CC BY
14
УДК 655.027; 51-74
УСТОЙЧИВОСТЬ КОНТРАСТА АХРОМАТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ШТРИХОВ НА БАННЕРНОЙ ТКАНИ К УФ-РАДИАЦИИ
А.П. Кондратов, А.А. Николаев, М.А. Кондратова
Исследованы полиграфические материалы тестовых объектов, предназначенных для настройки авиационной оптической аппаратуры дистанционного зондирования Земли, получаемые способом струйной печати на баннерной ткани. Установлены количественные закономерности изменения оптических и механических свойств, позволяющие прогнозировать сохранение их эксплуатационных показателей миры.
Ключевые слова: струйная печать, оптическая плотность, контраст, баннер-ная ткань, светостойкость, прочность, тест-объекты для настройки оптической аппаратуры.
Диапазон применения современной высокопроизводительной полиграфической техники и печатной продукции меняется качественно и количественно. В широких пределах изменяется масштаб печатных изделий от миниатюрных отпечатков элементов электроники до рекламных и информационных плакатов [1].
Изобретены [2] и применяются в качестве тест-объектов для настройки авиационной оптической аппаратуры сборно-разборные комплекты крупногабаритных отпечатков на баннерной ткани, обладающих строго определенной оптической плотностью и устойчивостью к факторам погоды. Важнейшим свойством тест-объектов с напечатанными изображениями штрихов является стабильность их оптических и механических свойств и постоянство контраста смежных ахроматических элементов [3].
В результате кратковременных испытаний (облучение в лаборатории УФ-светом ртутной лампы 100 часов), проводимых ранее [4] для оценки светостойкости мир отпечатанных струйным принтером на полотнах из баннерной ткани с покрытием из поливинилхлорида существенного изменения оптической плотности установлено не было. Определение контраста смежных изображений светлых и темных штрихов и изменения контраста под действием УФ-излучения не проводилось. Поэтому для обоснования надежности прогнозирования светостойкости и обеспечения возможности многократного использования миры изготовленной из баннерной ткани необходимо проведение более длительных испытаний с оценкой контраста печатных изображений и контролем механических характеристик полотен в условиях максимально приближенных к условиям эксплуатации в районах с максимальной солнечной радиацией.
Цель работы - определение устойчивости к солнечной радиации низкоконтрастных ахроматических изображений миры, изготовленной струйным способом печати на баннерной ткани высокой прочности.
Материал: баннерная ткань S-PRW334240B, производство Республики Корея из сетки полиэфирных нитей покрытых пластизолем поливинилхлорида.
Краска для струйной печати (сольвентные чернила): BIGINK T-900
BLACK.
Методика ускоренных испытаний миры соответствует ГОСТ 28202-89(МЭК 68-2-5-75) Часть 2. Испытания: Имитированная солнечная радиация на уровне земной поверхности. Методика выполнения испытаний по варианту А предполагает 8 часовой цикл облучения образцоы УФ-лампой с темным периодом 16 часов. Суммарное время УФ-облучения 60 суток.
Источник УФ излучения - лампа, марки ДРТ-1700 (фирма СКТБ «Ксенон») мощностью 1700 Вт, обеспечивающая плотность мощности ультрафиолетового света 1120 Вт/м2. Постоянную температуру поверхности полимерного покрытия миры 60оС обеспечивает лабораторная установка контроля температуры и водяного охлаждения подстилающей поверхности (рис. 1.).
Определение механических характеристик образцов осуществляли по ГОСТ Р 55408-2013 на вертикальной разрывной машине марки РМ-50 (ООО «Машпласт»), а измерение адгезионной прочности закрепления слоя краски на баннерной ткани производили на этой же разрывной машине по патентованной методике [6].
Определение оптической плотности и коэффициента отражения встроенного источника света Б65 под углом наблюдения в 2 градуса производили на спектрофотометре Х-Яке Рап1опе е-ХаС с программным обеспечением ОгйаёМасЬеШ Кеу'^2агё У2.5. В качестве эталона белого использовали баннерную ткань без слоя краски. Метод определения контраста по координатам цвета [7]. Метод определения контраста по коэффициенту отражения [8].
Рис. 1. Вид лабораторного стенда для ускоренных испытаний миры по варианту А ГОСТ 28202-89:1 —вентилятор охлаждения лампы;
2 — гофрорукав (воздуховод); 3 — УФ-излучатель; 4 — образец миры;
5 — термостойкая ткань; 6 — термодатчик (термопара); 7 — шланг подачи воды;
8 — электрокабель; 9 — термодатчик (термопара); 10 — водяная система охлаждения; 11 — шланг выпуска воды; 12 — пульт управления
Результаты и обсуждение
Мира для настройки и определения оптико-электронных систем, работающих в видимом диапазоне электромагнитных волн, представляет собой повторяющиеся группы штрихов светло-серого цвета на темном фоне шириной 0,5^2,0 м. Штрихи напечатаны на баннерной ткани с массой квадратного метра 400 г. Толщина отпечатков 0,3±0,04 мм. Условная плотность композиционного материала полотна 0,132 г/см3. Оптическая плотность фона и светлых штрихов образцов миры до облучения УФ-светом приведены в таблице. Образец миры поставленный на испытание светостойкости ха-
рактеризуется низким контрастом [9]. Адгезия слоя краски на участках темного фона и светлых штрихов превосходит прочность баннерной ткани на расслаивание (таблица) и составляет более 120Н/м2. Значительные размеры деталей сборно-разборной миры [2] являются причиной возникновения подействием силы тяжести больших растягивающих напряжений при их укладке на поверхности земли и концентрации напряжений в местах зацепа полотна за неровности каменистой почвы или древесные остатки растительности. По этой причине после экспозиции миры под источником УФ-излучения определялись прочность и удлинение при разрыве.
При облучении миры светом ультрафиолетовой лампы изменение оптических характеристик фона и штрихов, напечатанных чернилами струйного принтера на баннерной ткани, наиболее интенсивно в начальный период времени до 2-х суток. Оптическая плотность светлого штриха и оптическая плотность фона уменьшаются на 1,1 % и 0,9 % соответственно. Это изменение снижает контраст миры и приближает ее изображение к пределу чувствительности авиационных оптико-электронных систем.
При вычислении контраста (К) по формуле его изменение за двое суток составляет 9,7 %
Рп
где рь - коэффициент отражения света стандартного источника спектрофотометра X-Яйе РагПопе е-Хай 065 штрихом, pf - коэффициент отражения света стандартного источника спектрофотометра Х-ЕШе Рап1:опе е-Хай Б65 фоном.
При вычислении контраста по светлоте [7] его изменение за 2-е суток составляет 7,6 %.
Изменение оптической плотности миры в первые сутки облучения, по-видимому, обусловлено удалением из слоя краски летучих органических веществ и карбонизации компонентов, подверженных разрушению под действием УФ-света. Дальнейшее снижение оптической плотности и увеличение коэффициента отражения света от штрихов и фона в течение 60-ти суток происходит монотонно и описывается логарифмической функцией р = Мп(1) +Ъ с вероятностью Я2= 0,93 0,94 (рис. 2).
0,05 -"-"-1-I-<-<-:-г
О 15 30 45 60 75 90 105 120 Время, день
Рис. 2. Зависимости коэффициента отражения солнечного света от напечатанных штрихов (1) и темного фона (2) миры
Экстраполируя зависимость коэффициента отражения от времени (рис. 2) и временную зависимость контраста миры (рис. 3) на период солнечной радиации от 60-ти до 120-ти суток правомерно предположить, что контраст миры на протяжении летнего сезона не снизится ниже предела чувствительности оптико-электронной аппаратуры самолетов.
Рис. 3. Линейная аппроксимация изменения контраста миры при облучении УФ-светом
Закономерности изменения прочности миры при облучении УФ-светом отличаются от закономерностей изменения оптических свойств. В начальный период воздействия солнечной радиации (до 15-ти суток) прочность материала миры снижается незначительно (2%). Это изменение прочности находится в пределе ошибок измерения разрушающего напряжения по стандартной методике. В последующие 15 суток, т.е. через 30 суток облучения прочность уменьшается на 20%, а через 45 суток облучения уменьшается на 40%. После завершения цикла испытания миры с облучением в течение 60-ти суток остаточная прочность деталей составляет 24 МПа.
Определенную опасность для стабильности фотометрических показателей сборно-разборной миры из запечатанной баннерной ткани представляет потеря или уменьшение адгезии слоя краски к полимерному покрытию. При сворачивании модулей миры в рулон и их длительном хранении возможно слипание краски частично разрушенной солнечной радиацией с обратной стороной баннерного полотна. Для прогнозирования и предотвращения такого повреждения модулей миры определяли адгезионную прочность закрепления слоя краски на запечатанном покрытии методом нормального отрыва[6]. До воздействия солнечной радиации на отпечатке оценить адгезию слоя краски к баннерной такни невозможно, т.к. она превышает межслойную прочность ткани. Попытка отделения слоя краски завершается её расслаиванием, поэтому в таблице указана величина адгезии краски более 120 Н/см2. При облучении миры в течение 15 суток слой краски может быть отделен от баннерной ткани нормальным напряжением более 35 Н/см2. Эта величина существенно не изменяется в процессе всего времени ускоренных климатических испытаний и более чем в 3 раза превышает общепринятый порог межслойной прочности полиграфической продукции и слоистых упаковочных материалов [9].
Оптические и механические показатели баннерной ткани
Время облучения УФ-светом, сутки Оптическая плотность (О) Контраст (К) Контраст (Кь) Предел прочности на разрыв, МПа Адгезия слоя краски, МПа
штрих фон фон фон
0 0,91 1,05 0,31 0,13 43 >1,2
2 0,9 1,04 0,28 0,14 43 >1,2
4 0,89 1,015 0,28 0,13 43 >1,2
15 0,87 0,98 0,25 0,11 42 0,57
30 0,83 0,97 0,23 0,14 33 0,50
45 0,82 0,95 0,27 0,12 31 0,45
60 0,91 1,05 0,25 0,13 25 0,35
60 во влажном состоянии 0,89 1,03 0,27 0,14 - -
Заключение
Экспериментально установлены закономерности изменения под действием УФ-радиации оптических и механических свойств отпечатков на баннерной ткани ахроматических штрихов предельно низкой контрастности. Показана возможность сохранения контраста изображений и механической прочности отпечатков для их длительной эксплуатации в качестве миры для определения пространственного разрешения авиационной и/или космической оптико-электронной аппаратуры.
Список литературы
1. Kondratov A.P., Zueva A.M., Nagornova I.V Parameters dynamics estimation method for printed electronics conductive elements layers // 2017 IEEE Dynamics of Systems, Mechanisms and Marines (Dynamics) (Omsk, Russia) 14 Nov-16 Nov 2017.
2. Патент 175973 РФ. Сборно-разборный тестовый объект - мира для определения параметров оптико-электронных систем / Алтухов Е.В., Баблюк Е.Б., Веселов Ю.Г., Владыченко О.В., Мороз В.А. Опубл. 25.12.2017. Бюл. №36.
3. Ермакова И.Н., Кондратов А.П., Нагорнова И.В. Прозрачные слоистые материалы на основе полиолефинов с варьируемой окраской, International Conferenceon Oil and Gas Engineering, OGE 2015. P. 101 - 103.
4. Bablyuk E.B., BerladYu.M., Letyago A.G., Kondratov A.P // Materials for test objects to configure aviation optoelectronic earth remote sensing systems // MATEC Web of Conferences, 2017.
5. Журавлева Г.Н., Нагорнова И.В., Кондратов А.П., Баблюк Е.Б., Варепо Л.Г. Контроль эксплуатационных свойств полимерных материалов с нанесенными мирами // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства материалы 7-й международной научно-технической конференции, 2017. 185 с.
6. Патент 2390004 РФ. Способ оценки прочности соединения трафаретных красок и покрытий с запечатываемыми материалами / Кондратов А.П., Божко Н.Н., Дрыга М.А., Баблюк Е.Б. Опубл. 20.05.2010. Бюл. № 14.
7. Kondratov A.P., Varepo I.G., Nagornova I.V., Ermakova I.N. Transparent layered materials based on variable color polyolefins // Procedia Engineering, 2015. V. 113. P. 423 - 428.
8. Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике. М., Знак. 2006. 972 с.
9. Травникова Н.П. Эффективность визуального поиска. М.: Машиностроение, 1985. 128 с.
Кондратов Александр Петрович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, apkrezervamail. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Николаев Александр Африканович, аспирант, nikolaevaleksandr1992@, gmail.com, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Кондратова Мария Александровна, студентка, m-kondratovaa bk.ru, Россия, Москва, Московский государственный университет геодезии и картографии
STABILITY OF CONTRAST OF ACHROMATIC IMAGES OF STROKES ON BANNER FABRIC TO UF-RADIATION
A.P. Kondratov, A.A. Nikolaev, M.A. Kondratova
The printing materials of the test objects intended for setup of the aviation optical equipment of remote sensing of Earth, received by way of an inkjet printing on banner fabric are investigated. The quantitative consistent patterns of change of optical and mechanical properties allowing to predict preservation of their operational indicators are determined.
Key words: an inkjet printing, optical density, contrast, banner fabric, light resistance, durability, test objects for setup of the optical equipment.
Kondratov Alexandr Petrovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, apkrezerv@mail.ru, Russia, Mocsow, Moscow Polytechnic University,
Nikolaev Alexandr Afrikanovich, postgraduate, nikolaevaleksandr1992@gmail.com , Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Kondratova Maria Alexandrovna, student, m-kondratovaabk.ru, Russia, Moscow, Moscow State University of Geodesy and Cartography
