CC BY
51
УДК 655.344:655.022.42
Л. Г. ВАРЕПО А. Ю. БРАЖНИКОВ
Омский государственный технический университет
ООО «Омскбланкиздат»
РАЗРАБОТКА НОВОГО ПОДХОДА К ОПРЕДЕЛЕНИЮ СТАБИЛЬНОСТИ ЭМУЛЬГИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОФСЕТНЫХ КРАСОК_
В статье показано влияние концентрации спирта в увлажняющем растворе и температурного режима смешивания на эмульгирующую способность офсетных красок. Оценка стабильности эмульгирующей способности офсетных красок приводится в два этапа. Обобщение экспериментальных данных осуществляется с применением нового алгоритма.
Ключевые слова: плоская офсетная печать, увлажняющий раствор, эмульгирование краски.
Эмульгирующая способность краски и характер ее влияния на качество печати являются ключевыми факторами оценки при выборе краски. Без знаний характера взаимодействия тестируемой краски с увлажняющим раствором определенного состава и параметров не имеет смысла оценивать другие пе-чатно-технические свойства офсетных красок [1—6].
Под термином «стабильность эмульгирующей способности печатной краски» подразумевается свойство печатной краски в течение длительного (или необходимого) времени сохранять степень эмульгирования в допустимых значениях (в диапазоне) под воздействием одного (или более) меняющегося параметра в процессе печати.
На процесс эмульгирования печатной краски с увлажняющим раствором оказывают существенное влияние следующие факторы: время взаимодействия; температурный режим, при котором образуется печатная эмульсия; концентрация спирта в увлажняющем растворе; параметры и состав увлажняющего раствора; режим подачи увлажнения [1—3; 6]. Поэтому при оценке эмульгирующей способности краски необходимо учитывать диапазон изменчивости воздействующих факторов, которые оказывают влияние на данный процесс в печатной машине в реальных условиях.
Наряду с вышеуказанными дестабилизирующими факторами необходимо выделить еще один, который является естественным следствием принципа офсетной печати. Этот фактор можно обозначить как разницу пропорций при взаимодействии красочной массы с увлажняющим раствором.
Повышенное эмульгирование будет способствовать, колебаниям значений оптической плотности [7].
За прошедшие годы зарубежными и отечественными исследователями были предложены различные способы оценки эмульгирующей способности красок [8—10]. Однако анализ результатов сводится к сравнению максимальной величины эмульгирования и времени ее достижения.
С практической точки зрения важно оценивать диапазон возможных колебаний степени эмульгиро-
вания печатной краски в условиях печати под воздействием температурных колебаний и процента содержания изопропилового спирта (ИПС) в увлажняющем растворе. Для этого предлагается использовать новый подход к оценке возможных колебаний степени эмульгирования с учетом температурного режима и непостоянства концентрации ИПС в увлажняющем растворе, который позволяет сделать вывод о стабильности печатной краски, что и является целью работы.
Объекты и методы исследования. Исследования проводили с красками: 1 — Cristal, 2 — Triumf производителя SunChemical. Обе офсетные краски растительного происхождения, предназначены для печати по мелованным глянцевым, матовым, а также натуральным сортам бумаги и картона на многокрасочных машинах со спиртовыми и традиционными системами увлажнения. Краска Triumf является высокопигментированной. Для эксперимента использовалась только черная краска из серии CMYK.
Для получения увлажняющего раствора применялся концентрат Hydrofast 307 GS, который стабильно поддерживает кислотность увлажняющего раствора в пределах значений рН = 4,8-5,3. В качестве спиртовой добавки использовался изопропиловый спирт, имеющий следующие характеристики: степень химической чистоты продукта: 99,7 — 99,9 %, плотность при 25 °C — 0,7847 — 0,7852 г/см, сухой остаток не более 0,0005 %, содержание ацетона 0,03 %, испарение — быстрое и полное.
Смешивание краски и увлажняющего раствора производилось в емкости цилиндрической формы объемом 200 мл/г при помощи устройства смешивания, которое вращает венчик со скоростью 400 об./мин. Устройство смешивания имеет электронный программируемый таймер автоматического отключения, который позволяет регулировать время цикла перемешивания.
Температура увлажняющего раствора, краски и эмульсии контролировалась цифровым электронным лабораторным термометром 910.0150E с погрешностью измерения 0,1 градуса.
Рис. 1. Оценка эмульгирования офсетной краски с увлажняющим раствором, где Ц, Ц, 14 — продолжительность стадий в секундах
Таблица 1
Сравнения стадий эмульгирования испытуемых красок
Стадия эмульгирования Параметр Ciistal, 0 % Cristal, 15 % Triumf, 0 % Triumf, 15 %
Стадия № 1 а, град. 45 47,5 47,5 41
1, с 20 23 20 20
УЭ1, г/с 0,5 0,52 0,5 0,5
СЭ1, % 10 12 10 10
Стадия № 2 р, град. 59,3 46,6 37,3 50,8
1, с 40 67 77 53
УЭ2, г/с 0,83 0,43 0,48 0,72
СЭ2, % 33 29 27 28
СЭ1-2, % 43 41 37 38
Стадия № 3 5, град. 39 22 20,4 26
1, с 70 73 81 43
УЭ3| г/с 0,34 0,18 0.17 0,21
СЭ3, % 24 13 14 9
СЭ1-3, % 67 42 51 47
Стадия № 4 У, град. 10,7 6,9 4,12 1,26
1, с 170 137 122 184
УЭ4, г/с 0,12 0,06 0,24 0,16
СЭ4, % 21 8 3 3
СЭ1_4, % 98 62 54 50
t = 30 °C СЭ , % ч-"-'шах> /о 113 75 60 55
Взвешивание жидкостей производилось на лабораторных высокоточных весах AND EK-300i с погрешностью измерения 0,02 грамма.
Для измерения pH, температуры и электропроводности увлажняющего раствора применялся прибор PM 2000 PH.
Результаты, их обсуждение. Определение эмульгирующей способности офсетных красок осуществляется в 2 этапа.
Первый этап — построение зависимостей степени эмульгирования от исследуемого параметра увлажняющего раствора в виде кинетической кривой осуществляется экспериментальным методом, схожим с [3, 9]. Отличительной особенностью является то, что краска в стакане перемешивается при помощи
устройства при скорости вращения 400 об./мин. Смешивание производится в три этапа: 1-й этап:
24 цикла по 5 секунд; 2-й этап: 3 цикла по 60 секунд; 3-й этап: 2 цикла по 120 секунд. На первом и на втором этапе в каждом цикле в стакан с краской добавлялось по 30 мл увлажняющего раствора и смешивание производилось при температуре краски и УР
25 градусов. На третьем этапе смешивание производится с 30 мл увлажняющего раствора при температуре краски и УР 30 градусов.
После каждого цикла из стакана выливалась вся свободная жидкость, а стакан с краской и захваченным увлажняющим раствором взвешивался. В таблицу заносились значения, полученные путем вычитания измеренного значения после смешивания веса
Рис. 2. Кинетические кривые эмульгирования печатной краски Cristal SunChemical:
1 — при взаимодействии с увлажняющим раствором 0 % ИПС
2 — при взаимодействии с увлажняющим раствором 15 % ИПС
краски с поглощенным увлажняющим раствором и начальной массы стакана с краской и венчиком.
Второй этап — анализ полученных результатов.
На основе полученных экспериментальных данных строятся кинетические кривые эмульгирования всех испытуемых красок с указанием температурных условий и параметров увлажняющего раствора.
Процесс эмульгирования по форме кривой делится на четыре стадии:
1 — стадия начальная; 2 — стадия активного водо-поглощения; 3 — стадия замедления; 4 — стадия насыщения (рис. 1).
По полученным кинетическим кривым, используя вышеописанный алгоритм, можно оценить влияние изопропилового спирта на эмульгирующую способность испытуемых красок. Применение описанного алгоритма оценки данных показывает характер влияния содержания спирта на каждую стадию эмульгирования исследуемых офсетных красок.
Практическую реализацию алгоритма рассмотрим на примере краски Cristal SunChemical (табл. 1, рис. 2).
I стадия. Краска Cristal имеет схожую по параметрам стадию эмульгирования в обоих экспериментах. Первый эксперимент — взаимодействие с бесспиртовым увлажнением; второй эксперимент — увлажнение, содержащее 15 % изопропи-лового спирта.
II стадия. Вид кинетической кривой офсетной краски на второй стадии существенно изменяется при взаимодействии с увлажняющим раствором с содержанием изопропилового спирта. При добавлении в увлажняющий раствор изопропилового спирта скорость эмульгирования (V3) снижается в 2 раза, а продолжительность стадии возрастает на 27 секунд. Угол наклона кривой снижается на 12,7 градуса. В результате уровень содержания воды в краске в первом эксперименте достиг 43 % через 60 секунд взаимодействия, а во втором — 41 % через 90 секунд.
III стадия. Продолжительность стадии в первом и втором случае 70 и 73 секунды соответственно, но
скорость эмульгирования во втором случае на 89 % ниже. В результате уровень содержания воды в краске в первом случае достиг 63 % за 130 секунд, а во втором случае — 42% за 163 секунды взаимодействия.
IV стадия. Угол наклона кривой в первом и втором случае составляет 10,7 и 6,9 градуса соответственно. Это означает, что предел насыщения в обоих экспериментах не был достигнут. В первом случае максимальный захват воды на 5-й минуте составил 98 %, а во втором — 62 %.
Показанный характер влияния указывает на повышенную зависимость степени эмульгирования от наличия изопропилового спирта в увлажняющем растворе.
Выводы. Разделение кинетической кривой на 4 стадии, которая была построена на основе экспериментальных данных, полученных в результате фиксирования СЭ с 5-секундным интервалом, позволяет более тщательно изучить характер эмульгирования краски с первых секунд взаимодействия.
Представленный алгоритм оценки стабильности эмульгирующей способности краски информативен. Позволяет дать более полную характеристику офсетной краски на всех стадиях процесса эмульгирования:
— оценить степень влияния дестабилизирующих факторов и выбрать наиболее значимые;
— подобрать офсетную краску с учетом реальных условий печати в цехе: температурного режима и с учетом параметров увлажняющего раствора.
Библиографический список
1. Qingyi Chen. Emulsification rate of sheet-fed offset ink and itseffect on printed quality. — Rochester Institute of Technology: RIT Scolar Works, 1986. - 68 p.
2. Koivula H. Studies in offset ink. — Abo Akademi University Department of Chemical Engineering : Doctoral Thesis, 2012. — 96 р.
3. Boonkuernoor, N. A Study to determine the relationship between emulsification and tack of offset lithographic inks /
Naruchart Boonkuernoon. — Rochester Institute of Technology : RIT Scolar Works, 1994. - 147 p.
4. Ja^rek B. et al. Study of Rheological Properties and Tack of Offset Printing Inks. International circle. Issue № 4, 2011, 18 — 23.
5. Leach, RH& Pierce, RJ& Hickman, EP& MacKenzie, MJ& Smith, HG (Eds.), The Printing Ink Manual, 2007, Fifth Edition, p. 766-803.
6. Бозоян, М. А. Влияние режимов подачи увлажняющего раствора на оптические и градационные характеристики оттиска в листовой офсетной печати / М. А. Бозоян, Н. А. Не-чипоренко // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. — 2015. — № 3. — С. 3-13.
7. Kushlyk, B. Adjustment of Ink and Water Supply in Offset Printing // Journal of Materials Science and Engineering. 3 (8) (2013). — P. 545 — 550.
8. Пат. 2044752 РФ, МПК C 09 D 11/00. Типографские краски и чернила / Листратенко В. И., Дембовская Ю. В. ; заявитель и патентообладатель Всесоюзный научно-исследовательский институт полиграфии. — № 4893418/05 ; заявл. 12.01.1990 ; опубл. 27.09.1995. — Режим доступа : http:// http:// www.freepatent.ru/patents/2044752 (дата обращения: 01.02.2016).
9. Пат. 4677298 A US. Method of monitoring ink-water balance on a lithographic printing press / Zelmanovic D, Kishner S. J. ; заявитель и патентообладатель Kollmorgen Technologies Corporation. - № US 06/618,252 ; заявл. 07.06.1984 ; опубл. 30.06.1987. — Режим доступа : http://www.google.com/patents/ US4677298 (дата обращения: 11.02.2016).
10. Добрицына, Р. Методы оценки взаимодействия увлажняющих растворов с краской / Р. Добрицына, Г. Котова // Полиграфия. — 2006. — № 5. — С. 15 — 16.
ВАРЕПО Лариса Григорьевна, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Метрология и приборостроение» Омского государственного технического университета. БРАЖНИКОВ Андрей Юрьевич, начальник печатного центра, ООО «Омскбланкиздат». Адрес для переписки a_brazhnikov@bk.ru
Статья поступила в редакцию 11.03.2016 г. © Л. Г. Варепо, А. Ю. Бражников
уДК 621.983.7 в. А. КОНОВАЛОВ
А. В. ГАКОВ С. И. ЗАЯЦ
Омский государственный технический университет
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СХЕМ ОБЖИМА ТОЛСТОСТЕННЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК В КОНИЧЕСКИХ МАТРИЦАХ_
В статье представлены результаты экспериментальных исследований формоизменения и силового режима обжима толстостенных трубных образцов матрицами с конической воронкой в 20°. Проведен сравнительный анализ параметров деформирования по двум схемам: «свободный» обжим и обжим «с оправкой внутри необжимаемого участка». Полученные данные могут быть использованы при разработке технологических процессов штамповки полых изделий переменного поперечного сечения с утолщенной стенкой.
Ключевые слова: обжим, толстостенная трубная заготовка, матрица с конической полостью.
Обжим в матрицах осесимметричных оболочек интересует исследователей и практиков технологий кузнечно-штамповочного производства как эффективная операция получения разнообразных полых ступенчатых изделий, в том числе с переходами конической формы. В [1] показано, что применение обжима в мелкосерийном производстве вместо других операций повышает его эффективность за счет использования в качестве заготовок трубного проката и достаточно дешевой штамповой оснастки, в которой рабочие детали весьма просты в изготовлении.
Результаты изучения обжима отражены в большом количестве работ, посвященных как теоретическому анализу, так и экспериментальному изучению.
Ряд публикаций посвящен исследованию технологических возможностей обжима толстостенных заготовок. Достаточно подробный обзор по этому вопросу приведен, например, в работе [2].
Однако в этой тематике еще достаточно неизученных моментов. Сюда следует отнести и схемы реализации обжима, не относящиеся к «классической» — «свободному» обжиму (рис. 1а). Например, в течение последних лет завершены научные труды, касающиеся совмещения обжима с другими формоизменяющими операциями [1, 3], а также обжиму с учетом реологических свойств деформируемого металла [4].
В предлагаемой работе поставлена цель сравнить технологические возможности обжима по схеме
о
ОЭ
