Диссертация (Фазовый массоперенос жидкостей в производстве флексографских форм и струйной печати), страница 15

Так как направление смещения и растекание носятслучайный характер и не зависят однозначно от размера капли, то правомернопредположить, что их аномальное поведение определяется не рельефомдостаточногладкойэлектростатическогоповерхности,алокальноймикронеоднородностьюзаряда поверхности [126]. Отклонение, перемещение ирастекание тем сильнее, чем больше градиент напряженности электрическогополя [124].По данному разделу можно сделать следующий вывод:Разработана методика и изготовлен лабораторный стенд для скоростнойвидеосъемки процесса нанесения и растекания капель жидкости по поверхностиполимерных пленок и других запечатываемых материалов.

Произведеномоделированиепроцессаструйнойпечативоднымичерниламипо91полипропилену, в результате которогобыл выявлен эффект отклоненияпадающих капель от вертикали и их произвольного перемещения по поверхностиполимерной пленки. На основании анализа предшествующих публикаций повопросам электризации полимерных пленок в процессе печати и известныхэлектрофизических явлений в диэлектриках дано объяснение обнаруженногоэффекта в рамках современной теории поведения диэлектрических жидкостей внеоднородных электрических полях.5.2 Модификация поверхности нетканых материаловЧрезмерное впитывание жидкости в запечатываемый материал приводит кувеличению расхода краски, материалоемкости и повышению стоимости процессамаркировки. Для дополнительного сокращения потерь краски за счет впитыванияи повышения печатных свойств полотен производили модификацию поверхности.Длядопечатнойподготовкинетканогополотнаприменялиеготермообработку прессованием как наиболее экологичный и экономичный способфизической модификации [108].

Термообработка образцов нетканых материаловпроизводилась под давлением нагретым инструментом с целью измененияструктуры и поверхностных свойств полотна и возможного улучшения печатныхсвойств материала. Термообработку проводили с использованием плоскихэлектрообогреваемых электродов термосварочного лабораторного устройстваRDM HSE-3, в интервале температур от 120-230ºС. Устройство позволяет сточностью±1ºСтермостатироватьэлектродыизстали,кратковременнопрессовать ими нетканое полотно давлением 100-500 кПа с точностью ±7кПа иконтролировать время термообработки с точностью до ±0,01 с.

Послетермообработки образцы полотен помещали на предметный стол лабораторногостенда [113] и производили ускоренную видеосъемку процессов падения капли наповерхность материала и ее перемещение с помощью увеличивающего в 20 разобъектива. Было установлено, что после термообработки полотна в течениенескольких секунд при температуре более 120ºС его поверхность сглаживается,92волокна в наружном слое укладываются в плоскость полотна и частичноагрегируются. Нетканый материал становится более тонким и плотным.

Врезультате уплотняющей термообработки картина взаимодействия жидкости иволокнистого материала качественно изменяется. Капля воды, попавшая наповерхность, не отклоняется от траектории падения, не удерживается волокнамина расстоянии от полотна, как это наблюдается в эксперименте, описанном вразделе 3.2 (Рисунок 3.4), а ускоренно впитывается в его объемпод действием силадгезиипозаконамкапиллярноготечения[109].характеристики взаимодействия термообработанногоДляколичественнойполотна с каплей водыизмеряли время впитывания, за которое принимали средний интервал времени отмомента соприкосновения поверхностей капли и материала до полного внедренияжидкости в объем материала, контролируемого по исчезновению границы жидкойфазы над полотном.Рисунок 5.5 – Зависимости времени впитывания капель воды в поверхностныйслой нетканого полотна от температуры термообработки в прессе материалаиз смеси ПП и БКВ волокон (1) и смеси ПЭТФ и БКВ (2) волокон.При увеличении температуры и времени термообработки нетканогополотна среднее время впитывания увеличивается, а затем по мере уплотненияструктуры материала происходит второе качественное изменение процесса93(рисунок 5.5).

Впитывание прекращается и наблюдается растекание капли поповерхности уплотненного материала. Таким образом, чисто физическоевоздействие позволяет существенно улучшить печатные свойства волокнистогополотна. Это изменение процесса взаимодействия капель жидкости с нетканымиматериалами имеет важное практическое значение для маркировки изделий изволокон с помощью полиграфической техники.Быстрое впитывание жидкости в запечатываемый материал приводит кчрезмерному увеличению расхода краски, материалоемкости и повышениюстоимости процесса маркировки. Для дополнительного сокращения потерь краскиза счет впитывания и повышения печатных свойств полотен производилимодификацию поверхности с использованием органического растворителя –толуола, усиливающее действие которого на адгезию типографских красок кполипропилену обнаружено ранее в работе [111].

Для дозированного введениятолуола в поверхностный слой нетканого полотна, прижим нагревающегосяэлемента термосварочного аппарата к поверхности материала осуществляли черезстеклоткань, пропитанную толуолом [112]. Стеклоткань в качестве средстваподачи толуола была выбрана вследствие ее физической и химическойинертности к толуолу и высокой механической прочности. Этот прием позволяетоперативно изменять микрорельеф поверхности и адгезионные свойстванетканого материала.Для количественной характеристики изменения свойств модифицированнойповерхности были измерены краевые углы смачивания по методике [113].

Каплянаповерхностинетканогополотнаподвергнутогократковременномутермопрессованию с одновременной обработкой парамитолуола в течение 30 и 60с, принимает статичное положение и не впитывается, что позволяет измеритькраевой угол смачивания (Рисунок 5.6).94Рисунок 5.6 – Зависимости краевого угла смачивания водой (1) нетканогополотна и нетканого материала, обработанного в парах толуола (2) оттемпературы термообработки образцов. Время обработки парами толуола 30с, давление 0,35МПаКраевой угол смачивания пленок полипропилена водой измеренный пометодике [113] составляет 93±2 град. Угол смачивания водой пленок ПЭТФ 72±2град.

[114]. Поверхность нетканого полотна, уплотненного термомодификациейпод давлением, состоит из фрагментов ПЭТФ и ПП, гидрофобность которыхсущественно больше и после термообработке при 130-150 ºС соответствует углусмачивания 120±4 град. Увеличение температуры термообработки в комбинации собработкой толуолом увеличивает краевой угол смачивания на 40 градусов.Из Рисунок 5.6 видно, что увеличение температуры термообработки вкомбинации с обработкой толуолом повышает величину краевого угласмачивания на 20 градусов.Для исследования соотношения и распределения выявления волокон двухтипов в составе полотна и выявления преимущественного содержания одного изволоконвсоставеповерхностногослоянетканогополотнапроводилипрепарирование и послойное тепло-физическое испытание проб методом ДСК.Исследовались образцы компонентов исследуемого материала – волокон ПП и95ПЭТФ отдельно друг от друга, полученный из них нетканый материал и образецволокон, препарированных с поверхности материала «стрижкой ворса».

СпомощьюпрограммногообеспеченияNETZSCHProteusAnalysisбылизафиксированы температуры плавления и рассчитаны энтальпии для всехисследуемых материалов. Данные, полученные при анализе, подтверждают, чтообразец нетканого волокна имеет заявленный производителем состав (50%БКВ+50% ПП). Видно, что заявленное соотношение компонентов в смеси волоконпо массе соответствует действительности (Рисунок 5.7, кривые 1 и 3). Сравнилипараметры диаграмм плавления образцов, вырезанных из поперечного сечения(интегральная проба) материала и волокон, снятых с поверхности. Видно, что пикплавления полипропилена в пробах, извлеченных из поверхностного слоя полотнанесколько меньше, чем пик плавления полипропилена в пробах извлеченныхсреднего слоя полотна (Рисунок 5.7 кривые 4 и 3 соответственно).

Следовательнов поверхностном слое волокон полипропилена меньше, чем в среднем по объемуполотна.96Рисунок 5.7 Диаграммы ДСК первого плавления с указанием энтальпий плавленияи степени кристалличности нетканого материала из волокон полипропилена (1),бикомпонентных волокон (2), их смеси (3) и образцов полотна, вырезанных изповерхностного (4) и среднего слоев (5) нетканого материалаДля исследования соотношения и распределения выявления волокон двухтипов в составе полотна и выявления преимущественного содержания одного изволоконвсоставеповерхностногослоянетканогополотнапроводилипрепарирование и послойное теплофизическое испытание проб методом ДСК.Установлено,что заявленное соотношение компонентов в смеси волокон помассе соответствует действительности.

Сравнили параметры диаграмм плавленияобразцов, вырезанных из поперечного сечения (интегральная проба) материала иволокон, снятых с поверхности. Пик плавления полипропилена в пробах,97извлеченных из поверхностного слоя полотна несколько меньше, чем пикплавления полипропилена в пробах извлеченных среднего слоя полотна.Следовательно, в поверхностном слое волокон полипропилена меньше, чем всреднем по объему полотна.

С учетом известных значений критическогоповерхностного натяжения ПП и ПЭТФ или экспериментально определенныхуглов смачивания водой ПП и ПЭТФ [113, 114], можно предположить, что болеегидрофобные волокна ПП (угол смачивания полипропилена 93±2 град), непреобладающие в составе «ворса», но выступающие над поверхностью полотенвследствие их большей толщины и меньшей гибкости обуславливают «эффектлепестков розы» [117].

Капли воды отталкиваются гидрофобной поверхностьюволокон полипропиленового ворса и одновременно удерживаются ими же надполотном длительное время. Уплотняющая термообработка волокнистых полотенпрессованием при температуре близкой к температуре плавления полипропилена(130-180 оС) позволяет каплям воды проникать в пористую структуру материалаза время, не зависящее от наличия гидрофобных волокон в составе ворса.

Врезультате большего уплотнения полотен обоих составов, реализуемого притемпературахвышепропорционально180Сотемпературепроникновениеивременихарактеризуется увеличением угла смачивания.капельпрессования.водыЭтозамедляетсяуплотнение98ЗАКЛЮЧЕНИЕОсновной стадией термальной технологии производства фотополимерныхформ для флексографской печати обеспечивающей высокую производительностьявляется периодический процесс впитывания жидкого расплава полимера вволокнисто-пористый «проявляющий» материал включающий три характерныхэтапа: вдавливание, пропитку поверхности пористой структуры полотна исмачивание ворса.Анализ теоретических и экспериментальных работ в области исследованиядинамикиперемещениясформулированожидкостипредположениевволокнисто-пористых(гипотеза)обматериалахопределяющемвлияниисоотношения размеров пор в контактирующих материалах, краевого угласмачиванияволокнообразующих полимеров и электростатического зарядаповерхности волокон на абсорбцию жидкого полимера в процессе полученияфлексоформ по «термальной» технологии и процесс каплеструйной печати примаркировки.При масштабном моделировании отдельных стадий взаимодействиянетканых материалов с жидкостями обнаружен эффект отталкивания капельволокнами полипропилена.

Путем ускоренной видеосъемки падение и растеканиекапель воды по поверхности пленки полипропилена установлена существеннаяроль статического электричества в динамике смачивания полимеров жидкостями,которая определяет процессы маркировки и пропитки нетканых материалов.Показана возможность регулирования смачиваемости и впитывания жидкихполимеровикапельчернилиглопробивныминетканымиматериалами,обеспечивающая их использование в качестве абсорбционного материала втермальной технологии производства флексографских форм DuPont Fast иоптимальный расход краски при маркировке волокнисто-пористых полотенспособом каплеструйной печати.С помощью разработанной в диссертации методики установлено, чторасплавленный полимер удовлетворительно впитывается в иглопробивноенетканое полотно из смеси волокон бикомпонентных полиэфирных волокон и99полипропилена и после кратковременного термопрессования в контакте сорганическими растворителями оставляет на поверхности печатной формыминимальное количество фрагментов волокон, негативно влияющих на качествоотпечатков.100СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.