Metodyka badań transportu farby Methodology of testing the ink transport Krzysztof Stępień Celem pracy było przeprowadzenie badań procesu przenoszenia farby na podłoża drukowe przez fleksograficzne zespoły farbowe. Przedstawiono wpływ parametrów techniczno-technologicznych na transport farby w zespole farbowym. Zaprezentowano sposoby i wyniki pomiarów właściwości materiałów poligraficznych oraz metodykę badań transportu farby. Badania testowe transportu farby przeprowadzono na aparacie testowym IGT F1 i laboratoryjnej maszynie fleksograficznej firmy Mark Andy. Słowa kluczowe: fleksografia, technologiczne parametry drukowania, transport farby The aim of the work was to perform tests of ink transfer on printing substrates in flexographic inking unit. It shows the impact of technical and technological parameters on ink transport in the inking unit. Methods and results of measurements of printing materials properties as well as methodology of ink transfer tests are presented. The research tests of ink transfer were performed with IGT F1 testing appliance and a Mark Andy laboratory flexographic printing machine. Keywords: flexography, technological parameters of printing, ink transfer Wprowadzenie Prawidłowy przebieg procesu drukowania wymaga spełnienia następujących warunków: - farba drukująca powinna zwilżać stykające się powierzchnie i przylegać do nich, tzn. powinna wykazywać określoną adhezję, - warstwa farby powinna być plastyczna, przed spadkiem naprężenia w obszarze styku powinna rozdzielić się pomiędzy powierzchniami, tzn. wykazywać właściwości kohezji, - równowaga adhezyjno-kohezyjna powinna być stała, aby rozdzielenie warstwy farby zachodziło mniej więcej w jej połowie i nie zmieniało się podczas drukowania całego nakładu. Zdolność adhezji między kontaktującymi się fazami zależy głównie od: - wielkości powierzchni stykających się faz: ciekłej farby z fazą stałą (pokryciem cylindrów zespołu farbowo-drukującego lub podłożem drukowym), - oddziaływania międzycząsteczkowego powstającego na granicy faz. Wielkość powierzchni stykających się faz zależy od: - zdolności zwilżania danej powierzchni farbą, - stanu i struktury powierzchni zwilżanej farbą. Zbliżone wartości napięć powierzchniowych zapewniają dobre zwilżanie, a tym samym i adhezję. Równie ważnym czynnikiem wpływającym na powierzchnię oddziaływań międzyfazowych jest struktura powierzchni substratu. Im bardziej rozwinięta, porowata jest jego powierzchnia, tym lepsza jest adhezja warstwy farby. Trwałe wiązanie warstwy farby z podłożem drukowym zapewniają oddziaływania między cząstkami farby i podłożem. W celu poprawy stopnia związania farby ze współpracującymi powierzchniami cylindrów zespołu farbowo-drukującego lub podłoża drukowego stosowane są odpowiednie środki zwane promotorami adhezji. Ilość farby, która przenosi się z formy na odbitkę, zależy od właściwości materiałów, jak również od prędkości rozdzielenia warstwy farby, które następuje po spadku naprężeń w strefie drukowania. Proces rozdzielenia warstwy farby zależy głównie od ilości farby, jaką dostarcza się na formę drukową oraz od nacisku i jego rozkładu w strefie styku. Parametrem charakteryzującym proces podziału warstwy farby pomiędzy formą a podłożem drukowym jest współczynnik przenoszenia K p (1-5). Całkowita ilość farby przenoszonej na podłoże drukowe jest sumą ilości farby unieruchomionej w zadrukowanej powierzchni (w wyniku docisku w strefie drukowania) i ilości swobodnej warstwy farby, oddzielonej od formy i powierzchni podłoża po ustaniu nacisku drukowania. W literaturze można spotkać wiele równań opisujących przenoszenie farb drukowych. Najczęściej przytaczane jest równanie Fetsko-Walker i jego modyfikacje, opracowane m.in. przez: Ruppa i Rieche, Wultscha i Schuberta, Laraignou a. Równania zawierają współczynniki empiryczne, które charakteryzują wzajemne oddziaływanie farby i podłoża w strefie drukowania. Współcześnie prowadzone są badania laboratoryjne procesów przenoszenia farby w różnych technikach drukowania. Badania te udoskonalają metodykę wyznaczania poszczególnych współczynników wchodzących w skład omawianych równań (6-21). Do podstawowych parametrów technologicznych i konstrukcyjnych mających wpływ na charakter podziału i ilość przenoszonej farby w zespole farbowo-drukującym należy zaliczyć: - konstrukcję zespołu nadającego farbę, - parametry cylindra rastrowego, - rozkład docisku w strefach przekazywania farby, Dr inż. K. Stępień, Politechnika Łódzka, Instytut Papiernictwa i Poligrafii, ul. Wólczańska 223, 90-924 Łódź PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 2011 105
- ilość farby na formie, - prędkość drukowania, - parametry formy drukowej, - właściwości farby drukowej, - rodzaj podłoża drukowego i jego właściwości. Współczesna literatura, głównie pochodząca od firm produkujących cylindry rastrowe, podaje szereg danych dotyczących podziału farby w praktycznych warunkach procesu drukowania. Dane te różnią się nieznacznie między sobą. Zakłada się, że z kałamarzyków na formę drukową przenoszone jest około 40-60% ilości farby w stosunku do wyjściowej pojemności jednostkowej cylindra rastrowego. Zrzeszenie fleksografów DFTA do obliczeń teoretycznych przyjmuje podział warstw farby w obu strefach wynoszący po 50%. Według danych firmy Praxair, cylinder rastrowy przenosi 30-60% farby na formę, a z formy na podłoże 46-54%. Dane przedstawione przez Flexoprint określają powyższe wielkości na poziomie: 40-50% i 42-55%. Z kolei firma Apex podaje, że praktycznie aż 40-50% ilości farby pozostaje w kałamarzykach za strefą kontaktu cylindra rastrowego z formą. Firmy Harper Corporation, Zeller i Apex podają, że tylko 25-35% farby z kałamarzyków cylindra rastrowego przekazywane jest na podłoże drukowe. Przy zastosowaniu farb UV przekazywanie jest na niższym poziomie, zaś w przypadku farb mniej lepkich, dyspersyjnych i rozpuszczalnikowych, ilość przekazywanej farby jest większa. Analiza danych literatury naukowej i technicznej związanych z procesem przenoszenia farby wykazała, że bardzo ważnym czynnikiem prowadzenia badań transferu farby w fleksograficznym zespole farbowo-drukującym jest znajomość wielu charakterystyk materiałowych i użytkowych kolejnych elementów, które odpowiadają za prawidłowy przebieg procesu, tj. cylindra rastrowego, formy, farby i podłoża. Wyniki tej analizy pozwoliły na wybór i opracowanie metodyki badań eksperymentalnych, które dały podstawę do przeprowadzenia teoretycznych badań symulacji procesu w pakiecie MATLAB-Simulink. Metodyka badań materiałów Na wstępie badań transportu farby przez fleksograficzne zespoły farbowe dokonano pomiarów własności fizycznych zastosowanych materiałów poligraficznych. Dla podłoży drukowych papier powlekany gładzony maszynowo znaczkowy P 1 o gramaturze 80 g/m 2, etykietowy Magnoqueen Plus P 3 o gramaturze 80 g/m 2, powlekany błyszczący Polaris Gloss P 4 o gramaturze 80 g/m 2, karton pudełkowy Strompack P 6 o gramaturze 200 g/m 2 określono szereg właściwości: oprócz gramatury i grubości, gładkość (metodą Bekka), chłonność (wartość Cobba i PDA Penetration Dynamics Analyzer), właściwości powierzchniowe w stosunku do wody statyczne i dynamiczne (goniometr PGX Fibro Systems AB) i profil chropowatości powierzchni (profilometr Surtronic +3 firmy Taylor Hobson). Badania przeprowadzono zgodnie z normą ISO 187, PN-EN 2187:2000. Dla czterech rodzajów form drukowych, aplowych i testowych: konwencjonalnych naświetlanych przez negatyw, Nyloflex ACE 170 (BASF) f 1 (testowe z liniaturą 54, 69 i 84 lpi) i Cosmolight NS 170 (Toyobo wymywana wodą) f 4 (testowe z liniaturą 80, 120 i 150 lpi) oraz cyfrowych naświetlanych w technologii CTP, Nyloflex FAH 170 D II (BASF) f 2 (testowe z liniaturą 54, 69 i 84 lpi) i DFH 67 (DuPont obrabianych na sucho technologią Cyrel Fast) f 3 (testowe z liniaturą 80, 120 i 150 lpi), określono szereg właściwości. Oprócz grubości i twardości form ( 0 ShA). Zbadano ich właściwości powierzchniowe w stosunku do wody statyczne i dynamiczne, profil chropowatości powierzchni, wykorzystując aparaturę wyżej wymienioną. Dla negatywów i form wykonanych z różną liniaturą rastra określono wartości stopnia pokrycia testowych pól tonalnych (FAG VIPFLEX 333). Testowe formy drukowe wykonały profesjonalne przygotowalnie form fleksograficznych, m.in.: RAM WIST, Print Systems i Grafikus. Dla dysków rastrowych urządzenia testowego drukowania IGT F1: o liniaturze 180 linii/cm i pojemności ~ 4, 6, 8 cm 3 /m 2 (C 3 testowe IGT) i dwóch o liniaturze: 250 i 500 linii/cm i pojemności, odpowiednio: ~ 5, 4 cm 3 /m 2 (C 4, C 5 Ultracell i Ultracell Plus, firmy Apex) określono ich aktualny stan eksploatacyjny, m.in. poziom pojemności farbowej (paski Capatch, mikroskop Cellstore) i właściwości powierzchniowe w stosunku do wody statyczne i dynamiczne (goniometr PGX Fibro Systems AB). Metodyka badań procesu przenoszenia farby Celem badań było określenie wpływu podstawowych parametrów drukowania na proces przenoszenia farby na formę i podłoże w technologii fleksograficznej. Badania wykonano w laboratorium IPiP PŁ na urządzeniu testowym IGT F1, z systemem farbowym otwartym pracującym z raklem współbieżnym, które symuluje procesy drukowania technikami: fleksograficzną i rotograwiurową. Pozwala ono na dokładne ustawienie w jednostkach fizycznych parametrów drukowania, które występują w maszynie drukującej. Opracowano harmonogram złożonych badań eksperymentalnych. Na podstawie przeprowadzonych badań dokonano analizy ilościowej i jakościowej transferu farby na podłoża drukowe oraz jakości otrzymanych druków w zależności od parametrów drukowania. Stałymi parametrami podczas badań były: - farba drukowa wodorozcieńczalna (firmy Michael Huber), o nazwie handlowej PMS Red 032V92, przeznaczona do zadrukowywania papierów powlekanych i niepowlekanych, - typ rakla MDC60 o szerokości 52 mm, - docisk i kąt współbieżnego ustawienia rakla: 160 N/m; 60, - rodzaj taśmy montażowej średnio twarda 52320 (firmy Tesa), - warunki klimatyczne: T = 24,6-26,7 C, W = 46%-53%. Zmiennymi parametrami były: - wymienione już rodzaje podłoży drukowych, form drukowych i różnego typu testowe dyski rastrowe, - lepkość farby wodorozcieńczalnej: 17-25 s według kubka Forda Ø 4 mm; średnia gęstość farby w temperaturze 24,5-26,5 C wynosiła 1070 kg/m 3 (lepkość mierzono zgodnie z normą PN-EN ISO 2431:1996), - docisk pomiędzy cylindrem rastrowym a cylindrem formowym D CR-CF : do 6 kn/m, 106 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 2011
- docisk pomiędzy cylindrem formowym a cylindrem dociskowym D CF-CD : do10 kn/m, - prędkości drukowania: do 1,5 m/s. Badania przenoszenia farby na formę Badania procesu przenoszenia farby na formę wykonano, wykorzystując metodę pośrednią, która polega na oznaczeniu masy formy przed i po naniesieniu na nią farby. Masę formy wyznaczano na wadze laboratoryjnej (o dokładności 0,0001 g). Grubość warstwy farby określano przy uwzględnieniu wielkości powierzchni jej nałożenia na formę i gęstości stosowanej w teście farby. Dodatkowo w celach porównawczych wykonano również pomiar masy cylindra formowego z formą i cylindra rastrowego. Dla każdej badanej formy drukowej zastosowano zmienne parametry nanoszenia na nią farby: dyski rastrowe o różnej pojemności i liniaturze, dociski w strefie przenoszenia farby pomiędzy dyskiem rastrowym i cylindrem formowym oraz prędkości drukowania. Dla każdego punktu w serii pomiarowej wykonano 5 pomiarów i określono średnie wyniki. Na ich podstawie dla każdego z zastosowanych dysków rastrowych wyznaczono zależności ilości masy farby mokrej nanoszonej na daną formę od wielkości docisku liniowego pomiędzy dyskiem rastrowym i cylindrem formowym. Ponadto, w czasie badań dokonano określenia zależności masy właściwej stosowanej farby od jej lepkości oraz pomierzono szerokości odcisków farby w strefie styku między cylindrem rastrowym i formą w zależności od poziomu docisku w warunkach statycznych. W celu porównania wyników, w przypadku przenoszenia większej ilości farby na formę z dysku C 3, wykorzystano także metodę opartą na bezpośrednim mierzeniu wymiarów liniowych mokrej warstwy farby w µm aparatem ZWW 2100 f-my Zehntner. Pomiar ten polegał na przetaczaniu tarczy mimośrodowej przyrządu po mokrej warstwie farby na formie tuż za strefą nałożenia jej przez cylinder rastrowy. W trakcie badań procesu przenoszenia farby na formy drukowe podjęto również próbę oceny ilościowego transferu farby z kałamarza do cylindra rastrowego. Metodyka polegała na oznaczeniu masy cylindra przed i po oddaniu farby z kałamarzyków na formę drukową. Masę cylindra wraz z torebką foliową wyznaczano na wadze laboratoryjnej. Do kałamarzyków cylindra dozowano pipetą określoną ilość farby, około 0,15 ml dla największej stosowanej pojemności dysków rastrowych. Badania przenoszenia farby na podłoże Badania nanoszenia farby na podłoża wykonano na urządzeniu testowym IGT F1 w dwóch etapach. Pierwszy etap obejmował zastosowanie metody fotometrycznej. Polegała ona na wyznaczeniu wzorcowej zależności gęstości optycznej nadruku na badanych podłożach drukowych od ilości naniesionej na nie mokrej farby. Ilość naniesionej farby określono metodą wagową. Grubość warstwy farby określano przy uwzględnieniu wielkości powierzchni jej nałożenia na formę (0,016 m 2 ) i gęstości stosowanej w teście farby (~ 1070 kg/m 3 ). Farbę o stałej lepkości nanoszono na wybrane podłoże drukowe bezpośrednio z cylindra rastrowego, jak w technice rotograwiurowej. Kolejność wykonywanych czynności była taka sama jak podczas badań procesu przenoszenia farby na formę. Na cylindrze formowym jako podkład pod badane podłoże drukowe zainstalowano elastyczną aplową formę f 2. Zmienną ilość farby nanoszonej na podłoże otrzymywano poprzez: zastosowanie dysków rastrowych o różnej pojemności, zmianę docisków w strefie przenoszenia farby oraz zmianę prędkości drukowania. Bezpośrednio po wykonaniu próby podłoża z mokrą farbą umieszczano w woreczkach foliowych o znanej masie i dokonywano pomiaru masy tych nadrukowanych podłoży. Na innych drukach, wykonanych w tych samych warunkach, dokonano pomiarów spektrofotometrycznych. W pierwszym etapie badań dla każdej serii pomiarowej wykonano po 10 testów i określono wyniki średnie. Na ich podstawie wyznaczono zależności gęstości optycznej otrzymanych druków D Pi od masy farby mokrej nanoszonej na dane podłoże G Pi. Drugi etap badań nanoszenia farby na podłoża polegał na wykonaniu druków testowych apli na badanych podłożach i wyznaczeniu zależności gęstości optycznej otrzymanych druków od rodzaju zastosowanych materiałów poligraficznych i parametrów drukowania. Do powierzchni tarczy cylindra formowego w urządzeniu IGT F1 przyklejano taśmę dwustronną, a na nią kolejno stosowane formy drukowe. W oknie opcji roboczej urządzenia ustawiano wymagane w danej serii badań parametry: docisku cylindra rastrowego do cylindra formowego D CR-CF w N, docisku cylindra formowego do cylindra dociskowego D CF-CD w N oraz prędkość drukowania v w m/s. Na prowadnicy urządzenia umieszczono badane podłoże drukowe o wymiarach 700 50 mm. Po każdym pomiarze formy, cylindry i nóż raklowy urządzenia bardzo dokładnie myto i suszono. Podczas badań sprawdzano okresowo stan czystości kałamarzyków dysków rastrowych i stan ostrza noża raklowego. Podczas tych badań dokonano także określenia zależności masy właściwej stosowanej farby od jej lepkości oraz pomierzono szerokości odcisków farby w strefie styku między cylindrem formowym i dociskowym dla materiałów poligraficznych w zależności od poziomu docisku w warunkach statycznych. Ponadto określono suchość badanych podłoży bezpośrednio po ich zadruku. W drugim etapie badań przenoszenia farby na podłoża dla każdego punktu w serii pomiarowej wykonano do 7 pomiarów i określono wyniki średnie. Następnie przeprowadzono pośrednią analizę przypisania gęstości optycznej otrzymanych druków D Pi do ilości masy farby mokrej nanoszonej na dane podłoże m Pi, zgodnie z otrzymanymi w pierwszym etapie zależnościami D Pi = f (Gi). W oparciu o otrzymany zbiór wyników zbudowano wykresy charakteryzujące zależności ilości masy nanoszonej farby mokrej na podłożach od rodzaju zastosowanych materiałów poligraficznych i parametrów drukowania. Podobnie metodą pośrednią, dla testów apli o określonej masie mokrej farby m Pi na danym podłożu P i przypisano odpowiednią masę farby mokrej znajdującą się na określonej formie przed strefą drukowania m fi przy tych samych parametrach drukowania. PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 2011 107
Na podstawie obliczeń scharakteryzowano podział farby pomiędzy formą i podłożem w zależności od rodzaju zastosowanych materiałów poligraficznych i parametrów drukowania. Wyznaczono procentowy podział farby jako stosunek masy mokrej farby na podłożu m Pi do masy farby na formie przed zadrukiem m fi, oraz wskaźnik ilościowego przenoszenia farby jako stosunek masy mokrej farby na podłożu m Pi do masy farby pozostałej na formie (m fi - m Pi ) po zadruku testu. Wyniki badań stanowiły dane porównawcze dla prowadzonych równolegle badań teoretycznych. Gęstość optyczną druków mierzono za pomocą spektrodensytometru X-Rite. Dla druków do badań przenoszenia farby mierzono powierzchnię apli, a w drukach testowych pole o tonie pełnym (100 % pokrycia) i każde pole rastrowe. Dla porównania, rastrową wartość tonalną pól rastrowych na drukach testowych określano również za pomocą urządzenia Vipflex 333. W celu oszacowania błędów obliczono średnie wartości uzyskanych wyników oraz wskaźniki rozrzutu wyników pomiarów: odchylenie standardowe oraz współczynnik zmienności. Wyniki badań materiałów W tabeli 1 zestawiono wyniki pomiaru podstawowych właściwości zastosowanych podłoży drukowych. Tabela 1. Wyniki pomiaru podstawowych właściwości zastosowanych podłoży drukowych Oznaczenie PN ISO Gramatura 536:1996 1 [g/m 2 ] Grubość 534:1995 (PN-EN 2 20534) [µm] Gładkość BEKK131ED 3 5627:1998 [s] Stopień zaklejenia Cobb60 4 535:1991 [g/m 2 ] P1 P3 P4 P6 80,8 78,4 86,3 201,1 92,25 62,35 62,35 272,05 A=72,2 B=59,3 A=17,5 B=16,7 1161,73 12,7 A=2362,4 B=2025,2 A=25,5 B=24,9 108,9 25,4 Otrzymane wyniki wskazały, że podłożami o zamkniętych porach były papiery oznaczone symbolami P 3 i P 1. Pozostałe badane podłoża drukowe charakteryzowały się zbliżonymi wartościami liczbowymi stopnia zaklejenia. Wyniki pomiaru gładkości wskazały, że gładkość badanych papierów znacznie różniła się między stronami górną i sitową. Największe różnice pomiędzy stronami wytworu papierniczego zaobserwowano w przypadku podłoża drukowego P 4, dla którego gładkość strony filcowej była o 14% wyższa od gładkości strony sitowej. Widać wyraźnie, że gładkość papierów powlekanych jest dużo wyższa niż gładkość pozostałych badanych podłoży drukowych. Krótki czas przeniknięcia powietrza podłoża P1 wskazuje na jego stosunkowo dużą szorstkość. Wyniki wykonanych badań profili chropowatości podłoży drukowych w kierunku wzdłużnym i poprzecznym zestawiono w tabeli 2. Analiza profilu powierzchni badanych podłoży drukowych wykazała, że największe wartości liczbowe średniej arytmetycznej absolutnych odchyleń profilu szorstkości od środkowej linii (Ra) dotyczyły papieru P 1. Oznacza to, że w stosunku do pozostałych podłoży cechuje się on znaczną chropowatością powierzchni, co w konsekwencji może znaleźć swoje odbicie w jakości wydrukowanego na tym papierze obrazu, szczególnie jeśli chodzi o odwzorowanie drobnych elementów drukowych. W przypadku pozostałych badanych podłoży drukowych stosunkowo najmniejsze wartości liczbowe parametru Ra stwierdzono w przypadku papieru powlekanego błyszczącego P 4. Przykładowe pomiary przedstawiono na rysunku 1. Uzyskane wyniki chropowatości powierzchni ściśle korelują z oznaczoną dla tych podłoży gładkością. Analiza pomiarów dynamicznego kąta zwilżania strony zadrukowywanej badanych podłoży, wykonanych na goniometrze PGX wykazała, że dynamiczne zmiany kąta są szczególnie widoczne w przypadku podłoży P 4 i P 6 (rys. 2) i sugerują łatwość zwilżania tych powierzchni przez farbę podczas drukowania. Zmiana średnicy podstawy kropli osadzonej na powierzchni potwierdza analogicznie, że zdecydowanie łatwiej i szybciej kropla rozlewa się na wyżej wymienionych podłożach. Oznacza to, że farba naniesiona na te podłoża nie tylko łatwo zwilża ich powierzchnię, ale również szybko ulega na nich rozpłynięciu. To z kolei, w przypadku drukowania drobnych elementów na tych podłożach, może mieć ujemny wpływ na jakość otrzymanego obrazu. Analiza krzywych objętości kropli cieczy osadzanej na powierzchni podłoży, które stanowią informację o zdolności penetracji cieczy, wykazała, że mają one zbliżony przebieg dla wszystkich badanych podłoży drukowych. Oznacza to, że mimo lepszego zwilżania powierzchni oraz rozpływania się cieczy w przypadku wspomnianych podłoży P 4 i P 6 zdolność absorpcji jest porównywalna dla wszystkich badanych papierów. Analizator dynamiki penetracji PDA stanowi narzędzie dostarczające wielu istotnych informacji dotyczących nie tylko przebiegu procesu wnikania cieczy w strukturę papieru, ale Tabela 2. Wyniki pomiaru parametrów charakteryzujących chropowatość podłoży drukowych Oznaczenie Ra MD [µm] Ra CD [µm] Rt MD [µm] Rt CD [µm] Rz MD [µm] Rz CD [µm] Podłoże drukowe P1 P3 P4 P6 A=2,51 A=0,32 0,71 B=3,04 B=0,38 0,56 A=2,64 A=0,28 0,70 B=2,76 B=0,50 0,42 A=22,40 A=2,68 6,23 B=23,80 B=3,24 4,02 A=19,30 A=2,79 7,54 B=22,10 B=3,80 3,75 A=14,70 A=1,92 4,08 B=18,40 B=2,09 2,86 A=14,60 A=1,93 4,38 B=15,60 B=2,56 2,61 Ra parametr szorstkości, średnia arytmetyczna absolutnych odchyleń profilu od środkowej linii Rt maksymalna wysokość profilu na całej długości mierzonej próbki 8 mm Rz średnia wszystkich wartości Rti (najwyższych amplitud) na analizowanej długości 108 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 2011
również właściwości sorpcyjnych badanych podłoży. Uzyskane wyniki badań przedstawiono w tabeli 3 i na rysunku 3, na którym zilustrowano krzywe penetracji wody destylowanej w struktury badanych papierów w przedziale czasu 0-1 s. Algorytm fazy nawilżania charakteryzowany przez parametr W uzyskał stosunkowo niskie wartości liczbowe. Bardzo krótki czas nawilżania może wskazywać na występowanie na powierzchni badanych podłoży drukowych niewielkich porów zwilżanych przez wodę lub porów zamkniętych w wyniku powierzchniowego zaklejenia papieru. W grupie badanych papierów stosunkowo najdłuższą fazą nawilżania (W = 0,22) cechowało się podłoże P 1. Nie jest to jednoznaczne z szybkim przemakaniem tego papieru, co potwierdza najwyższa w grupie badanych papierów wartość wskaźnika (Max = 0,359) charakteryzującego czas osiągnięcia maksimum penetracji. Z analizy krzywych uzyskanych w czasie 0-60 s wynika, że dla papierów P 1 i P 3 krzywe były nachylone pod najmniejszym kątem i charakteryzowały się stosunkowo niską wartością wskaźnika A 60 (15,8 i 17,7), co potwierdziło znaczną odporność tych papierów na wnikanie cieczy. Z krzywych penetracji w czasie 0-60 s wynika, że najdłuższym okresem nawilżania powierzchni odznaczał się papier P 1. Wyliczone parametry W, A 60 i Max wskazują, że strukturalna degradacja tego podłoża drukowego następowała stosunkowo najwolniej. Niewielka wartość wskaźnika A 60 uzyskana dla papieru P 1 koresponduje z wysokim stopniem zaklejenia (16,7 g/m 2 ). Najszybciej maksimum nachylenia krzywej w tym przedziale osiągnął papier P 4. Moment jego przemakania nastąpił szybko (niska wartość wskaźnika Max = 0,150 i niewielki stopień zaklejenia wynoszący 24,9 g/m 2 ). Zakres czasu od 0 do 60 s równoważny jest z czasem pomiaru oznaczenia stopnia zaklejenia Cobb 60. Uzyskane wyniki badań na aparacie PDA pokrywają się z analizą krzywych uzyskanych na goniometrze PGX. Wynika z tego wniosek, że urządzenia te stanowią dobre źródło informacji na temat szybkości penetracji cieczy w strukturę podłoży drukowych i mogą być stosowane zamiennie. Błędy sumaryczne wykonanych oznaczeń wykazały, że zastosowane metody pomiarowe obarczone były niewielkim błędem. Największymi błędami obarczone były pomiary chropowatości powierzchni badanych podłoży drukowych. Większy błąd względny oznaczenia wynikał z małych wartości rzeczywistych tego wskaźnika. Wyliczone odchylenie standardowe przy badaniach chropowatości maksymalnie wynosiło 0,2 µm, zaś współczynnik zmienności wyniósł 6%. W tabeli 4 przedstawiono wyniki pomiarów właściwości zastosowanych form drukowych, a na rysunku 4 pomiary kątów zwilżania przy dynamicznym aplikowaniu kropli na badane formy drukowe. Na rysunku 6 przedstawiono dla przykładu zdjęcia kałamarzyków zastosowanych w badaniach dysków rastrowych. Badane szerokości ścianek (progów) kałamarzyków dla dysków C 1, C 4 Rys. 1. Profile chropowatości podłoży P 4 i P 1 w kierunku podłużnym w skali 100 µm Rys. 2. Dynamiczny kąt zwilżania zadrukowywanej strony badanych podłoży Tabela 3. Wartości liczbowe algorytmów policzonych na aparacie PDA Oznaczenie Podłoże drukowe P1 P3 P4 P6 P7 W 0,22 0,054 0,005 0,12 0,24 Max 0,359 0,312 0,150 0,260 0,298 A60 15,8 17,7 28,8 27,0 22,9 Rys. 3. Krzywe penetracji cieczy w strukturę badanych papierów w przedziale czasu 0-1 s i C 5 wynosiły: 4,5; 2,8 i 2,1 µm. Zmierzona pojemność farbowa dysków wynosiła odpowiednio: 9, 6 i 5 cm 3 /m 2. Na rysunku 7 zilustrowano pomierzone charakterystyki dynamicznego kąta zwilżania ceramicznej powierzchni nierastrowanej dysków. PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 2011 109
Tabela 4. Wyniki pomiarów właściwości form drukowych Oznaczenie formy f1 f2 f3 f4 Grubość [mm] Odchylenie standardowe 1,705 0,00756 1,745 0,00534 1,725 0,00534 1,689 0,00834 Twardość [0Sh A] Odchylenie standardowe 70,75 0,96 67,82 0,60 71,5 1,24 75,75 0,62 Kąt statyczny zwilżania [ ] Odchylenie standardowe 76,4 5,3 91,5 1,5 89,2 1,0 67,7 5,7 Chropowatość [µm] Parametr Ra Parametr Rz Parametr Rt Max odchylenie standardowe Współ. zmienności [%] 0,50 2,91 3,96 0,34 3,5 0,15 0,93 1,38 0,10 2,8 0,41 2,20 3,03 0,26 3,0 0,59 3,13 4,29 0,42 3,6 Rys. 7. Dynamiczna zmiana kąta zwilżania powierzchni gładkiej dysków rastrowych Literatura Rys. 4. Kąt zwilżania przy dynamicznym aplikowaniu kropli na badane formy drukowe Rys. 5. Chropowatości form: f 1 w skali 20 µm, formy f 2 w skali 10 µm 1. Stępień K., Khadzynowa S., Leks-Stępień J.: Czynniki wpływające na przenoszenie farby we fleksografii, Opakowanie 52, 3, 7, 7-11 (2007). 2. Stępień K., Khadzynowa S., Leks-Stępień J.: Wpływ materiałów poligraficznych na przenoszenie farby w technice fleksograficznej, Opakowanie 52, 3, 37-43 (2007). 3. Stępień K.: Cylinder, forma, podłoże wpływ właściwości powierzchniowych na jakość druku, Świat Druku 9, 12, 25-30 (2004). 4. Stępień K.: Optymalizacja ewolucyjna konstrukcji fleksograficznego zespołu drukującego, badawczy projekt własny KBN 3 T08E 065 28, 2005-07. 5. Stępień K.: Analiza przekazywania farby przez fleksograficzny zespół farbowy, Opakowanie 53, 3, 7, 7-11 (2007). 6. Radomski S.: Równania opisujące bezpośrednie przenoszenie farby na papier w procesie drukowania, Poligrafika 32, 12, 308-310 (1980) i 33, 1, 19-23 (1981). 7. Stachowicz S., Kamińska M.: Ilościowe przenoszenie farby w procesie drukowania, Poligrafika 54, 1, 70-73 (2002). 8. Surendra P. S., Mayank G.: On the use of ink transfer parameters for characterization of printing papers, Appita J. 58, 4, 277-281 (2005). 9. Zang I.H.: A New approach for modeling ink transfer, Tappi J. 76, 7, 97-101 (1993). 10. Jarema C.M.: Fleksografia. Obładnania technologia, Kijów, Wydawnictwo LIBID, 1998. 11. Bohan M., Townsend P., Hamblyn S., Claypole T., Gethin D: Evaluation of pressures in flexographic printing, Technical Conference TAGA, Montreal, 2003. 12. Harper K.: Aniloksowyje wały: tieoria i praktyka (tłumaczenie z języka angielskiego) cz.1. Flexoplus nr 6, 16, 2003; cz.2. Flexoplus nr 1, 30 i nr 2, 40, 2004 13. Johnson J., Rättö P., Lestelius M., Järnström L.: Dynamic Nip Pressure in Flexographic CI-Printing Press, Nordic Pulp Paper J., 19, 84-88 (2004). 14. Włodarczyk E., oprac. z Flexoprint nr 10, 1995: Przenoszenie farby w fleksodruku, Świat Druku 1, 12, 14-16 (1995). 15. Unit Operations of Converting, Unit Operation 2 Printing, cz.2, The two-roll ink distribution system, s. 43-51, 2001. 16. Gallager J,E., Micale F.J.: Measurement of Flexographic Ink Transfer on a Modified Prufbau, TAPII Proceedings, International Printing & Graphic Arts Conference, s. 199-204, 1996. 17. Chalmers I.R.: Flexographic printability of packaging grade papers, Appita J. 51, 3, 193 (1998). 18. Aspler J.S., Eland M.C., Boluk M.Y., Dalphond J.E.: Transfer and setting of water-based ink A new flexographic proof press, TAGA Conference, Motreal, Pulp and Paper Research Institute of Canada, Technical Association of the Graphic Atrs, s. 207-211, 2003 19. Aspler J.S., De Grace J.H. i in.: Transfer and setting of water-based ink. Part II: ph, Water absorbency and uncoated paper structure, Pulp Paper Sci. 19, 5, J203-J206 (1993). 20. Aleksaszenko M.: Parametry wlijajuszczieje na kacziestwo fleksografskoj pieczati, Drukarstwo młode, Kyjiw, 2006. 21. Barabasz W.: Aniloxy czyli wałki rastrowe, rodzaje, kryteria doboru, wpływ na jakość druku, Opakowanie 49, 3, 26-29 (2003). Rys. 6. Obraz mikroskopowy kałamarzyków dysków rastrowych C 1, C 4 i C 5 (x 200) Opracowanie w ramach projektu badawczego NN508 484638 MNiSzW, 2010-12 Prepared within Research Project NN508484638 MNiSzW, 2010-12 110 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 67 LUTY 2011