Диссертация (1095154), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Время впитывания и размер пятна,формирующегося на поверхности пористой среды, уменьшаются.В случае если размер пор во втором слое меньше размера пор в первомслое (d 2 < d 1 ), скачок давления, возникающий при достижении жидкостью второгослоя, превышает скачок давления на фронте распространения жидкости в первомслое. В результате жидкость, достигнув границы раздела слоев, в основномвпитывается вторым слоем. При этом время впитывания капли и размерформирующегося пятна меньше, чем в случае впитывания в полуограниченнуюсреду с параметрами, соответствующими первому слою пористой среды.Врезультатетеоретическихоценоккапиллярныхсилиэкспериментального измерения скорости массопереноса (впитывания) воды изпористой среды (стекла) в волокнисто-пористый материал, произведенных61авторами [103] установлена следующая важная закономерность.
Если размер порво втором ″промокающем″ волокнисто-пористом материале, много большеразмера пор в пористой среде, заполненной жидкостью, то впитывание жидкостиво второй материал не происходит вообще. Жидкость, под малым внешнимдавлением (например, гидростатическим давлением силы тяжести) заполняетсвободное пространство первого слоя или распространяется в радиальномнаправлении.
По мере уплотнения ″промокающего″ материала и уменьшения внем пор до размера пор пористой среды, монотонно увеличивается массопереносжидкости между контактирующими слоями.Как следует из анализа снимков флексографских форм, полученных спомощью СЭМ, (Рисунок 3.1 а) размеры крупных пустот (пробельных элементов),которые заполнены жидким фотополимером достигают в диаметре 2-х мм, апустоты между печатающими элементами растровых точек составляют 0,3-0,5 мм(Рисунок 3.1 б).а)б)Рисунок 3.1 Фотоснимки СЭМ печатающих элементов флексоформы,полученной по технологии FAST DuPont (а) и печатающих элементов растровыхточек, полученных по сольвентной технологии (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 [106].
Самопроизвольный62перенос жидкости (разогретого полимера) в нетканый материал со среднимразмером пор порядка 1 мм возможен только из пробельных элементовфлексоформы превышающих 1 мм. Для более полного удаления расплавафотополимераизпространствамеждурастровымиточкаминеобходимоуплотнения волокнисто-пористого холста с целью уменьшения размера пор,повышения внешнего давления и/или увеличения смачиваемости поверхностиполимерных волокон. Эти три задачи, требующие поиска научно-техническихрешений, составляют предмет диссертационной работы.Для оценки величины внешнего давления способного значительно ускоритьмассоперенос жидкого полимера из микропор флексоформы в нетканый материалпроизводили сжатие печатающих элементов по стандартной методике испытанияполимерных материалов (ГОСТ 23206-78, Приложение Б).
При температуре 170оСсоздавали усилие сжатия формы с текстом существенно превышающиевозможные усилия прижатия вала с нетканым полотном к формному цилиндру сзаготовкой в процессе проявки формы (Рисунок 3.2).Рисунок 3.2 Диаграмма сжатия флексографской формы толщиной 1,1 мм,полученной по технологии FAST DuPont63По диаграмме сжатия флексографских фотопластины видно, что различныеучастки фотоформы после УФ экспонирования эластично (псевдоупруго)деформируются на 0,2 мм и затем разрушаются принагрузке 1,7 - 2,7 кН.Максимальная деформация печатающих элементов в момент разрушениясоставляет 0,2÷0,25 мм и не превышает 25 % толщины формы, что, по-видимому,обеспечивает лишь частичное выдавливание жидкого полимера из пробельныхэлементов.
Этого массопереноса недостаточно для получения формы высокогокачества с растрированными печатающими элементами даже при многократномповторении цикла промокания (последовательное прижатие «чистого» участканетканого полотна горячим валом).Процесс массопереноса непрореагировавшего под действием УФ-облученияжидкогополимерасфотоинициаторомполимеризацииизпористойфлексографской формы в полотно при многократном прижатии волокнистопористого нетканого материала к ней (промокании) можно разделить на трихарактерные стадии (обозначенные «а», «б», «в» на рисуноке 3.3).64Рисунок 3.3 Схема последовательных стадий «проявки» фотополимерных формнетканым материалом по технологии FAST DuPontа) первый контакт; б) – промежуточный контакт; в) – финишный контакт, где1– флексографская форма;2 – печатающие элементы растровых точек; 3 –пробельные элементы между печатающими элементами растровых точек; 4 –пробельные элементы; 5 – нетканое полотноНа стадии «а» при первом контакте жидкий, разогретый до 170ºСполимер вдавливается в пористую структуру полотна усилием прижимного вала(раздел 4.1).
Массоперенос на стадии «а» не зависит от химического состававолокон, их поверхностных свойств и размеровпористой структуры полотна.На стадии «б» граница раздела фаз «жидкий полимер – волокно»представленаповерхностьюволокон«стенками»сквозныхпори65микроскопических пустот в местах соприкосновения волокон. Давлениеприжимноговалаустройства″промокания″формнажидкийполимер,находящийся внутри пробельных элементов отсутствует, т.к. деформации сжатияпечатающих элементов недостаточны для выдавливания жидкости из пробельныхэлементов.Массоперенос приобретает характер капиллярного движения и зависит отсмачиваемости волокнообразующего полимера и диаметра волокон, размерамикрокапилляров между полимерными волокнами.На стадии «в» граница раздела фаз «жидкий полимер – волокно» предельномала и представлена лишь точками соприкосновении отдельных концов и петельволокон с оставшейся в порах жидкостью. Массоперенос на стадии «в»минимален и зависит от энергии межмолекулярного взаимодействия наограниченной площадью торцов и петель поверхности раздела фаз «жидкийполимер – волокно» (адгезии), соотношения энергии адгезии и когезии жидкогополимера и формы, а также возможного электростатического заряда волокон.Из приведенного анализа стадий процесса «проявки» фотополимерныхформ нетканым материалом по технологии FAST DuPont можно сделатьпромежуточныйвыводонеобходимостипроведенияэкспериментальногоисследования взаимодействия микроколичеств (капель) жидкости с волокнисто пористыминетканымиматериаламисучетомвлияниянадинамикумассопереноса электростатического заряда волокон и свободной энергии ихповерхности.3.2 Экспериментальное исследование падения и движения капельжидкости по поверхностным слоям нетканых полотенВходесвободногопокадровогопадениякапельанализаводызаписинавидеоизображениягоризонтальнуютраекторииповерхность,ихдеформации, растекания и впитывания по поверхности материала, обнаруженэффект отклонения траектории движения капель от вертикали и качественное66различие во взаимодействии капель воды и жидких н-алканов с поверхностьюпористых материалов различного химического состава.При соприкосновении капли модельной жидкости, имитирующей каплюводных чернил струйной печати, с ворсистой поверхностью нетканого материала,состоящего из смеси полипропиленовых и бикомпонентных волокон, наблюдали(до и после соприкосновения) отталкивание капли концами и петлями торчащихиз полотна волокон, вызывающее значительное отклонение траектории еепадения от вертикали.
Даже крупные капли воды (по сравнению с каплями,выбрасываемыми печатающими головками струйных принтеров) длительноевремя удерживаются на отдельных волокнах, хаотично расположенных вповерхностном слое полотна (рис.3.4). Вода практически не впитывается впористую структуру полотна, а сферическая форма капель в равновесномсостоянии,сохраняющаясявплотьдоиспарения,свидетельствуетогидрофобности и полной несмачиваемости поверхности нетканых полотен.
Дляпечати рисунка или текста, а также для цифровой маркировки таких полотенводоразбавляемымиповышающаякраскамигидрофильностьнеобходимаилиихкаким-либодопечатнаяобразомобработка,устраняющаяотталкивающее действие волокон [107].Рисунок 3.4. Положение капли воды (удержание до испарения) на поверхностинетканого материала до впитывания в объем: 1 – поверхность нетканогоматериала; 2 – капля воды; 3 – капилляр дозаторДлядопечатнойподготовкинетканогополотнаприменялиспособфизической модификации – прессование при повышенной температуре [108].67Термообработку образцов нетканых материалов проводили кратковременнымпрессованиемподдавлением100-500кПапритемпературеобработкипоследовательно увеличиваемой от серии к серии образцов от 120 до 230 ºС сшагом 10ºС. После обработки термопрессованияем проводили ускореннуювидеосъемку процессов падения калиброванных капли исследуемых жидкостей наповерхностьматериалаификсировалиеетраекториюперемещения.Экспериментально установлено, что в результате термопрессования образцов втечение нескольких десятков секунд при температуре менее 120 ºС смачиваемостьповерхности полотен не изменяется.
Капли воды удерживаются на поверхности.Притемпературеболее120 ºСповерхностьматериала,содержащегополипропилен и бикомпонентное волокно, сглаживается, волокна в наружномслое укладываются вдоль плоскости полотна и частично агрегируются. Нетканыйматериал становится более тонким и плотным. В результате уплотненияструктуры характер взаимодействия жидкости и волокнистого материалакачественно изменяется.
Капля воды, упавшая на поверхность, не отклоняется отвертикальной траектории падения, не удерживается торчащими волокнами нарасстоянии от полотна, как это наблюдается в исходном эксперименте (Рисунок3.4), а при более плотном контакте с уплотненной пористой структурой ускоренновнедряется в его объем. Скорость движения капель превышает возможностивидеофиксацииискоростьсвободногопадениякапель,чтопозволяетпредположить наличие электростатических сил, действующих на жидкость внаправлении движения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
