CC BY
70
УДК 778.14
А.К. Талалаев, д-р техн. наук, проф.,
(4872) 35-24-93, tppzi@tsu.tula.ru Р.Г. Панфилов, канд. техн. наук, доц.,
(4872) 48-24-28, archon80@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РАЗРАБОТКА СПОСОБА УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ КАЧЕСТВА И СОХРАНЯЕМОСТИ МИКРОФИЛЬМОВ
Разработан способ ускоренных испытаний качества и прогнозирования предельных сроков хранения микрофильмов с заданным уровнем сохранности определяющего параметра качества. Приведен пример расчета сроков хранения микрофильмов, изготовленных без применения тиосульфата натрия при химико-фотографической обработке.
Ключевые слова: микрофильм, испытания, прогнозирование, контроль качества, сохраняемость.
Обеспечение сохранности документов, в частности на бумажных носителях, является важнейшей государственной задачей и в значительной степени осуществляется созданием Российского страхового фонда документации, представляющего собой совокупность функционально ориентированных и упорядоченных массивов специально изготовленных на микрофильмах страховых копий необходимых документов, хранимых в специальных хранилищах [1]. Микрографическая форма представления документации обладает целым рядом важных достоинств [2]. Качество изготавливаемых микрофильмов, оптическая плотность и читаемость зависят от многих факторов: свойств используемого фотоматериала, условий его последующей химико-фотографической обработки (ХФО) для визуализации изображения и хранения готового микрофильма.
Проблема прогнозирования поведения полимерных материалов, в частности используемых для микрофильмирования, во времени изучена недостаточно. Для удовлетворительного прогнозирования жизненного ресурса микроизображений необходимо иметь простые и надежные соотношения между кинематическими параметрами физико-химических процессов старения и макро-свойствами материала, определяющими их эксплуатационную пригодность. Наиболее сильное воздействие на деструктивные процессы оказывают повышенные температурно-влажностные условия при хранении микрофильмов.
Результаты исследований многих отечественных и зарубежных ученых позволили сформулировать основные принципы оценки долговечности различных архивных материалов, так как закономерности изменений свойств материалов, изготовленных с применением разных полимерных основ, качественно совпадают.
Изменения в изображении на галогенидосеребряных микрофильмах известны под названием обесцвечивания или выцветания элементов изображения, следствием чего является снижение оптической плотности и контраста этого микроизображения. В значительной степени это происходит из-за присутствия в эмульсионном слое тиосульфата натрия по завершении окончательной промывки микрофильма, за счет известных химических реакций разложения комплексных солей тиосульфата натрия. Содержание остаточного тиосульфат-иона в микрофильмах долговременного хранения после их ХФО должно быть не более 0,0007 мг/л [3], что является очень жесткой нормой.
Обобщение теоретических и экспериментальных исследований позволило разработать обоснованные режимы хранения, обеспечивающие физико-химическую сохранность микрофильмов. Испытания на стабильность фотографического изображения согласно международным стандартам 180 4331 и 180 4332 предусматривают воздействие на микрофильмы окружающего воздуха в течение 30 дней при температуре (60± 2) °С и (60 ± 2) % относительной влажности. После выдержки в указанных условиях образцы микрофильмов сравнивают визуально с контрольным образцом, который хранился при комнатной температуре и относительной влажности не более 60 %. При этом изображение не должно показывать никаких следов разрушения, препятствующих его дальнейшую эксплуатацию или хранение. Проведенные по вышеуказанным стандартам испытания образцов микрофильмов, изготовленных без применения тиосульфата натрия, показали пригодность их для последующей эксплуатации и дальнейшего хранения.
В данной статье приводится результаты разработки способа ускоренных испытаний, позволяющего оценивать предельные сроки хранения микрофильмов первого поколения, изготовленных по технологии, исключающей в процессе ХФО применение тиосульфата натрия (в дальнейшем изложении - способ).
1. Объектом испытания являются рулонные негативные микрофильмы первого поколения в отрезках МО-35 [4],выполненные на непер-форированной рулонной фотопленке методом прямой съемки.
2. Испытания проводятся в 2 этапа. На первом этапе образцы подвергаются испытанию в течение 240 ч воздействию температуры 60 °С и относительной влажности 55 %. По результатам испытаний данного этапа проводится выбор определенного параметра П (В или Бт, Ят), в наибольшей степени подверженного изменениям, для проведения испытаний второго этапа. На втором этапе образцы подвергаются испытаниям термовлажного воздействия по следующим режимам: температура 55, 60, 65 и 70 °С при относительной влажности 55 %.
3. Способ предполагает реализацию следующих программы и алгоритма испытаний:
3.1. В процессе испытаний (на обоих этапах) необходимо фиксировать изменения показателя Бт - предела читаемости или Ят - разрешающей способности, В - оптической плотности фона изображения, а также физико-механическое состояние образцов микрофильмов.
3.2. Предельный срок хранения микрофильмов должен быть определен с помощью зависимости Аррениуса скорости старения микроизображения от температуры и влажности с использованием экспериментальных данных изменения выбранного (на первом этапе) определяющего параметра микроизображения в ускоренных режимах испытаний:
энергия активация процесса, кал/моль; Я - универсальная газовая постоянная, 1,987 моль • К. Для обоснованного применения зависимости Аррниуса в предлагаемой методике прогноза необходимо проверять идентичность физико-химических процессов, протекающих при ускоренном старении и натурном хранении или эксплуатации. Это устанавливается проверкой отсутствия отклонения от линейности регрессионной зависимости
где %исп - время проведения ускоренных испытаний для каждого выбранного значения температуры, при котором установленный на первом этапе испытаний определяющий параметр П достигает своего предельного порога старения (например, ухудшается на 20 %); Т - диапазон температурных значений, в котором проводились ускоренные испытания.
3.3. За скорость процесса старения принимается скорость изменения определяющего параметра микроизображения. Допустимое изменение величины определяющего параметра устанавливается равным 20 % от первоначального значения. За основу модельного прогноза допустимого предельного срока хранения микрофильмов по результатам ускоренных испытаний принимается идентичность произведений скорости старения на время
где Сисп, Схран - скорости процесса старения соответственно в условиях испытаний и в условиях хранения; тпр исп - время испытаний, в течение которого определяющий параметр достиг установленного порога ухудшения качества; тхран - прогнозируемое время хранения.
3.4. Предельный срок хранения микрофильмов с учетом результатов ускоренных испытаний определяется по соотношению, вытекающему из зависимости (1):
й 1п К Е
(2)
(3)
\
Т Т
^ исп. ± хран. у
ИЛИ ln Т хран. ln Т пр.исп. r
\
TT
^ исп. ± хран. у
(4)
где Тисп и Тхран - температура испытаний и хранения соответственно, °К; Тприсп и Тхран - предельное время испытаний и хранения соответственно, ч.
При этом стандартизованная температура хранения составляет Т хран. = 285 °К.
3.5. Испытания проводят с использованием термошкафов, шкафа переменной температуры и эксикатора. Они реализуются в следующей последовательности:
- образцы микрофильмов помещают в эксикатор, где создана относительная влажность воздуха, соответствующая данному этапу испытаний, а затем эксикатор помещают в термошкаф с заранее установленной температурой в соответствии с п. 2;
- периодически испытуемые образцы микрофильмов извлекаются из эксикаторов, выдерживаются на воздухе для акклиматизации в течение 30 мин, затем производятся замеры значений определяющего параметра (П) (контроль изменения определяющего параметра); периодичность выемки образцов устанавливается опытным путем, в зависимости от интенсивности наблюдаемых изменений и соблюдения условий репрезентативности получаемой выборки;
- результаты измерений заносятся в журнал испытаний, при этом контролируется физико-механическое состояние образцов;
- результаты изменения определяющего параметра до предельного значения аппроксимируются (например, с помощью компьютерной программы «Table curve - 2D») в виде регрессионной зависимости
П = f (тисп ), по которой определяются предельные значения времени испытаний Тпр исп , в течение которого определяющий параметр достигает
своего допустимого порога ухудшения;
- установленные предельные значения Тпр исп для всех режимов ускоренных испытаний используются для расчетов по п. 3.4 прогнозного срока предельного хранения микрофильмов, при котором ухудшение качества не превысит допустимого;
- на основании полученных расчетов выдается заключение о гарантированном сроке хранения микрофильмов.
Приведем пример использования разработанного способа ускоренных испытаний для оценки предельных сроков хранения.
Объектом испытаний являлись образцы микрофильма первого поколения на пленке Copex HDP 10 (Бельгия) с изображением тест-
г
1
1
1
1
оригиналов [3] масштабом 1:14,8, полученные по технологии ХФО без применения тиосульфата натрия.
Цель испытаний - определение предельного срока хранения микрофильмов в условиях, регламентируемых государственным стандартом
[5].
Материально-техническое обеспечение: 1. Съемочный аппарат Re-cordak Micro-File Film unit, model MCGI (зав. № 2874). 2. Аппарат химикофотографической обработки Meolab. 3. Термошкафы ТС-80М (зав. № 43016, № 283325) и GRONLAND (зав. № 90200158). 4. Денситометр фирмы Brumac Indastries, Ins, модель МР-8 (зав. № 9405636). 5. Прибор контроля универсальный Carl Zeiss Iena (зав. № 2030). 6. Эксикатор стеклянный [6]. 7. Мерный цилиндр V = 250 мл [7]. 8. Кислота серная, (d = 1,83 г/л) [7]. 9. Вода дистиллированная [8].
Из анализа результатов комплекса предварительных испытаний было установлено, что влага оказывает весьма существенное воздействие на состояние микроизображений, в связи с чем были тщательно подобраны водные растворы серной кислоты, обеспечивающие поддержание постоянной влажности во всем температурном и временном интервалах испытаний, и химико-фотографическая обработка на аппарате Meolab велась по режиму, приведенному в табл. 1.
Таблица 1.
Режимы ХФО
№ п/п Наименование операции Время обработки, мин. Температура, °С
1 Проявление 4,0 28,0
2 Промывка 4,0 15,0 - 18,0
3 Осветление 4,0 28,0
4 Промывка 4,0 15,0 -18,0
5 Отбеливание 3,0 - 4,0 20,0
6 Промывка 4,0 15,0 - 18,0
7 Чернение 2,0 20,0
8 Промывка 8,0 15,0 - 18,0
Результаты предварительных испытаний (первого этапа) подтвердили возможность выбора в качестве предельной величины определяющего параметра качественных изменений микроизображений рекомендуемое увеличение оптической плотности В (т.е. ухудшения качества микрофильма) на 20 % от первоначального значения. При этом читаемость миры шрифта Бт оставалась неизменной (не ухудшалась).
На втором этапе отобранные образцы микрофильмов (по 5 штук в каждой серии испытаний) с изображением тест-объекта помещали в эксикаторы с водными растворами серной кислоты для создания относительной влажности 55 % [5] и выдерживали в термошкафах при температурах
26
55, 60, 65, 70 0С. Качественные изменения микрофильмов оценивали измерением на денситометре оптической плотности фона микроизображения и определением читаемости миры шрифта тест-объекта ТО-1 с помощью прибора контроля универсального. Несмотря на значительный общий срок проведения параллельных для каждой температуры испытаний (6,5 месяцев), ни в одном случае из используемых режимов не было ухудшения качества микрофильма (увеличение оптической плотности изображения) на 20 %. В этой связи представилось возможным повысить требования к качеству сохранности микрофильмов, а именно - пороговое значение оптической плотности принять на уровне 13 %. Однако для температуры испытаний 55 °С и эта величина оказалась недостижимой за весь период испытаний, на основании чего указанная температура испытаний была признана не лимитирующей скок хранения и соответствующие данные в дальнейший расчет не принимались. В табл. 2 приведем данные изменения оптического параметра микроизображений В на пленке Сорех ИВБ 10 при относительной влажности 55 %, неизменном контролируемом пределе читаемости Бт = 45.
На рис. 1 приведены соответствующие аппроксимированные зависимости. Штриховыми линиями отмечены значения параметров, соответствующие моментам достижения оптической плотностью предельного порога ухудшения качества микрофильма. Анализ полученных графических зависимостей показывает, что наиболее интенсивное увеличение оптической плотности наблюдается лишь в первые сутки ускоренных испытаний для всех режимов, а затем происходит очень незначительный прирост в течение длительного времени. Это, очевидно, объясняется завершением остаточных химических реакций.
Таблица 2
Изменение оптической плотности микроизображения В от времени ускоренного испытания Тисп по предлагаемому способу
______в завимости от температуры Т испытаний____________
Обозн. парам. * Значения параметров в отдельном испытании
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Температура Ти°,п = 55 0С
Т ^исп. ’ ч 0 15 42 61 83 153 175 199 320 388 483 507 577 669 815
В ,Б 1,424 1,466 1,482 1,490 1,488 1,488 1,496 1,492 1,490 1,498 1,486 1,494 1,492 1,502 1,501
Температура Т.усп = 60 0С
Т ^исп. ’ ч 0 15 37 60 82 153 175 198 221 243 319 487 653 723
В ,Б 1,110 1,188 1,208 1,225 1,220 1,229 1,221 1,237 1,236 1,239 1,237 1,242 1,277 1,281
Продолжение таблицы 2
Обозн. парам. * Значения параметров в отдельном испытании
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Температура Т^ = 65 °С
Т *исп. ’ ч 0 15 38 61 136 182 225 299 465 535 628 798
Б ,Б 1,122 1,217 1,230 1,256 1,250 1,254 1,258 1,262 1,259 1,260 1,258 1,258
Температура Ти3сп = 70 °С
Т '‘исп. ’ ч 0 35 75 113 225
Б ,Б 1,170 1,190 1,290 1,325 1,330
[
70°
\ \
1 \ 1 О О 65°
1 1 1 1
1 1 1
(115) 1 1(220) 1 |(430)
О 200 400 600 800
Рис. 1. Аппроксимированные регрессионные зависимости Б = / (тисп ) для различных значений температуры ускоренных испытаний
Графическая интерпретация результатов проверки идентичности физико-химических процессов при ускоренном старении и натурном хранении или эксплуатации микрофильмов, а следовательно, при обоснованном применении уравнения Аррениуса, представлена на рис. 2.
Очевидность линейности полученной зависимости подтверждает обоснованность проводимых расчетов. В случае возникновения сомнений следует провести корреляционный анализ с расчетом коэффициента корреляции и корреляционного отношения и проверкой значимости их расхождения.
Из зависимостей, представленных на рис. 1, легко установить предельные значения времени испытания тпр исп для каждой температуры испытаний: 60 0С - т1присп _ 430 ч.; 65 0С - т'2рисп _220 ч.; 70 0С -
т2 =115 ч
'•‘пр.исп.
6,50
6,00
5,50
5,00
4,50
1п 430 ч.
1п 220 ч.
Ь 115 ч. . 1(7( ГС) (65 °С)
(60 °С)
2,90 2,92 2,94 2,96 2,98 3,00
1/Т-10',°К
Рис. 2. Зависимость логарифма времени тпр исп достижения
оптической плотностью изображения (определяющим параметром) предельного значения (ухудшения качества на 13 %) от величины, обратной температуре, при трех ее значениях, участвующих в расчетах
Энергия активации процесса старения микроизображения каждого температурного интервала рассчитывается по модифицированной формуле
(4Х в юторук» вместо т„рисп^ тхран. необходимо ГОдстаВШЪ тnр.uсл.,
т2 т3 т Т Т1 Т 2 Т 3 :
тпр.исп. , тпр.исп., а вместо Т исп. и Т хран. - Т исп., Т исп., Т исп.:
Е1 _33497, Е2 _32438,
= Е1 + Е2 _
2
Подставляя полученные данные вновь в зависимость (4), получим предельное время сохранности микрофильмов, полученных без применения тиосульфата натрия при ХФО. Расчеты проведены для температур хранения 20 и 12 0С и относительной влажности 55 %.
Еср _~^— _32968 [ккал/моль].
ln ъ2хран. =12,86; “ т2°ан = 15987,5 сут. » 43,8 года
lnТ%ран. =14,52; Т^ран = 84083,3 сУт. » 230 лет.
При снижении уровня требований к качеству хранимых микрофильмов до предельного уровня снижения определяющего параметра на 20 %, предельные сроки хранения значительно увеличатся.
Список литературы
1. Гаврилин А.П., Дубинин С.С., Звягин В. Д., Талалаев А.К. Разработка общих принципов построения системы долговременного хранения документации на микроносителях и оперативного использования информации, содержащейся в этих документах // Труды НИИрепрографии. Вып. 1. Тула, 1999. С. 3 - 20.
2. Талалаев А.К. Создание страхового информационного фонда на микрофильмах // Проблемы специального машиностроения. Вып. 7. Ч. 2. Тула: ТулГУ, 2004. С. 310 - 317.
3. ГОСТ 13.1.102. Репрография. Микрография. Микроформы на га-логенидосеребряных пленках. Общие технические требования и методы контроля. Введ. 01.01.96. М.: Изд-во стандартов, 2001; Изд-во стандартов, 2005. 16 с.
4. ГОСТ 13.1.104-93. Репрография. Микрография. Микрофильмы рулонные. Основные размеры и размещение микроизображений. Введ. 01.07.95. М.: Из-во стандартов, 1995; Стандартинформ 2005. 12 с.
5. ГОСТ 13.1.203. Репрография. Микрография. Правила хранения микроформ. Введ. 01.07.84. М.: Изд-во стандартов, 1984; ИПК Изд-во стандартов, 1999. 6 с.
6. ГОСТ 25336-82. Посуда и оборудование лабораторные и стеклянные. Типы, основные параметры и размеры. Введ. 01.01.84. - М.: Изд-во стандартов, 1982; ИПК Изд-во стандартов, 2004. 105 с.
7. ГОСТ 1770-74. Посуда мерная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия. Введ. 01.01.76. М.: Изд-во стандартов, 1976. 32 с.
8. ГОСТ 4204-77. Реактивы. Кислота серная. Технические условия. Введ. 01.01.78. М.: Стандартинформ, 2006. 14 с.
А. Talalaev, R. Panfilov
Working out of the way of the accelerated tests of quality and keeping of microfilms
The way of the accelerated tests of quality and forecasting of deadlines of storage of microfilms with the set level of safety of the defining is developed quality parameter. The example of calculation of periods of storage of the microfilms made without application tiosulfat of sodium at chemical-photographic processing is resulted.
Key words: microfilm, tests, forecasting, quality assurance, keeping.
Получено 28.12.10 г.
