Автореферат (1095102), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Во второй главе описаны объекты исследований, освещены методики и техника экспериментальных исследований. Для изучения процесса флексографской печати и качества получаемых оттисков используются комбинированные упаковочные материалы на основе алюминиевой фольги следующего состава: алюминиевая фольга мягкая / адгезив / влаго-, жиростойкая бумага для каширования. Характеристики исследуемых комбинированных материалов представлены в таблице 1. Запечатывание образцов осуществлялось на пробопечатном станке Flexiproof 100, пробопечатном устройстве Auclean с использованием печатной краски FlintGroup Flexoplastol APF.

Предложены алгоритмы исследования микрогеометрии поверх­ности на установке MICRO MEASURE 3D station фирмы STIL, прочности на истирание  на установке HighTemperature Tribometer фирмы CSEM и адгезионной прочности  на установке Micro Scratch Tester фирмы CSEM, применительно к тонким и гибким комбинированным материалам и к полученным на них оттискам [2, 6, 12].

Таблица 1

Состав и характеристики исследуемых комбинированных материалов

Номер образца	Фирма производитель	Масса, г/м2	Фольга	Адгезив	Бумага
1	ОАО "Хоупак"	78	фольга ГОСТ 745-2003 с праймером	декстриновая клеевая композиция	Sappi Leine Silk
2	ОАО "РУСАЛ Саянал"	83	фольга ГОСТ 745-2003 с праймером	полиуретановая клеевая композиция	Kaubrilliant
3	ОАО "ПОЛИПАКС "ОЗЛБ"	75	фольга ГОСТ 745-2003 с праймером	расплав ПЭ	Пергамин
4	Опытный образец	80	фольга ГОСТ 745-2003 с праймером	разработанная клеевая композиция	Kaubrilliant

Для определения полноты укрывистости оттисков предложен алгоритм и разработан программный продукт [17]. Представлен широко используемый в зарубежной практике метод структурирования функции качества, позволяющий выполнить проектирование упаковочного комбинированного материала соглас­но потребительским требованиям и определить его конкуренто­способ­ность на промышленном рынке, а также выявить экономически целесообразные точки продаж.

Для установления оптимальных значений технологических параметров процесса каширования и разработки состава клеевой композиции представлена методика матема­тического планирования эксперимента, ее применение позволит сократить временные и экономические затраты в процессе разработки.

Третья глава посвящена повышению качества флексографской печати на упаковочных комбинированных материалах на основе алюминиевой фольги за счет модернизации технологического процесса каширования.

На основе структурирования функции качества выполнено проектирование процесса каширования комбинированного упаковочного материала на основе алюминиевой фольги с учетом условий флексографского печатного процесса и требований отрасли. Построенный Дом качества (рис.1) устанавливает связь между требованиями, техническими характеристиками комбинированного материала, параметрами функциональных подсистем и их компонентов на всех этапах производства [5, 10].

Модернизирован процесс каширования [11], позволяющий получить комбинированный материал на основе алюминиевой фольги с заданным уровнем свойств и повышенной адгезионной прочностью между слоями (патент РФ на изобретение № 2446951) [15]. С помощью метода планирования эксперимента расширены тео­ре­тические представления о влиянии температуры отверждения (х₂) и состава клеевой композиции для каширования (х₁) на адгезионную прочность комби­нированного материала (Y), каноническое уравнение разработанной модели имеет вид:

.

С геометрической точки зрения данное уравнение является уравнением эллиптического параболоида в окрестности точки максимума. Графическая интерпретация разработанной модели представлена на рисунке 2. График поверхности отклика (см. рис. 2) показывает, что значение адгезионной прочности, отложенное по оси аппликат, возрастает при приближении кодированных переменных х₁ и х₂ к нулевой точке и достигает своего наибольшего значения в нулевой точке, что соответствует значениям реальных переменных х₁=80 % и х₂ = 60 С.

Двумерные сечения поверхности отклика, представленные на рисунке 3, наиболее полно отражают влияние факторов х₁ и х₂ на адгезионную прочность комбинированного материала, полученного в результате каширования. В точках каждого из эллипсов значение адге­зион­ной прочности материала постоянно, чем более удален эллипс от нулевой точки, тем меньшее значение прочности ему соответствует. Установлено, что с увеличением абсолютной величины отклонения процентного содержания стирол-акриловой дисперсии в клеевой композиции от 80 % и с увеличением абсолютной величины отклонения температуры отверждения от 60 С снижает­ся адгезионная прочность комбинированного материала в окрестности точки оптимума.

Рис. 1. Дом качества

Рис. 2. Графическое представление разработанной модели:

Р – параметр оптимизации; х₁ – процентное содержание стирол-акриловой дисперсии в клеевой композиции; х₂ – температура отверждения
в кодированных переменных

С уменьшением процентного содержания стирол-акриловой дисперсии клейкость композиции существенно снижается, а увеличение ее процентного содержания не вызывает значительного улучшения свойств клеевой композиции и приводит к увеличению себестоимости. Снижение температуры отверждения клеевой композиции приводит к снижению прочности комбинированного материала и к увеличению времени сушки, что не желательно при его производстве в промышленных масштабах. Повышение температуры отверждения не оказывает существенного влияния на время сушки и не приводит к улучшению свойств комбинированного материала, поэтому является технологически нецелесообразным.

Процесс каширования при использовании в качестве адгезива разработанной клеевой композиции позволяет получить комбинированный упаковочный материал, соответствующий заданному на стадии проектирования уровню свойств и обладающий улучшенными прочностными и печатными характеристиками. Комбинированный материал совместим с пищевыми продуктами, является оптимальным для упаковки сливочного масла, мороженого и прочих жиро- и влагосодержащих продуктов.

Разработана физическая модель процесса образования многослойной системы. Даны практические рекомендации для технологического процесса каширования комбинированного материала на основе алюминиевой фольги с использованием в качестве адгезива разработанной клеевой композиции.

Рис. 3. Линии уровня адгезионной прочности
комбинированного материала

Выведена формула для расчета адгезионной прочности комбинированного материала на основе алюминиевой фольги в процессе каширования, базирующаяся на оценке истинной площади контакта S_ист и отличающаяся от аналогов возможностью учета реального профиля поверхности субстрата за счет представления профиля поверхности в виде многочлена Фурье:

,

где Ad – адгезионная прочность; – энергия единичной усредненной адгезионной связи, умноженная на число адгезионных связей на 1 см² истинной поверхности контакта; h – шаг разбиения образца на элементарные области (h=3 мкм); a – длина образца; – коэффициенты Фурье; x – переменная интегрирования, (0≤ x≤ a); n – число пор на 1 см² поверхности; d – диаметр поры; P – давление, под действием которого адгезив затекает в микропоры подложки; t –время контакта;  – вязкость адгезива;  сумма площадей горизонтальных участков, соответствующих незаполненным впадинам, для каждой из m цилиндрических поверхностей; r_i  количество незаполненных впадин, соответствующих сечению y = y_i.

Разработана модель красковосприятия комбинированных материалов в процессе флексографской печати. Полученная математическая модель позволяет прогно­зировать расход краски в процессе флексографской печати на комбинированном материале на основе алюми­ниевой фольги с учетом микрогеометрии его поверхности [3].

Для решения задачи об аналитической оценке красковосприятия образца невпитывающего комбинированного материала в процессе флексографской печати принято, что масса красочного слоя равна произведению плотности печатной краски ρ и объема V красочного слоя, который рассчитывается с помощью двойного интеграла следующим образом. Запечатанный образец комбинированного материала в первом приближении рассматривается как прямоугольный параллелепипед, верхняя грань которого представляет собой некоторую поверхность, не являющуюся плоскостью. Вводится система координат, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Схематическое представление одной из m цилиндрических поверхностей

Образец запечатанного комбинированного материала разбивается плоскостями у = у_i, i = 1, 2,…, m1, параллельными координатной плоскости XOZ c шагом h. Тогда красочный слой разбивается на m частей, причем объем всего красочного слоя V равен сумме объемов малых красочных слоев:

^.

В сечении у = у_i, i = 1, 2 ,…, m1 уравнение профиля комбинированного материала можно задать согласно [4] в виде многочлена Фурье. Красочный слой рассматривается как тело, ограниченное вертикальными плоскостями х = 0, х = а, у = у_{i -1}, у = у_i, сверху частью плоскости, имеющей уравнение z = z_max, где z_max – максимальная высота красочного слоя, найденная для всего образца, снизу цилиндрической поверхностью с направляющей , и образующей, параллельной оси ОУ. Объем этого тела, занимающего пространственную область, элементарную в направлении оси ОZ и проецирующуюся в прямоугольник D_i: 0 ≤ х ≤ а, у_{i -1} ≤ у ≤ у_i, находится с помощью двойного интеграла.

Тогда оценку полного объема красочного слоя можно найти по формуле:

Полагая шаг разбиения h=y_i на части образца со сторонами a = 0,5 мм, b = 0,5 мм, равным 3 мкм, получаем итоговую формулу для вычисления оценки массы краски на образце невпитывающей поверхности:

,

Характеристики

Список файлов диссертации