдажидкость распространяется как в первом, так и во втором слоях.

Как показалирезультаты численного эксперимента, процессы на второй стадии существеннозависят от соотношения структурных параметров слоев.В случае, когда размер пор во втором слое много больше размера пор впервом слое, впитывания жидкости вторым слоем практически не происходит.Жидкость, достигнув границы раздела слоев, далее движется в основном врадиальном направлении, заполняя пространство первого слоя. Этому случаюсоответствуют наибольшие значения длительности впитывания капли и размерапятна, формирующегося на поверхности пористой среды, которые существеннопревышают значения, соответствующие случаю впитывания в полуограниченнуюсреду с параметрами, соответствующими первому слоюС уменьшением размера пор во втором слое становится существеннымпоток жидкости, впитываемый вторым слоем.