УКД 655.3 ББК37.8 Т46

Рецензент Б.В. Каган, к.т.н.

Тихонов В.П., Гуляев С.А. Т 46 Технология печатных процессов: Конспект

лекций. М.: Изд-во МГУП, 1999. 160 с: ил.

В предлагаемом конспекте лекций отражены основные тенденции развития

печатных процессов, связанные с прогрессом отрасли. Большое внимание

уделяется научным основам явлений при формировании красочных оттисков как

на бумаге, так и на нетрадиционных (полимерная пленка, фольга и т.д.)

запечатываемых поверхностях.

Печатается в авторской редакции.

© Гуляев С.А.

Тихонов В.П., 1999 © Московский государственный

университет печати, 1999

ТЕМА 1. ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ОТТИСКОВ

Для реализации печатного процесса (получения оттисков) в общем случае

необходимы следующие условия;

1. Краска (равно как и увлажняющий раствор в плоской офсетной печати)

должна смачивать поверхности красочного и печатного аппаратов, валики,

цилиндры, офсетное полотно, печатную форму и т.д., а также прилипать к ним,

т.е. проявлять свойство адгезии. Таким образом, явление адгезии в отличие от

смачивания носит (имеет) вязкостный или даже структурный характер для тел,

которые склонны к структурированию в объеме (печатные краски, глины,

пластичные смазки и т.п.). Прилипают, в общем случае, высоковязкие тела, слабо

изменяющие свою форму под действием силы тяжести.

2. Красочный слой (как и слой увлажняющей жидкости) при его движении в

красочном (и печатном) аппарате должен делиться (расщепляться) между

поверхностями (явление когезии), в том числе между формой (офсетным

полотном) и запечатываемой поверхностью (бумагой).

3. Печатная краска должна проявлять поверхностные, в том числе

капиллярные свойства в процессе закрепления (впитывания).

Таким образом, оптимальное проведение печатного процесса невозможно

без управления смачиванием, адгезией и когезией, т.е. без соблюдения

адгезионно-когезионного баланса в печатном процессе.

Впервые количественно взаимосвязь между адгезией и когезией обосновал

где 1 и 3 - несмешивающиеся жидкости или жидкость - твердое тело; 2 -

'окружающая среда (воздух, другая жидкость); £Г - поверхностное натяжение на

границах раздела соответствующих тел (фаз) (рис. 1).

После контакта 1 и 3 (жидкости и подложки, краски и валика и т.п.) энергия

Для начального и конечного состояний:

Уравнение Дюпре.

Гиббса уменьшается на работу адгезии:

Таким образом, работа адгезии, работа по разделению двух разнородных

жидкостей или жидкости и твердого тела всегда меньше работы когезии, работы,

расходуемой на разделение с образованием межфазных поверхностей

однородного тела (жидкости).

Смачивание и адгезию можно также оценить как результат действия сил

поверхностного натяжения в точке (на периметре смачивания) трехфазного

Контакта (рис. 2)

Cos B характеризует смачивающую способность жидкости относительно твердого

тела и называется смачиваемостью. Теоретически может лежать в пределах +1:

-1

Комбинируя уравнения Юнга

и Дюпре

получаем

Уравнение Юнга-Дюпре.

Уравнение Юнга-Дюпре также свидетельствует о том, что адгезия, как

правило, меньше когезии. Как же реализуется переход краски между

поверхностями?

Согласно вышеприведенному (когезия больше адгезии), печатная краска

должна либо оставаться на первоначальной (с большей адгезией поверхности),

либо целиком (полностью) переходить на другую повехность, если адгезия к ней

больше. Но не разделяться между поверхностями (валиками, цилиндрами,

формой, запечатываемой поверхностью и т.д.).

Адгезия и когезия представляют собой работу разделения тел (слоев) с

образованием новой межфазной поверхности, отнесенную к единице (1см2, 1м2)

поверхности. Липкостный характер разделения слоя краски, связанный с ее

строением (наличие олигомеров и полимеров, сольватированных частиц пигмента,

других структурных единиц); проявляется в образовании нитей (тяжей) краски

(рис.3). Площадь адгезионного контакта остается постоянной Sо , в то время как

суммарная площадь сечения нитей краски будет намного меньше. Откуда

Условия разделения слоя

адгезия в конечном счете будет больше

когезии. Отсюда следует, что чем выше адгезил краски к поверхности, тем легче

(при большей суммарной площади нитей) будет происходить разделение

красочного слоя. И наоборот, увеличение когезии потребует уменьшения SH , т.е.

разрыв краски будет происходить на больших расстояниях между поверхностями,

чем в первом случае. В практике печатания это проявляется в существовании

коротко- и длиннотекучих красок. Длиннотекучие краски вызывают образование

красочного тумана - пыления красок, что связано с дроблением длинных

красочных нитей - тяжей (рис.4).

Снижение когезии (и липкости) регулируют введением в состав красок

различного рода вспомогательных материалов (мягчительных паст). В

большинстве случаев они представляют собой либо смеси минеральных и

растительных слабополимеризованных масел, либо дисперсии в минеральных

маслах стеаратов алюминия и парафина, например, гелефирующая паста 10-8.

Одновременно со снижением липкости эти пасты снижают также и выщипывание

бумаги, поскольку соотношение когезии и адгезии в данном случае смещается в

сторону адгезии.

В принципе, явления смачивания, адгезии, прилипания и т.п. регулируются

известным правилом П.А. Ребиндера - «Подобное взаимодействует с подобным»,

т.е. растворяется, смачивает, прилипает и т.д. к подобному. Вещества, молекулы

которых полярны - полярные вещества или тела, лучше взаимодействуют с

полярными. Соответственно - неполярные с неполярными. Необходимо при этом

Поскольку

иметь в виду и когезию тел, т.е. величины, связанные с их поверхностным

натяжением на границе с воздухом. По этой причине наиболее полярное тело-

вода- хорошо смачивает лишь поверхности

полярных тел (кварц, стекло, пленки гидрофильных полимеров - крахмал,

декстрин, карбоксиметилцеллюлоза, поливиниловый спирт и т.п.). Хотя металлы -

предельно неполярные гидрофобные тела, однако их поверхность всегда

покрыта окисной пленкой. Поэтому они также хорошо смачиваются водой. Не

надо все же духмать, что вода вообще не смачивает неполярные поверхности -

полиэтилен, лавсан, паиафин и т.п. Самая плохая смачиваемость водой

поверхности тефлона

Неполярные тела - углеводороды, минеральные масла, а также слабополярные

печатные краски-не смешиваются с водой, слабо смачивают полярные вещества,

во всяком случае хуже, чем неполярные вещества, тот же лавсан

и полиэтилен, поликарбонаты и т.п. Ввиду гораздо более низких значений

поверхностного натяжения на границе с воздухом (углеводороды (17 -

25)х10"3Дж/м2, печатные краски (30-40)х10"3Дж/м2) эти вещества способны, в

отличие от воды, смачивать, конечно, в разной степени, как полярные, так и

неполярные вещества. Это особенно относится к печатным краскам.

Углеводороды же хорошо смачивают практически любые поверхности. Из

сказанного следует, что не существует как несмачивающих жидкостей, так и не-

смачиваемых поверхностей. Речь может идти лишь об избирательности смачивания.

Избирательное смачивание

Прежде всего необходимо условиться, в каких пределах реализуется

избирательное смачивание. Смачивающими жидкостями (и соответственно

смачивающимися поверхностями) будем считать такие, у которых смачиваемость

будет величиной положительной, т.е. Cos θ ≥0 θ ≤90 . Лучше всего

разобрать это явление на примере избирательного смачивания офсетной

далека от полной несмачиваемостк

печатной формы краской и соответственно увлажняющим раствором.

Рассмотрим часть печатного узла, состоящую лишь из накатных валиков

увлажняющей и красочной системы, формного цилиндра с печатной формой и

офсетного цилиндра (рис.5).

При любых конструкциях печатного узла офсетной печатной машины

печатная форма вначале контактирует с увлажняющими валиками и лишь потом с

красочными. Связано это с более высоким значением поверхностного натяжения

увлажняющего раствора на границе с воздухом по сравнению с краской.

Печатающие и пробельные элементы формы, находясь в отличие от форм

глубокой печати и высокой печати практически в одной плоскости, имеют

различную полярность. Гидрофилизацию, например, на биметаллической

печатной форме медь-никель проводят на участках никеля (пробельные

элементы). ИСПОЛЬЗУЮТ раствор декстрина с восстановителем - желтой кровяной

солью

Образующая гидрофильная пленка, содержащая комплексные соединения никеля

с декстрином

А также поверхностные соединения, хорошо удерживается на

поверхности, способна к набуханию за счет поглощения увлажняющего

раствора. Гидрофобные же участки (олеофильные печатающие

Рис. 5. Схема печатного узла в плоской офсетной печати:

1 - накатной увлажняющий валик;

2 - увлажняющий раствор;

3 - формный цилиндр;

4 - накатной красочный валик;

5 - краска;

6 - печатающий элемент формы;

7 - пробельный элемент формы;

8 - офсетный цилиндр

элементы) формируют на меди, обрабатывая ее солями тиоугольной кислоты -

ксантогенатами. Ксантогенаты меди имеют ярко выраженный гидрофобный

характер.

В последнее время в плоской офсетной печати главным образом

используются монометаллические печатные формы. Это связано прежде всего с

ростом ассортимента полиграфической продукции при одновременном снижении

тиражей изданий. Массовые тиражи редко превышают 100-150 тыс., в то время

как на биметаллических формах они достигают 1.5млн. Монометаллические

формы не требуют при их изготовлении химических и электрохимических,

вредных в экологическом отношении процессов, да и стоимость их значительно

ниже. На так называемых предварительно очувствленных печатных пластинах,

изготавливаемых на отдельных производствах, а не в типографиях, уже

сформированы и гидрофильный (пробельный) и гидрофобный (печатающий) слои.

К таким пластинам относятся пластины типа «Изопринт», выпускаемые фирмой

«Фераг», пластины «Оцазол» и др. После экспонирования, проявления и

промывки эти пластины готовы к работе. Весь цикл занимает несколько минут.

На участке I (рис.5) увлажняющий раствор смачивает (образует пленку) как

пробельные, так, хотя в меньшей степени, и печатающие элементы. Без подачи

краски на всей форме образуется сплошная пленка увлажняющего раствора. В

зоне II происходит взаимодействие формы (печатающих и пробельных

элементов) с краской. В результате водный раствор (пленка) вытесняется лишь с

печатающих элементов. На офсетный цилиндр (резиновую пластину) переходит

как красочная, так и водная пленки. Аналогично, без подачи на форму

увлажняющего раствора или при недостаточной его подаче, краской

покрываются (смачиваются) как печатающие, так и пробельные элементы.

Количественные условия протекания процесса можно сформулировать

следующим образом. Представим поверхность, покрытую водой (каплей), на

которую нанесем слой краски (рис.6). При равновесии

Вытеснение увлажняющего раствора с поверхности краской происходит если

уменьшится энергия Гиббса системы.

Откуда

Таким образом, для вытеснения краской увлажняющего раствора с любой

поверхности необходимо, чтобы поверхностное -натяжение краски на границе с

этой поверхностью было меньше, чем у увлажняющего раствора с этой же

поверхностью.

Рис. 6. Схема вытеснения печатной краской увлажняющего раствора с .

печатающего элемента:

1 - увлажняющий раствор;

2 - печатная краска;

3 - поверхность печатающего элемента

Это условие будет реализовываться тем успешнее, чем больше оно будет

подчинено правилу П.А. Ребиндера. В самом деле, поверхностное натяжение на

границе раздела двух тел будет тем меньше, чем ближе по свойствам их

поверхности. Краска будет вытеснять увлажняющий водный раствор с

печатающего элемента, поскольку различие в полярности краски и печатающего

элемента меньше, чем у последнего и увлажняющего раствора.

Необходимо отметить еще одно важное обстоятельство. Как и во всех других

процессах, здесь должен действовать закон действия масс. При недостатке

увлажняющего раствора форма начинает «тенить» и может в конце концов

полностью покрыться слоем краски. При большом избытке увлажняющего

раствора краска перестает ложиться на форму, в том числе и на печатающие

элементы. В частности;это может происходить за счет превращения части краски в

эмульсию типа «масло-вода». Отсюда следует, что с целью создания условий

избирательного смачивания, т.е. вытеснения печатной краской увлажняющего

раствора с печатающих элементов, необходимо нахождение баланса подачи в

печатный узел печатной краски и увлажняющего раствора, т.е. соблюдение

баланса «краска-вода».

Установление баланса «краска-вода»

Баланс «краска-вода» в свете вышеуказанного необходимо устанавливать

каждый раз экспериментально. При контакте формы с накатными красочными

валиками увлажняющий раствор, вытесняемый с печатающих элементов,

переходит в красочный слой накатных валиков (рис.5). При этом образуется

эмульсия «краска-вода». Поскольку этот процесс повторяется многократно, при

постоянном соотношении увлажняющего раствора и краски, очевидно должна

образовываться и эмульсия с постоянным содержанием воды в краске. В

результате процесс печатания осуществляется не печатной краской, а ее

эмульсией. Отсюда важнейшими условиями подготовки и проведения

стабильного печатного процесса должны быть следующие:

1. Эмульсия в печатном аппарате должна возникать как можно быстрее.

2. Эмульсия должна иметь постоянный состав и свойства в течение

печатания тиража.

3.Содержание увлажняющего раствора в краске должно быть таким, чтобы

соблюдались денситометрические нормы печатания. Иначе говоря, интенсивность

оттисков не должна быть ниже устанавливаемой величины для каждого вида

продукции и запечатываемого материала.

Содержание увлажняющего раствора в краске может изменяться в очень широких

пределах. По данным ряда исследований, эта величина может достигать 60%, что

уже свидетельствует о формировании эмульсии «краска-вода». В реальном

печатном процессе количество увлажняющего раствора в краске,

необходимое для образования стабильной эмульсии, зависит от состава краски,

состава увлажняющего раствора и реакции его среды (величины рН), соотношения

печатающих и пробельных элементов на форме и т.д. Как правило, эта величина

лежит в пределах 10-20%. Поскольку от тиража к тиражу могут меняться

показатели запечатываемого материала, краски, увлажняющего раствора, а также

вид печатной продукции, баланс подачи краски и увлажняющего раствора в

печатную машину необходимо устанавливать каждый раз заново. Общие

закономерности установления такого баланса можно представить следующим

образом.

Толщина слоя (пленки) увлажняющего раствора на форме может изменяться

в зависимости от его подачи и свойств печатающих и пробельных элементов в

весьма широких пределах (от 0,5 до 22мкм). То же самое, правда в меньшей

степени, можно сказать и о толщинах красочных слоев.

Закономерности наступления баланса «краска-вода» представлены на рис.7.

Построение зависимости происходило каждый раз при постоянной подаче

увлажняющего раствора, в то время как толщина красочного слоя изменялась

(возрастала). При минимальных толщинах красочных слоев на форме (точка а)

увеличение подачи увлажняющего раствора, естественно, приводит и к росту его

содержания в краске. Поскольку фиксируется именно это обстоятельство,

очевидно, что часть увлажняющего раствора находится вне краски в виде

отдельных слоев и полостей, не входящих в состав образующейся эмульсии. С

ростом подачи краски (толщины красочного слоя на форме) количество

увлажняющего раствора в краске возрастает (кривые 2,3) и в какой-то момент

достигает максимухма. Это означает, что весь поступающий в систему

увлажняющий раствор (точка Ь) идет на образование эмульсии. После максимумов

относительное содержание увлажняющего раствора в краске падает, что

совпадает с началом тенения формы, т.е. закатыванием краской пробельных

элементов. На кривых 1,4 максимумов не наблюдается. В первом случае

увлажняющего раствора недостаточно, и форма тенит тем больше, чем больше

толщина красочного слоя. В последнем случае (кривая 4) подача увлажняющего

раствора настолько велика, что вся краска идет на образование эмульсии, а

избыток увлажняющего раствора, не вытесняемый с поверхности формы,

препятствует формированию краски на печатающих элементах, Процесс

печатания становится нестабильным. Этому может способствовать и образование

инвертной эмульсии «масло-вода», т.е. «краска - увлажняющий раствор». Отсюда

можно сделать вывод о том, что точки максимума на кривых 2,3 являются

оптимальными соотношениями «краска -увлажняющий раствор» в процессе

печатания. Из рис,7 видно также, что с ростом подачи краски должна расти и

подача в печатный узел увлажняющего раствора, о чем свидетельствует сдвиг

максимумов.

Иначе говоря, состав образующейся эмульсии должен быть постоянным в то

время как недостаток или избыток увлажняющего раствора приводит к

дестабилизации эмульсии и соответственно печатного процесса.

В пользу приведенного механизма свидетельствуют исследования,

проведенные рядом авторов, в частности Миклошем Гарой и С.С. Воюцким. Как

показал с помощью электронной микроскопии М. Гара, печатные краски с

увлажняющим раствором образуют однородные эмульсии лишь при строго

определенных соотношениях. В большинстве же случаев, наряду с эмульсией, в

системе существуют отдельные прослойки и полосы, представляющие собой

краску либо увлажняющий раствор, в зависимости от их количества в системе.

Механизм формирования эмульсии при достижении баланса «краска-вода»

представлен на рис.8.

При недостатке краски в области точки CL (рис.7) отдельные участки

эмульсии разделены пленками увлажняющего раствора, поскольку избыточная

влага не может быть интегрирована внутрь эмульсии даже под воздействием

механических усилий при сдвиге и многократном расщеплении слоев краски и

увлажняющего раствора. С увеличением в смеси краски пленки увлажняющего

раствора дробятся и образуют эмульсии с последней. Этот процесс продолжается

вплоть до достижения максимумов (рис.7), после чего увеличивающееся в смеси

количество краски не может образовывать эмульсию, поскольку в системе

отсутствует в свободном виде увлажняющий раствор. Образующиеся пленки

краски сначала растягиваются под действием внешних усилий (раската, сдвига), а

затем разделяют и охватывают отдельные области эмульсии, превращая ее в

конечном счете в эмульсию типа «вода-масло».

ТЕМА 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КРАСОЧНЫХ И УВЛАЖНЯЮЩИХ АППАРАТОВ ПЕЧАТНЫХ МАШИН ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ПЕЧАТИ

Выше отмечалось, что все печатные машины имеют общую структуру

(устройство) и отличаются лишь строением печатной секции, куда входят

красочный и увлажняющий аппараты и печатное устройство. Это различие,

основанное на разделении на форме печатающих и пробельных элементов,

автоматически определяет требования и к строению и свойствам печатной краски.

В самом деле, и в плоской, и в офсетной печати краска должна располагаться на

печатающих элементах формы достаточно толстым (3-5мкм в офсете, 4-6мкм в

высоком способе) слоем без растекания. В глубокой печати краска должна,

наоборот, заполнять углубления, соответствующие на формном цилиндре

элементам изображения (до 40мкм в обычном способе, до 20мкм в глубокой

автотипии). В результате печатные краски должны резко отличаться по своим

свойствам, и прежде всего, вязкостью.

Рабочая вязкость печатных красок для высокой и офсетной печати лежит в

пределах 1,4-26,0Па -с, в то время как для глубокой печати порядка ОДПа-с. Для

сравнения вязкость воды при 25° - ОДПа-с. Следует отметить, что краски первой

группы с вязкостью 2,0Па-с применяются в быстроходных агрегатах высокой

печати (газетные ротации) 3 наиболее вязкие - в листовых ротационных машинах

офсетной печати при многокрасочном синтезе (иллюстрационная,

высокохудожественная печать и т.п.). По этой причине красочные аппараты

печатных машин для высокой, офсетной и глубокой (также флексографской)

печати принципиально отличаются и подразделяются соответственно на

красочные аппараты для вязких и низковязких жидких красок.

Технологическая характеристика красочных аппаратов для вязких красок

Красочные аппараты для вязких красок в высокой и офсетной печати

принципиально не отличаются. Их назначение состоит в том, чтобы стабильно в

течение печатания всего тиража наносить на печатающие элементы формы

равномерный слой краски. В зависимости от способа печатания он колеблется в

пределах 4-8мкм. Любой красочный аппарат состоит из трех узлов ( групп) -

питающий, раскатной и накатной. Каждая из этих трех групп имеет свое

функциональное назначение.

Питающая группа. В красочном ящике питающей группы краска находится в

обычном (нерабочем состоянии). Ее вязкость превышает рабочую на несколько

порядков, Естественно, что в таком виде она не обладает необходимыми

рабочими свойствами (вязкость, липкость, адгезия и т.п.). Через щель между

дукторным валом и стенкой (наклонной) красочного ящика (он же красочный

нож) краска толщиной 0,3-1,5 мм попадает в виде ленты (как правило;

параллельно оси) на передаточный валик, а затем в таком же виде на первый

цилиндр раскатной группы. Передаточный валик поочередно прижимается к

медленно вращающемуся дукторному цилиндру и цилиндру раскатной группы.

Питающая группа работает так, что число качаний передаточного валика должно

быть равно числу циклов работы машины. Иначе говоря, передаточный валик

переносит в раскатную систему количество краски, необходимое на

запечатывание одного оттиска. Соотношение общей площади дукторного

цилиндра и площади, с которой передается краска передаточному валику видно

из выражения

где t - радиус дукторного вала; L - длина его образующей; S{ - площадь, по

которой дукторный цилиндр за время одного цикла контактирует с

передаточным

валиком; ψ - угол (в радианах), на который повернется дукторный цилиндр за

время контакта с передаточным валиком. Откуда

Исходя из уравнения баланса краски можно написать

где hi -толщина краски на дукторном цилиндре (зазора между красочным ножом и

дукторным валом); α - коэффициент заполнения формы печатающими

элементами; S2 - общая площадь печатной формы; h2 - толщина краски на форме.

Из последнего уравнения следует, что количество краски на форме, а

следовательно, и на оттиске можно регулировать или изменением зазора между

красочным ножом и дукторным цилиндром, или изменением угла поворота

(скоростью вращения дукторного цилиндра). Зазор регулируют перемещением

красочного ящика относительно дукторного цилиндра (общая подача краски)г В

красочных аппаратах имеются регулирующие винты, позволяющие регулировать

по длине красочного ножа образующийся зазор между- ним и дукторным валом

(местная регулировка подачи краски). Последнее используют, если необходимо

перераспределение краски на отдельные зоны формы из-за неравномерного

расположения на ней печатающих элементов. В настоящее время печатные

машины ведущих фирм по производству полиграфического оборудования

(Гейдельберг,' Ман Роланд" и др.) снабжаются системами автоматической

настройки подачи краски в раскатную систему в зависимости от вида печатной

продукции, а также, главным образом, от расположения печатающих и пробельных

элементов на форме и соотношения их площадей (см. подробнее:Гуляев С.А.,

Тихонов В.П. Конспект лекций. М.: Издательство МГУП ,<Мир книги», 1997).

В раскатную группу печатная краска поступает с теми же свойствами, что и в

красочном ящике. Вдобавок она поступает в виде концентрированных порций (см.

выше). На неравномерность распределения краски влияет также ее локальный

переход на форму ( только на печатающие элементы), возникновение в процессе

разделения нитей (тяжей) и др.

Непосредственно раскат краски, т.е. уменьшение красочных полосок по

толщине и их вытягивание в длину, происходит с помощью системы

чередующихся эластичных валиков и металлических цилиндров (на рис. 9

обозначены крестами). При контакте валиков и цилиндров происходит сложение

красочных слоев, а потом их разделение, что способствует соответственно

раскату и, что особенно важно, изменению свойств краски. Однако этого

недостаточно.

Рис.9. 1 - питающая (дукторная) группа;

2 - раскатная группа (передняя), 2' - задняя; ' 3, 3' - передние и задние

накатные валики;

4 - формный цилиндр с формой;

5 - дукторный вал увлажняющего раствора;

6 - передаточный валик;

7 - раскатной цилиндр,

8 - накатные валики увлажняющего раствора;

9 - офсетный цилиндр;

10 - печатный цилиндр;

11 - запечатываемый материал

Металлические цилиндры одновременно с вращением совершают осевое

перемещение относительно валиков. За период осевого перемещения цилиндры

совершают несколько оборотов.

Материалы валиков и цилиндров (поверхность) должны быть олеофильны.

Кроме того, валики должны обладать упруго-эластическими свойствами, быть

устойчивыми к компонентам краски, смывным жидкостям (керосин), быть термо-и

износостойкими.

В качестве рабочих поверхностей валиков применяют резины на основе

каучуков (бутадиеновый синтетический H2C=CH-CH=CH2 •

бутадиеннитрильный –CH2-CH=CH-CH- ; их сополимеры). Обладая

хорошими свойствами, они чувствительны к действию компонентов краски и

смывочным жидкостям, в результате чего со временем их поверхность становится

шершавой и нуждается в

шлифовке. Наиболее качественные покрытия из полиэфируретана (конденсат

адипиновой кислоты HOOC-(CH2)4-COOH этиленгликоля и глицерина), не

обладают указанными недостатками. Все указанные материалы обладают

остаточной деформацией, поэтому нельзя валики в нерабочем состоянии

оставлять в контакте с цилиндрами или формой. Прижим валиков контролируют,

чтобы не было проскальзывания или неплотного контакта, но не чрезмерно. В

последнем случае возможно выдавливание краски из зоны контакта или

образование полос. Погонное усилие прижима валика к жесткой поверхности

лежит в пределах 1-ЗОН/см.

Необходимое количество валиков и цилиндров определяется, во-первых,

получением равномерного потока краски требуемой толщины и, во-вторых, но не

по значениюхфиданием печатной краске рабочих свойств. Общее число валиков и

цилиндров раскатной и накатной групп может изменяться в пределах 12-35.

Поведение печатной краски в раскатной системе

Краска перемещается (транспортируется) в красочной системе печатной

машины под действием приложенных сил.- При этом она, естественно,

испытывает деформации, которые изменяют ее свойства (вязкость, липкость,

пластичность и т.д.), Рассмотрим это явление подробнее (рис. 10).

Если поместить слой жидкости между двумя плоскостями и привести верхнюю

плоскость в движение, то последняя будет увлекать (за счет трения)

нижеследующие слои жидкости. Скорость движения слоев сверху вниз будет

уменьшаться, так как нижние слои тормозят движение вышерасположенных.

Уменьшение скорости движения слоев U будет происходить пропорционально

расстоянию X от верхнего слоя до нижнего. По Ньютону сила внутреннего трения

F , равная приложенной извне силе, под действием которой и происходит

движение жидкости, будет пропорциональна площади слоя S , к

которому приложена эта сила и градиенту скорости движения между слоями

где f - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств жидкости,

или коэффициент вязкости,или просто вязкость.

Относя СИЛУ внутреннего трения к плошали сдвига, получаем

где г ~ напряжение, поддерживающее течение жидкости, или напряжение сдвига.

Размерность вязкости, как следует из формулы, выражается в г/см-с -пуазах, П;

или Па»с в единицах СИ. 1П=0,1Па«с.

Величина, обратная вязкости j//? ,- называется текучестью и представляет

собой подвижность жидкости под действием внешних сил.

Эмпирическим путем Пуазейль установил, что движение жидкостей под

действием силы тяжести в трубке подчиняется следующему выражению:

Tie (/ - объемная скорость истечения жидкости; t - радиус трубки; р -

разность давлений на концах трубки, а £ - ее длина. Переписав

уравнение

видим, что оно схоже с уравнением Ньютона, поскольку смысл второго члена в

правой части уравнения тот же, что и градиента скорости.

Законам Ньютона и Пуазейля подчиняются идеальные жидкости.

Большинство же растворов, особенно полимеров, дисперсии, в том числе

коллоидные, этим законам не подчиняются. Связано это главным образом с тем,

что такие системы являются многофазными и, следовательно, обладают на

границах раздела фаз (клубок полимера - растворитель; частичка глины - вода;

частица пигмента - связующее печатной краски и т.п.) нескомпенсированной

поверхностной энергией. Такие системы склонны к образованию в объеме тела

структуры, каркаса. В результате подвижная жидкость превращается в упруго-

эластическое тело (студень в случае растворов желатины или некоторых других

полимеров) или даже упруго-твердообразное ( загустевание глинистых эмульсий,

пластичных смазок и т.п.). Такие переходы, как правило., обратимы за счет сил^

приложенных извне, перемешивания или за счет изменения температуры (нагрев).

В обычном же состоянии такие системы структурированы. Если построить

зависимость градиента скорости течения от приложенного напряжения для

различных тел, то эти зависимости будут различаться существенно (рис.11).

Рис.11. Течение под действием приложенной нагрузки идеальной

(ньютоновской) и неидеальной (структурированной) жидкости:

1 - ньютоновская жидкость (вода, бензол и пр.);

2 - неньютоновская жидкость (глинистые растворы, пластичные смазки и пр.)

Такое течение они назвали пластическим, а критическое значение Ь

предельным напряжением сдвига. При этом после значения 6> жидкости ведут

себя как ньютоновские (рис. 11). Пластическую вязкость можно определить как

Приведенным уравнениям хорошо подчиняются при течении глинисты

растворы, студни полимеров, например, агар-агар, желатин и др. Однако дл

большинства структурированных систем, особенно олеодисперсных, зависимост

выражается кривой, причем, как показали исследования отечественных учены П.

А. Ребиндера и А.А. Трапезникова, определить значение в не представляете

возможным. Было показано, что при любой скорости течения в структурированно:

системе протекают два противоположных процесса - разрушение и

восстанавлении структуры. При очень малых скоростях (и напряжениях) системе

наносятся небольшие повреждения, структура не разрушается полностью. Из-за

малы скоростей структура тиксотропно (обратимо) успевает восстанавливаться.

То есть течение протекает практически без разрушения структуры, имеет мест

ползучесть.

При больших скоростях система после разрушения хотя и

восстанавливается, но не полностью. Чем дальше, тем больше этот процес

набирает силу. Полному разрушению структуры соответствует минимальна

вязкость η min, которая в дальнейшем остается постоянной. Таким образом, н

приходится говорить не только о предельном напряжении сдвига, но и о каком-то

определенном значении вязкости в процессах течения. Она может быт

определена лишь как эффективная η для (рис. 12) каждого значени.

градиента скорости и приложенного напряжения.

Л.А. Козаровицким были изучены реологические свойства двух реальны;

красочных систем (краски серии 2513 на сажевых пигментах}.Кривые течения и:

приведены на рис. 13.

Из рис.13 видно, что краски обладают (что характерно для все: высоковязких

красок) чрезвычайно прочной структурой. Различие исходной \ рабочей вязкости

(линейные участки кривых) очень велико (5-6 порядков) Напряжение сдвига

создается мощностью привода и может, в принципе, достигать

любых необходимых значений. Главный вопрос в том, создаются ли в раскатной

системе необходимые градиенты скоростей, при которых структура в краске была

бы полностью разрушена. Только в этом случае краска будет обладать

постоянными (рабочими) свойствами - рабочей вязкостью, липкостью и т.п. Из

рис.13 видно, что в раскатной системе необходимо создать в зазорах валик-

цилиндр градиенты скоростей порядка 1500-2000CM"1.

Какими же реальными технологическими показателями должны обладать

печатные узлы? Прежде всего имеются в виду толщины красочных слоев,

диаметры накатных валиков и формного цилиндра, а также скорости их вращения.

В офсетной печати толщина красочного слоя на форме в среднем равна 4мкм.

Скорость рабочей печатной машины определяется получением оттисков в час

или числом оборотов формного цилиндра. Современные листовые офсетные

печатные машины работают со скоростями порядка 6 ОООотт/ч , хотя эти

скорости могут доходить и до 15 000-16 ОООотт/ч ♦ Что касается рулонных

машин, то здесь скорости почти на порядок выше,

Таким образом, необходимые условия разрушения структуры краски в

раскатной системе создаются. Не надо, однако, думать, что достаточно одного

акта пропуска краски. Возникающие неравномерности слоя при его разделении, а

также в силу причин, приводимых выше (наличие клапана на формном цилиндре,

неполное заполнение формы печатающими элементами и пр.); требуют

неоднократного проведения этого процесса.

Увлажняющие аппараты

Гидрофильная поверхность пробельных элементов должна быть постоянно

покрыта пленкой увлажняющего раствора. В противном случае через несколько

печатных циклов она будет покрыта слоем краски. Печатные краски способны

поглощать до 20% по весу воды. Увлажняющие растворы, содержащие в своем

составе поверхностно-активные вещества (ПАВ), поглощаются краской в еще

большей степени. Поэтому увлажняющий раствор, так же как и краска, должен

постоянно подаваться на форму.

Поскольку течение под действием приложенной нагрузки увлажняющих

растворов подчиняется закону Ньютона, отсутствует необходимость в раскатной

системе, занимающей основную часть красочного аппарата. Подача

увлажняющего раствора проводится из корыта дукторным цилиндром на

передаточный качающийся валик 6 и затем на раскатной цилиндр 7. С раскатного

цилиндра посредством двух накатных валиков увлажняющий раствор наносится на

печатную форму (рис.9).

Дукторный и раскатной цилиндры изготавливают из стали. Для увеличения

гидрофильности их покрывают тонким слоем меди, никеля или хрома.

Передаточные и накатные валики изготавливают из резины, поверх которых

надевают фланелевые или другие (с ворсом) чехлы для большего удержания

влаги. Покрывается чехлом (чаще всего сукном) и дукторный цилиндр с той же

целью. Раскатной цилиндр, кроме осевого вращения, смещается также по оси.

Существует несколько других конструкций (прерывного и непрерывного

действия) f в том числе и бесконтактного типа, когда увлажняющий раствор

набрызгивается на форму. Интересна конструкция , впервые предложенная Г.

Дальгреном. В ней увлажняющий раствор подается на форму через один из

накатных валиков (первый по ходу) красочного аппарата.

По данным исследовательского центра фирмы Гейдельберг, современные

увлажняющие системы можно в принципе разделить на две группы - с

передаточным валиком и так называемые системы пленочного увлажнения. О

первых речь шла выше. Что касается вторых, то они в той или иной степени

реализуют принцип Дальгрена.

Выше отмечалось, что получение оттисков со стабильными показателями

качества возможно лишь при достижении в печатном узле баланса «краска -

увлажняющий раствор». Этому предшествует образование стабильной прочной

эмульсии. В системе увлажнения «Алколор», разработанной фирмой Гейдельберг,

это достигается за счет двух условий - добавки в увлажняющий раствор 10-12%

спирта (изопропанола) и. так называемой пятицилиндровой системы увлажнения

(рис Л 4).

В рабочем состоянии (рис.Цв) подача краски на форму идет двумя потоками,

через накатные валики 6 и 8. Однако часть краскопотока через промежуточный

валик 5 поступает на накатной валик 4 увлажняющей системы. Именно на этом

валике и создается красочная эмульсия. В отличие от увлажняющего раствора,

эмульсия вытесняется с печатающих элементов значительно легче. В отличие от

системы с передаточным валиком, эта эмульсия создается до перехода на форму.

Кроме того, печатание начинают лишь после предварительного «увлажнения»

эмульсией печатной формы (рис. 14^). В этом случае наката краски на форму не

происходит. В дальнейшем уже

Рис, 14. Система увлажнения "Алколор";

1 - дукторный вал увлажняющей системы;

2 - дозирующий валик,

3 - выравнивающий валик;

4 - накатной валик увлажняющей системы;

5 - промежуточный валик;

6,8 - накатные красочные валики;

7 - раскатной цилиндр красочной системы;

9 - формный цилиндр с печатной формой;

10 - смывочное устройство

- образовавшаяся эмульсия вступает во взаимодействие с краской на форме, в

результате чего и достигается баланс «краска - вода».

Пленочными системы типа «Алколор» называют еще и потому, что

содержащийся в увлажняющем растворе спирт позволяет за счет снижения

поверхностного натяжения раствора получить более тонкие и равномерные слои

увлажняющего раствора и эмульсии без снижения их смачиваемой способности.

Этому способствует действие дозирующего валика 2 и разравнивающего 3

увлажняющей системы. Валики 1 и 2, а также 3 и 4 вращаются поэтому с

различными линейными скоростями относительно друг друга.

В нерабочем состоянии, при остановке, смывке и т.д. накатные валики как

красочной, так и увлажняющей системы отводятся от печатной формы.

Прерывается контакт между валиками 2 и 4 (рис. 14а), что дает возможность

проводить смывку красочного аппарата.

В системе «Алколор» баланс «краска - увлажняющий раствор» при условии

предварительного увлажнения достигается до начала печатания. Уже начиная со

второго или третьего оттиска, показатели качества оттиска становятся

постоянными и сохраняются таковыми в течение печатания всего тиража.

Красочные аппараты для низковязких красок

Указанные аппараты значительно проще в устройстве, чем те же самые для

высоковязких красок. Используются, как уже упоминалось, в машинах глубокой и

флексографской печати, а также в тампопечати. Основные узлы - устройство для

подачи краски в ячейки формы (глубокая печать) и устройство для удаления

избытка краски с пробельных элементов. Подача краски осуществляется либо

погружением части формного цилиндра с формой в красочное корыто, либо с

помощью накатного валика. Краску иногда подают и набрызгиванием под

давлением на всю длину формного цилиндра с помощью циркуляционной

системы. Материал накатного валика - резина или плюш.

Наиболее ответственной частью красочного аппарата является ракель.

Представляет собой пластину толщиной 0,1-0,3мм из инструментальной листовой

стали. Ракель затачивается под углом 20-25° и устанавливается либо по ходу

движения, либо против хода. В последнем случае усилие прижима резко

снижается (угол наклона тот же - 45-65°), что приводит к повышению

тиражестойкости формы, снижает возможность возникновения царапин на

пробельных элементах.

ТЕМА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕЧАТНЫХ АППАРАТОВ МАШИН ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ПЕЧАТИ

Печатная секция (аппарат) состоит обычно из раскатного цилиндра

красочного аппарата, передних и задних (разравнивающих) накатных валиков,

формного и печатного цилиндров, а в офсетном способе и офсетного цилиндра.

Естественно, что сюда входит и запечатываемый материал 10 (бумажное полотно

или бумажные листы, см. рис. 9), а также накатные валики увлажняющего

аппарата.

Основная функция печатного аппарата состоит в том, чтобы поступающая из

раскатной системы краска была равномерным слоем нанесена на печатающие

элементы формы. Последнее является важнейшей предпосылкой того, что при

соблюдении режимов печатного процесса (давление в полосе печатного контакта,

скорость печатания и т.д.), о которых речь пойдет ниже, возможно получение

качественных оттисков со стабильными показателями (оптическая плотность,

градация и т.п.).

Существует ряд факторов, влияющих (в отрицательном смысле) на

возможность равномерного наката краски на печатающие элементы формы. Эти

факторы объективны и не могут быть полностью устранены. Для того чтобы по

возможности смягчить их влияние, необходимо разобраться в причинах их

возникновения. Сформулируем основные понятия и определения, дающие

возможность разобраться во влиянии указанных факторов.

Коэффициент использования окружности формного цилиндра (коэффициент

запечатывания) представляет собой отношение длины печатного изображения на

форме к длине окружности формного цилиндра;

где Z - коэффициент запечатывания; с - длина печатного изображения на

форме; 75 - диаметр формного цилиндра.

Из-за наличия на формном цилиндре участка для закрепления формы

(клапана) краска на накатных валиках в этом месте остается. Затем в результате

обоюдного вращения валика и формного цилиндра этот избыток переходит на

форму, образуя местное утолщение краски с толщиной hmax1 ■ Поскольку диаметр

накатных валиков меньше (в кратное число раз) диаметра формного цилиндра, то

при дальнейшем движении, на форме опять создается, хотя и меньший, чем в

первый раз, избыток краски с толщиной уже hmax2 . Количество таких утолщений

будет зависеть от соотношения диаметров печатного валика и формного

цилиндра. Вместе с тем, поскольку с каждым новым оборотом накатного валика

происходит повторное расщепление красочного слоя, толщина красочного слоя,

.15. Модель распределения красочного слоя по поверхности форм при обоюдном

вращении накатного валика и формного цилиндра. 1 - накатной валик; 2 -

формный цилиндр

отнорительно средней величины h (рис. 15,6) будет все время падать, причем

тем больше, чем больше соотношение диаметров формного цилиндра и

накатного валика. Суммарно по длине печатного изображения на форме

толщина красочного слоя уменьшается от первоначального значения hmax до

конечного hmin (рис. 156).

Местные утолщения краски на печатающих элементах формы могут

возникать и из-за больших пробельных элементов формы. В высокой печати -

это промежутки между стереотипами при расположении последних по

окружности цилиндра. В офсетной печати, кроме клапана, на формном

цилиндре присутствуют пазы и другие устройства для закрепления гибких

формных пластин и т.д. В качестве одного из параметров, характеризующих

неравномерность наката краски на печатающие элементы формы, служит

величина амплитуды краски на

Амплитуда краски на форме определяется для одного оборота

формного цилиндра.

Возникновение местных утолщений краски на форме возможно и по другим

причинам, например, при печатании текстовых материалов, особенно крупным

кеглем. Последнее служит причиной возникновения так называемого «двойного

изображения», которое наиболее характерно для офсетной печати. Ввиду того,

что печатная форма забирает с накатных валиков краску только на

печатающие элементы (тексты), на последних может образовываться

достаточно устойчивый негативный рельеф формного изображения. Этот

рельеф, хотя и ослабляется при последующем контакте с формой, может затем

на нее перейти, а затем с формы и на запечатываемый материал. В результате

на запечатываемом материале возникает двойное изображение. Чтобы

избежать этого явления, соотношение между диаметрами цилиндра и формных

валиков должно быть таким, чтобы не было наложений (напластований)

печатного изображения на одном валике. Мерой борьбы может служить

применение раскатных валиков (задняя группа валиков). Фирмой Сольна-Офсет

была проведена работа по устранению двойного изображения. С равномерно

растрированного изображения с относительной печатающей площадью

растровых точек в 50% печатали изображение, изменяя диаметры накатных

валиков. Анализ полученных результатов показал, что с увеличением числа

накатных валиков и при разных их диаметрах неравномерность наката и

появление двойного изображения снижаются.

В отличие от амплитуды шаг толщины краски на форме £>k характеризуют

местные утолщения. Они возникают за счет наличия на форме пробельных

элементов. Проявляются в виде полос (следов накатного валика). Как правило,

они появляются на форме и соответственно на оттиске, если при остановке,

даже кратковременной, печатной машины не отвести накатные валики от

формы.

Неравномерность красочного слоя на форме зависит от равномерности ее

подачи на форму. Выше уже упоминалось о том, что накатные валики (группь

валиков) делятся на передние (краскопитающие) и задние (выравнивающие).

Пуп краски на форму через передние валики короче, и поэтому основной поток

идс через них. Однако какая-то часть краски поступает на форму и через задни

валики, хотя им в качестве основной функции предназначается разравнивать

слоз краски, уже поступивший на форму через передние валики. Отсюд

коэффициентом равномерности подачи краски за один оборот формного

цилиндр будет отношение количества краски, попадающей на форму от

питающе гоуппы qa, к общему количеству краски, поступающей на форму:

где qb, - количество краски, поступающей на форму через задние

(выравнивающие) валики. Чем больше краски попадает на форму через

переднюю группу валиков и, соответственно, меньше через заднюю, тем более

равномерным слоем краска наносится на форму.

Таким образом, основными факторами, влияющими на равномерность

нанесения краски на форму, будут соотношение площадей (и их расположение)

печатающих и пробельных элементов на форме, соотношение диаметров

накатных валиков и формного цилиндра, коэффициент краскопереноса.

Технологические факторы наката краски на форму

Рассмотренные выше параметры являются либо конструкционными

(наличие клапанов, упоров и т.п.), либо определяются видом и характером

печатной продукции (расположение на форме печатающих и пробельных

элементов, их соотношение). Естественно, что они влияют на качество

печатной

продукции. Задачей технолога является поэтому в максимальной степени

уменьшить их влияние.

Если слой краски на форме будет равномерным, то, очевидно, и Ah, и Sh

будут равны нулю. Этому соответствует значение коэффициента

запечатывания, равное единице (отсутствие клапана), и отсутствие пробельных

элементов на форме.

Практически, исключая случай применения бесстыковых форм, например,

при флексографском способе печатания, коэффициент запечатывания всегда

меньше единицы, а печатание без пробельных элементов на форме лишено

смысла. Следовательно, и Ah, и Sh, будут отличаться от нуля. Каковы условия

нахождения их минимальных значений?

Рис.16. Влияние коэффициента запечатывания на амплитуду и шаг толщины

красочного слоя на форме: 1- амплитуда, 2 - шаг толщины красочного слоя

на форме

Рис.17. Влияние коэффициента краскопереноса на амплитуду и шаг толщины

красочного слоя на форме: 1- амплитуда, 2 - шаг толщины красочного слоя

на форме

Из рис.16 видно, что, как и следовало ожидать, амплитуда толщины красю на

форме достигает максимума при 50% коэффициента запечатывания. Чт<

касается шага толщины краски на форме, то ее зависимость более сложная

Связано это с тем, что этот показатель характеризует изменение толщин*

красочного слоя, отнесенное к одному обороту накатного валика. А валик :

данном случае прокатывается по печатной форме за один оборот печатноп

цилиндра дважды. Этим и объясняется наличие двух максимумов на кривой

Вклад клапана (так же как и пробельных элементов вообще), выражаемы]

амплитудой, значительно (примерно вдвое, как показано на рис.16) выше. Этом;

соответствует и соотношение диаметров формного цилиндра и накатных ВЭЛИКОЕ

равное 2:1, как в данном случае. Можно сделать вывод. Чем меньше разме]

клапана и больше (или меньше) заполнение формы печатающими элементами,

те? равномернее краска будет накатываться на форму, тем более качественным

буде оттиск (пропечатка). Влияние коэффициента краскопереноса на

вышеуказанны параметры видно из рис.17. Перенос краски между

красковоспринимающими i красконесущими поверхностями характеризуется

коэффициентом краскопереноса Он равен отношению количества перешедшей

краски на другую поверхност к первоначальному ее количеству на первой

поверхности. Выражается процентах, зависит от количества краски на первой

поверхности, материал; поверхностей, скорости разделения слоя и т.д.:

где q. - количество перешедшей краски; а m - ее первоначальное количество на

форме или любой другой предыдущей поверхности. Оптимальное проведение

процесса требует, чтобы значение К было близко к 50%. При меньших значениях

не удается получить насыщенных оттисков, а при больших возникают искажения

элементов изображения на оттиске. Значения Ah, всегда выше, чем Sh, , причем

рост их особенно велик при K больше 50%. Поскольку при печати с

высоколиниатурных растровых форм или с плашек коэффициент перехода будет

больше, чем при печати со смешанных или текстовых форм, возможные

нарушения равномерности красочного слоя более вероятны в первом случае.

Наконец, влияние коэффициента равномерности краскоподачи на те же

величины, хотя и также важно, сказывается в меньшей степени (рис.18). В общем

случае, чем больше краски поступает через переднюю группу, тем меньше оба

показателя, выше равномерность красочного слоя. Задача; следовательно, состоит

в том, чтобы по возможности снизить краскопоток через задние валики. Тем не

менее их наличие в накатной системе необходимо, и указанные показатели резко

возрастут (Ah и Sh ) при их отсутствии, хотя значение R и будет равно 100%.

Следует отметить также, что снижения неравномерности краски на форме (Ah и Sh

) до определенной степени можно добиться, увеличив общий краскопоток.

Рис.18. Влияние коэффициента равномерности подачи краски на амплитуду и таг

толщины красочного слоя на форме: 1-амплитуда, 2 - шаг толщины

красочного слоя на форме

Рис.19. Установление баланса краскопотока в печатной машине при запуске

тиража; 1 - подаваемая в машину краска, 2 - выводимая из машины с

печатными оттисками краска

Переходные процессы в красочных аппаратах высоковязких красок

Количество краски,поступающей в красочную систему печатной машины за

один цикл (получение оттиска);должно равняться количеству краски, переходящей

на оттиск. Это условие является необходимым для получения оттисков со

стабильными показателями (см. выше). Однако после запуска печатной машины,

ее остановки или перехода на новый режим (например, снижение или увеличение

оптической плотности оттиска) требуется время для установления равновесия.

Графически такой выход печатной машины на требуемый режим приведен на

рис, 19. Как видно из рис.19; с течением времени равновесие наступает где-то в

пределах 20-40 циклов (q% - количество подаваемой в систему или уносимой от

нее краски в процентах от требуемого количества), 1 - подаваемая в систему

краска; 2 - выводимая из системы краска.

Количество циклов применительно к реальным условиям печати (бумага,

краска, параметры формы, скорость печатания и т.п.) определяется каждый раз

экспериментально. Попытки расчета носят качественный характер, тем не менее

позволяют обратить внимание на факторы, позволяющие уменьшить число циклов

переходного процесса. Так, по данным Р. Рудера разрыв с помощью

разъединительных валиков красконесущей цепи позволяет снизить число циклов

до выхода на равновесие примерно на треть, Приводятся и другие рекомендации,

также впрочем не имеющие теоретического обоснования. Устанавливать

взаимосвязь между количеством подаваемой в печатную машину краски и числом

циклов выводящих машину на рабочий режим, на наш взгляд можно лишь при

рассмотрении механизма краскопереноса по всей красконесущей цепи красочного

аппарата печатной машины. Такой механизм был разработан на кафедре

технологии печатных процессов МГУП под руководством И.В. Ромейкова. Для

понимания особенностей перемещения краски в красочном аппарате и

установления некоторых аналитических зависимостей обратимся к аппарату,

построенному по линейному принципу. Отметим, что подобные схемы

используются и на практике, например, в аппаратах с тангенциальным раскатом.

Как видно из рис.20, перемещение краски происходит по маршруту -

раскатные валики и цилиндры, накатной валик, формный цилиндр, оттиск

(красочный ящик, передаточный валик и приемный раскатной цилиндр из схемы

исключены). При этом имеется в виду, что соблюдается баланс краски,

выдаваемой красочным валиками и воспринимаемой бумагой. Примем также, что

из-за отсутствия впитывания краски материалами валиков, цилиндров, формы и

бумагой коэффициент краскопереноса К - 0,5, а соответствующее ему число

переноса U/ = 1/k = 2. Примем также, что толщина слоя краски на оттиске

постоянна и равна hott = 2мкм. На схеме все краскопередающие элементы

пронумерованы следующим образом: формный цилиндр - 1, накатной валик - 2,

первый раскатной цилиндр - 3, первый раскатной валик - 4, второй раскатной

цилиндр - 5, второй раскатной валик - 6i третий раскатной цилиндр - 7, третий

раскатной валик - 8.

Как видно из рис.20, для получения на оттиске слоя краски толщиной 2 мкм

при коэффициенте перехода k = 0,5 на форме толщина слоя краски должна

равняться 4 мкм. После отдачи краски на бумагу слой краски на форме будет

иметь толщину 2 мкм. Чтобы довести толщину слоя краски на форме до 4 мкм,

надо передать с накатного валика слой краски толщиной 2 мкм. Но тогда на нем

толщина слоя краски должна быть равна 6 мкм. Во время контакта формы с

накатным валиком общая толщина краски будет равна 8 мкм, а после разрыва на

форме и накатном валике (k = 0,5) толщины слоев будут одинаковы и равняться 4

мкм. Чтобы накатной валик вновь имел толщину слоя краски,равную 6 мкм, он

должен при контакте с раскатным цилиндром 3 до разрыва иметь толщину слоя

краски равную 12 мкм. С учетом указанных соображений на рис.20 приведены

толщины слоев краски на всех воспринимающих и передающих поверхностях. На

каждой из этих поверхностей обнаруживаются два слоя краски, отличающиеся по

своей толщине на 2мкм, причем до перехода слой краски больше, а после

перехода> естественно, меньше на указанную величину. Таким образом, толщина

слоя краски на оттиске является константной величиной для всего красочного

аппарата. Второй константной величиной является коэффициент краскопереноса

или число переноса. На рис.20 указаны толщины слоев краски до перехода {п с

индексом D ) и после перехода ( kс индексом п ). Не трудно заметить, что каждая

из этих величин возрастает при движении к красочному ящику в арифметической

прогрессии. Поскольку все краскопередающие поверхности пронумерованы, то это

дает возможность установить связь элементов этой прогрессии с

соответствующим номером. Кроме того, следует учитывать, что толщина слоя

краски в красочной системе зависит и от площади печатающих элементов формы.

На основании вышеизложенного можно установить аналитические

зависимости, позволяющие определить толщину слоя краски на любой

поверхности, имеющей соответствующий номер.

Толщина слоя краски на i - й поверхности до перехода:

где U - число переноса (в нашем случае U =2); Ос - относительная площадь

печатающих элементов формы; t - порядковый номер краскопередающей

поверхности; S&rF - толщина слоя краски на оттиске (мкм).

Снижение толщин красочных слоев не должно восприниматься, однако, как

их механическое уменьшение. В данном случае речь идет скорее о снижении

общего краскопотока, поскольку толщины красочных слоев на оттиске в случае

высоковязких красок примерно одинаковы вне зависимости от размеров

печатающих элементов и оптимальной площади, занимаемой ими на форме.

Перейдем теперь к рассмотрению переходного процесса, Как известно, под

переходным процессом подразумевается процесс перехода красочного слоя, а

точнее потока краски из одного равновесного состояния в другое. На рис.21

показан такой процесс в виде изменения толщины слоя краски на оттисках. Этот

процесс протекает за несколько циклов работы печатной машины. Обозначим

количество циклов через N . Практически после запуска печатной машины

печатник устанавливает течение краски в красочном аппарате при минимальной

толщине hmin ее слоя. Затем производится постепенное увеличение подачи

краски для достижения оптимальной величины h0 слоя краски на оттисках,

соответствующих денситометрическим нормам печатания. Однако сразу

установить нужную толщину, как правило, не удается. Красочный слой вначале

будет колебаться вблизи оптимального значения. На рис.21 показано, что

вследствие избыточной подачи краски толщина слоя краски несколько

превышает и имеет величину h0 .

Количество циклов печатной машины, необходимых для достижения на

оттисках оптимальной толщины слоя краски ^ , определяется с помощью

следующего выражения:

где ∑D - сумма диаметров всех валиков(и цилиндров) красочного аппарата;

Dϕ - диаметр формного цилиндра; S0 - относительная площадь

печатающих элементов формы; U - число переноса (обратная величина

коэффициента перехода краски); i - порядковый номер валика, контактирующего с

печатной формой, в линейной системе красочного аппарата. Следует иметь в

виду, что количество краски на форме (а следовательно, и на оттиске)

определяется количеством ее на накатном валике, который на схеме рис.20 имеет

порядковый номер 2.

Технологическая характеристика печатных аппаратов для низковязких красок

Рабочая вязкость красок глубокой и флексографской печати примерно на два

порядка ниже, чем у красок высокой и плоской печати. Составляет величину, как

уже упоминалось, в пределах от 0,1 -1,0 Па-с. Но дело даже и не только в этом.

Поверхностное натяжение этих красок также значительно ниже (по меньшей мере

вдвое). Это означает, что указанные краски хорошо растекаются и впитываются

различными поверхностями. Хорошо смачивают запечатываемые поверхности. С

другой стороны, низковязкие краски не склонны к образованию структур в объеме.

То есть их рабочая вязкость в принципе равна вязкости при хранении. Все это

привело к тому, что красочные и печатные аппараты низковязких красок

отличаются простотой. В них отсутствует проблема краскоподачи, не нужна

раскатная группа.

Красочный и печатный аппараты практически во всех случаях состоят из двух

узлов - устройства для подачи краски на форму ( в ячейки формы в глубокой

печати) и устройства для удаления краски с л Ров 2 ль и ых элементов формы. В

флексографии присутствует также устройство (анилоксовый валик) для

регулирования количества подаваемой на форму краски.

Поскольку красочные и печатные узлы машин глубокой и флексографской

печати рассматриваются в курсе «Печатные машины»; отметим лишь, что

проблема неравномерности красочного слоя на форме в этом случае практически

не возникает. Связано это, как уже было отмечено, с высокой смачивающей

способностью красок, которая исключает, например, в флексографии

возникновение на форме утолщений различного вида.

ТЕМА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ДАВЛЕНИЯ В ПЕЧАТНОМ ПРОЦЕССЕ

Явления в печатной паре, лежащие в основе печатного процесса, определяют

в конечном счете как потребительские свойства оттиска, так и показатели его

качества. Сам процесс печатного контакта протекает в две стадии, отличающиеся

величиной и характером напряжений и соответственно деформацией,

испытываемой контактирующими поверхностями - формой, краской и

запечатываемым материалом. Первая стадия начинается с момента контакта

формы (офсетного полотна) и запечатываемого материала, вторая - с момента

начала раздела красочного слоя. Суммарное время контакта составляет доли

секунды, а перепад напряжений за это время весьма велик. Характер изменения

давления в печатной паре и соответственно напряжений во времени

представлены на рис. 22.

Как видно из рис.22, кривая симметрична. Конец первой стадии совпадает с

началом резкого падения давления (и напряжений в контактирующих материалах).

При этом, если первая стадия протекает в течение сотых долей секунды, то

вторая (после максимума) продолжается длительное время, вплоть до полного

закрепления краски на оттиске.

В принципе, для смачивания краской поверхностей и прилипания краски к ним

давление не нужно. Мало того, оно является осложняющим печатный процесс

фактором, поскольку давление, особенно его избыток, приводит к нагрузке на

печатное устройство, вызывающей его преждевременный износ, равно как и износ

печатной формы, приводит к растаскиванию краски за пределы контуров

печатающих элементов и т.д. Не случайно, в семидесятые, восьмидесятые годы

проводились работы по бесконтактным способам печати. В этом случае переход

краски с формы на запечатываемый материал происходит под действием

электрических сил. Бумага и краска на печатающих элементах заряжаются под

невысоким напряжением. Красочное изображение с формы на бумагу переносится

при очень низких давлениях. Однако добиться сравнимого качества все же не

удалось.

В зоне печатного контакта всегда имеются неровности, препятствующие

созданию плотного контакта между печатающими элементами и запечатываемым

материалом. Они обусловлены неравномерностью роста печатной формы (в

высокой печати до 5 мкм ), неровностями поверхности печатного устройства

машин (до 2 мкм) да и самой деформацией печатного устройства под давлением

(до 5 мкм). Если учесть, что значение шероховатости (среднее отклонение от

нулевой линии) поверхности, например, газетной бумаги составляет примерно

25мкм, а мелованной в пределах 5мкм, становится очевидным, что полный

контакт, без зазора между печатающими элементами и бумагой, без давления

создать не удается.

Итак, давление необходимо, во-первых. для того, чтобы выровнять

поверхность запечатываемого материала и, во-вторых, компенсировать неточности

самого печатного устройства. Если в первом случае достаточно лишь собственно

давления, то во втором этого явно мало, поскольку, например, лечатающие

элементы формы высокой печати практически не деформируемы. С этой целью в

печатном устройстве обязательно применение декеля.

Декель представляет собой специальную легкодеформирующуюся прокладку,

помещаемую между запечатываемым материалом и печатным цилиндром.

Иногда его располагают между формой и формным цилиндром, а также между

офсетным полотном и офсетным цилиндром. Деформационные свойства декеля и

его толщина должны быть такими, чтобы суммарная деформация бумаги и декеля

компенсировали суммарные неточности контактирующих элементов в зоне

печатного контакта. Толщина декеля лежит в пределах 1,5 - 2,5 мм.

Давление печатания

Под давлением печатания понимают силу (нагрузку), приходящуюся на

площадь зоны печатного контакта (полосы контакта).

В офсетной печати печатающие и пробельные элементы расположены

практически в одной плоскости. В глубокой - печатающие элементы расположены

ниже поверхности формного цилиндра, но заполнены недеформирующейся

В высокой печати зона печатного контакта

жидкой краской. Поэтому можно считать, что давление в данном случае будет

равно просто отношению силы к площади печатного контакта (формы):

где α - коэффициент заполнения формы печатающими элементами. Для

штриховых клише и текстовых форм с различными кеглями и гарнитурами

штрихов α лежит в пределах 0,13 - 0,15. У иллюстрационных растровых форм

(α = 0,4 - 0,6; зависит от линиатуры растра и количества растровых

иллюстраций на форме. Для формы-плашки α = 1.

Давление в печатной паре создается с помощью механизма натиска, путем

удаления или сближения печатного цилиндра и формного цилиндра с

установленной формой на расстояние технологического зазора. Величина

технологического зазора строго фиксируется и обеспечивается жесткостью

конструкции печатного узла. Во всех случаях величина технологического зазора

должна быть меньше толщины декеля в свободном (несжатом) состоянии. Для

листовых, ротационных и плоскопечатных машин высокой печати она лежит в

пределах 1,25 - 1,50 мм. У рулонных книжно-журнальных ротационных машин

порядка 2,0 мм. Величины деформации сжатия декеля с/ и формы в высокой

печати (при использовании полимерных форм), офсетного декеля в офсетной

печати и деформация материала покрытия прессового цилиндра в глубокой

печати представляют, таким образом, разность между соответствующими

величинами в несжатом состоянии л* и величиной технологического зазора /?я ;

Значения деформации сжатия декеля d составляют в машинах высокой

печати 0,1-0,2 мм; глубокой - 0,6-0,8мм; в офсетных печатных машинах на

границе с формным цилиндром 0,05-0,10мм и с печатным - 0,05-0,20мм,

Давление в полосе печатного контакта (удельное давление) будет, как уже

упоминалось, зависеть от коэффициента заполнения формы оС или, как, еще

говорят, изрезанности формы. При одной и той же давящей нагрузке F очевидно,

удельное давление должно быть выше в высокой печати. В глубокой печати оно

зависит также и от глубины печатающих ячеек. Чем глубже ячейка, тем меньше

может быть давление. В среднем, в офсетной печати оно лежит в пределах 80-

150 Н/см2, глубокой 200-300 Н/см2. В высокой печати удельное давление

существенно повышается; доходя до 800 Н/см2 и более.

Важно не вообще создать в зоне печатного контакта (печатной паре)

давление, а давление технологически необходимое. Под технологически

необходимым давлением Рти понимают минимальное давление, при котором

достигается наивысшее качество отпечатка. Избыток давления вызывает

увеличение нагрузок на печатное устройство, снижение скорости работы печатной

машины, растаскивание краски на оттиске за пределы контура печатающих

элементов и т.д. Определить технологически необходимое давление можно с

помощью диаграммы печатного процесса М.Е. Готмана и П.А. Попрядухина,

представленной на оис.23.

Качество оттиска характеризовали количеством краски, переходящей с

формы на запечатываемую поверхность. Количество краски на форме до контакта

с бумагой во всех случаях одно и то же. До точки B кривой закономерности в

передаче краски не наблюдается. Передача элементов изображения происходит

фрагментарно, поэтому этот участок кривой называют участком «случайной»

передачи краски.

На участке В С пропечатка улучшается, что связывают с улучшением контакта

в печатной паре благодаря сглаживанию неровностей поверхности бумаги с

ростом давления. Очевидно, и деформация декеля с увеличением давления

также способствует компенсации неточностей (роста формы и т.п.). При

небольших изменениях давления переход краски резко возрастает. Этот участок

можно охарактеризовать как «участок непропечатки», то есть количество краски,

переходящей на оттиск, все еще недостаточно для качественного

воспроизведения всех элементов изображения. Иначе говоря, давление еще

недостаточно для создания плотного контакта форма-бумага в печатной паре.

Дальнейшее значительное повышение давления, начиная с точки С , приводит к

меньшим изменениям коэффициента перехода. По-видимому, в точке С

заканчивается выравнивание неровностей, создается плотный печатный контакт в

печатной паре, и вплоть до точки D количество краски на оттиске растет главным

образом за счет ее поглощения объемом бумаги. Именно этим объясняется

замедление роста краскопереноса с увеличением давления. На участке DE

поверхность и объем бумаги заполнены краской полностью, поэтому дальнейшего

перехода краски на оттиске не происходит. В дальнейшем на участке FЕ снижение

перехода объясняется выдавливанием краски за края печатающих элементов.

Часть ее остается на краях элементов изображения формы и при дальнейшем

увеличении давления, за счет деформации бумаги и декеля, краска переходит с

печатающих элементов на запечатываемый материал (участок FG- ).

Наблюдается небольшой рост краскопереноса. При этом точность передачи

графических элементов изображения резко ухудшается.

Можно заключить, что давление в точке С является минимально допустимым,

в точке Е - критическим. Очевидно, оптимальным или технологически

необходимым P тн следует считать давление в точке D , отвечающей наиболее

полной передаче краски с формы на бумагу. В этом случае наблюдается наряду с

наивысшей насыщенностью оттисков хорошая четкость и передача без искажений

элементов изображения.

Размер участков диаграммы зависит как от условий печати, так и от свойств

применяемых материалов. У более гладких и мягких бумаг участки AB и BC

короче. С увеличением толщины краски на форме эти участки также делаются

короче.

Угол наклона линейного участка BC снижается при печати на жесткой и

шероховатой бумаге по сравнению с гладкой и мягкой.

Приведенная диаграмма печатного процесса имеет общий характер для всех

видов печати. В глубокой и офсетной печати лишь участки EF и FG менее

выражены, хотя критическое значение давления (точка E ), связанное с

ухудшением качества оттисков, вполне определимо.

Необходимо отметить, что приведенные выше значения удельных давлений

для различных видов печати- представляют собой именно технологически

необходимые давления, создаваемые за счет деформаций под нагрузкой

различных декелей.

Эксплуатационные показатели и строение декелей

Как уже упоминалось, основное назначение декеля состоит в том, чтобы за счет

деформации под нагрузкой (силой F) создать в печатной паре технологически

необходимое давление и плотный контакт поверхностей. В идеале эти давления

и плотность контакта должны быть одинаковыми по всей зоне (площади)

печатного контакта. Механизм действия декеля становится понятным из

рассмотрения рис. 24.

Декели принято подразделять на три группы - жесткие, средние и мягкие.

Жесткость декеля, с одной стороны определяется нагрузкой, необходимой для

его деформирования. Чем жестче декель, тем больше нагрузку нужно приложить

для * достижения заданной степени деформации. Жесткие декели имеют

меньшую суммарную деформацию сжатия, чем мягкие и средние. С другой

стороны, жесткие декели обладают большей долей упругих (обратимых)

деформаций. По данным Л.А Козаровицкого, доля обратимых деформаций у

жестких декелей составляет 70-82%, у средних 60-70% и у мягких - 50-60%.

С первого взгляда кажется, что применение мягких декелей

предпочтительнее. Они обладают большей суммарной деформацией, чем

жесткие, достигаемой к тому же при более низкой нагрузке на печатное

устройство. Лучше, следовательно, компенсируют неточности печатного

устройства и шероховатость запечатываемой поверхности. Низкие нагрузки

продлевают эксплуатационный срок работы печатных машин. Однако именно в

силу этих причин достичь технологически необходимого давления с этими

декелями удается далеко не всегда. Большая доля остаточных (пластических)

деформаций приводит к тому, что такие декели могут быть использованы лишь в

течение одного тиража, а иногда лишь его части. По этой причине, например, при

печатании иллюстрационной продукции, где неточности роста формы

минимальны, а технологически необходимое давление велико, используют

жесткие декели. Напротив, при печати со стереотипов (неточности роста формы

наибольшие, а

Рис. 24. Механизм действия декеля в зоне печатного контакта: 1 -

запечатываемая поверхность (бумажный лист); 2 - печатающая

поверхность (поверхность печатной плиты или цилиндра); 3 -

форма с печатающими и пробельными элементами; 4 - декель;

а - печатный контакт без декеля; б – с декелем

технологически необходимое давление ниже) применяют мягкие декели.

С текстовых оригинальных форм печать проводят с помощью средних декелей.

В процессе печатания главным образом за счет остаточных деформаций

декели изменяют свои свойства (изнашиваются). Мягкие декели выходят из

строя примерно через 50тыс. циклов, жесткие выдерживают до 1млн. Для

повышения тиражестойкости в мягкие декели вводят жесткие материалы

(прокладки). Поведение декеля с различными прокладками зависит от их

расположения. Если прокладки располагаются поверх декеля, декель

приобретает свойства, близкие к свойствам прокладки, если прокладка внизу -

проявляются свойства самого декеля.

Механизм деформирования декеля

В процессе печатания под действием приложенной нагрузки происходит, как

это видно из рис.25, одновременное сжатие и растяжение декеля.

Относительная

деформация сжатия

где h0 , h - толщина декеля до и после нагрузки соответственно.

Относительная деформация растяжения:

где, L0, Lи - длина декеля до и после нагрузки соответственно.

Отношение деформаций в поперечном направлении <£/> к деформации в

4 продольном характеризует структуру материала и называется коэффициентом

Пуассона:

Теоретически, поскольку объем конденсированного тела (жидкость,

кристалл и т.п.) остается постоянным, ε p должно быть равно ε c, а

коэффициент Пуассона равен единице. На самом деле коэффициент Пуассона

для пористых тел близок к нулю, а для тел со сплошной структурой (полимеры,

пленки и т.п.) составляет величину, равную примерно 0,5.

Механизм деформирования таких тел различен. При сжатии любого тела

внутри него образуется зона в виде конуса, внутри и вне которой релаксация

(рассасывание) напряжений происходит по-разному. Внутри конуса смещение

отдельных элементов к центру приводит к сжатию участка, ограниченного углом

θ . Вне конуса тело претерпевает растяжение. Соотношение между зонами

растяжения и сжатия регулируется углом при вершине конуса θ . Чем меньше

угол, тем в большей степени наблюдается продольная перпендикулярно оси

действия силы деформация. Это нехарактерно для пористых тел. При их

сжатии

Рис 25. Механизм деформирования декеля: 1 – печатающая поверхность,

2 – декель, 3 - форма

Рис. 26 Релаксационные процессы в декеле

релаксация происходит за счет смещения в свободное, занятое воздухом

пространство. Тело сжимается практически без растяжения. Объем его резко

уменьшается. Наоборот, для сплошных тел (резина , полимеры и т.п.) релаксация

может происходить лишь в сторону от действия силы. Происходит, в отличие от

пористых тел, в основном лишь растяжение тела. Угол в вершине конуса .

стремится к нулю. Изменения объема, как у всяких конденсированных

(кристаллических, жидких) тел,не происходит.

Такое различие в поведении декельных материалов сказывается на

распределении давления на форму. Печатающие элементы вдавливаются в

бумагу, поскольку деформация формы ничтожно мала по сравнению с бумагой и

декелем. Из теории упругости следует, что при вдавливании наибольшее

напряжение возникает на краях печатающих элементов. Разность между Рmax_ и

Pmin зависит от глубины вдавливания h , угла α и упругости материала,

коэффициента Пуассона. Причем, как видно из рис. 27, если печатающие

элементы расположены рядом, то концентрация напряжений возникает лишь у

внешнего края.

Хорошо известный из практики печатания факт. Отдельно стоящие

печатающие элементы, например колонцифры, вдавливаются больше, чем

печатающие элементы в середине набора. Края полос вдавливаются сильнее,

чем их середина, что выражается, кстати, в появлении оборотного рельефа. При

этом происходит выдавливание (выпучивание) декеля и бумаги в сторону от

печатающих элементов. Чем больше выдавливание, тем больше концентрация

напряжений по краям печатающих элементов, тем больше при печатании

искажения самих элементов. Так вот у пористых декелей не происходит

«выпучивания» материала в пробельные элементы, в результате чего

предотвращается концентрация напряжений по краям печатающих элементов,

давление по всей форме распределяется более равномерно. У резины же при

угле θ , близком к нулю, происходит вдавливание печатающих элементов,

резина смещается в пробельные элементы. Возникает максимальная

концентрация напряжений по периметрам печатающих элементов.

К сожалению, пористые материалы не обладают достаточной жесткостью и

упругостью, то есть не могут обеспечить необходимое давление в зоне печатного

контакта, а также мгновенно восстановить (релаксировать) свой объем. Обладая

указанными свойствами, конденсированные тела (резина, полимеры и т.д.) не

способны к равномерному распределению давления по печатающим элементам

формы. По этой причине декели, как правило, составляют из материалов обеих

групп.

Рис. 27. Концентрация напряжений по краям печатающих элементов

Виды деформации декеля

В чистом виде, конечно, не существует декельных материалов лишь с

продольной или поперечной деформацией. Иначе говоря, нет таких материалов

(декельных), которые обнаруживали бы лишь упругую или пластическую

деформацию. Декельные материалы представляют собой упруговязкие

пластичные тела с набором всех видов деформаций. Как видно из рис.28, на

котором приведена зависимость изменения общей суммарной деформации для

одного из типичных декелей от времени, зависимость имеет сложный вид. На ней

присутствуют по меньшей мере три участка, каждый из которых характерен для

определенного вида деформаций. Время от 0 до t1 соответствует нагружению

образца с постоянной силой. После t1 нагрузка снижается, происходит

восстановление размеров образца (релаксация). Как видно из рис.28, релаксация

протекает не до конца. Следовательно, участок за временем t2 следует отнести к

пластической (остаточной) деформации. Такая деформация протекает в

соответствии с законом Ньютона для течения под нагрузкой жидкостей. В

полимерах это проявляется в виде смещения макромолекул или даже их

ассоциатов (клубков, фибрилл и т.д.) относительно друг друга. В соответствии с

законом Ньютона можно написать

После разделения переменных и интегрирования получаем

На первом участке процесс протекает практически

мгновенно, имеет место гуковская, упругая деформация:

При снятии нагрузки равно нулю, где Ey - модуль упругости (Юнга).

Наиболее интересен второй участок. Он характерен также для полимеров и

связан с взаимным перемещением их отдельных звеньев. Поскольку набор

звеньев

(отдельных участков макромолекулы) весьма широк даже у одного вида полимера,

время их деформирования и релаксации будет различным. Таким образом, речь

идет о различных видах деформаций, хотя они все в конечном счете являются

упругоэластическихми, т.е. восстанавливаемыми во времени. Такой вид

деформации можно представить в виде суммы двух предыдущих видов

деформаций. то есть:

Рис. 28. Изменение деформации декеля во времени

После преобразования и интегрирования получаем

Оценить же набор такого вида деформаций можно; аппроксимируя второй

участок уравнения экспоненты:

. где ε Эл - величина деформации за время t ; ε эл2 - максимальное

значение

эластической деформации; τ - время релаксации. Время релаксации

определяется как

Если время релаксации на участке II оказывается непостоянным, значит,

участок представляет собой суммарную кривую, То есть в материале имеет

место набор различного вида эластических деформаций.

Таким образом, практически любой декельный материал обладает набором

упругих, эластических и пластических деформаций. При их выборе, при прочих

равных условиях, следует отдавать предпочтение таким, где преобладают

упругие и быстрые эластические деформации. Если они будут успевать

развиваться и релаксировать за время печатного цикла, суммарная деформация

декеля будет постоянной. Это означает, что и давление в зоне печатного

контакта также будет постоянным. Если же время релаксации будет больше

времени печатного цикла, эластические деформации будут накапливаться и,

складываясь с пластическими, приведут к снижению давления в зоне печатного

контакта.

Из изложенного следует, что к декелям предъявляются противоречивые

требования. По этой причине промышленность выпускает в основном декельные

материалы, комбинируя которые получают декели с оптимальными свойствами

применительно к условиям печатания. Показатели ряда декельных материалов

приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, по своим показателям декельные материалы

различаются существенно. Поэтому в реальных условиях применяют составные

(многослойные) декели. Например, в бумажный декель вводят резиновые,

текстовинитовые, пленочные и другие прокладки, а офсетную резинотканевую

пластину комбинируют с картоном или пробковым полотном. Многослойные

декели имеют постоянную нижнюю часть, которая служит 3-4 месяцами верхнюю,

обычно из пластичного материала (бумаги), которую меняют каждый тираж.

Состав декеля зависит от типа печатной машины, способа печати, вида работы и

регламентируется технологическими инструкциями.

ТЕМА 5. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕХОДА КРАСКИ С ФОРМЫ НА ЗАПЕЧАТЫВАЕМЫЙ МАТЕРИАЛ

Переход краски с формы на запечатываемую поверхность (материал) лежит

в основе формирования печатного оттиска. Специфика процесса состоит в том,

что он протекает в очень короткий промежуток времени (сотые доли секунды) и

представляет собой разделение тонкого (3-5 мкм) слоя краски между двумя

поверхностями. При этом все элементы красочного изображения,

сформированные на передающей поверхности (штрихи, растр, плашка и др.),

должны быть адекватно воспроизведены на красковоспринимающей

(запечатываемом материале).

Количество переходящей на оттиск краски зависит от множества факторов -

характера формы и количества на ней краски, давления в зоне печатного

контакта, показателей печатной краски и запечатываемого материала, скорости

печатания и т.д. Поскольку все эти факторы взаимосвязаны, задачей технолога

является нахождение оптимальных условий, при которых красочное

изображение на запечатываемом материале будет иметь оптимальные

значения оптических и геометрических показателей.

Учет всех указанных параметров представляется чрезвычайно сложной

задачей. Однако, если учесть, что печатание происходит при заранее выбранных

постоянных (оптимальных) условиях - скорости печатания, давлении в зоне

печатного контакта, применении краски с постоянными показателями и др.,

предоставляется возможность проследить зависимость перехода краски на

запечатываемый материал от количества ее на форме. При этом оказывается

возможным установить влияние на краскоперенос свойств основных материалов

(запечатываемых материалов и краски). Влияние свойств основных материалов

оценивается допусками на размерные искажения изображения, а также

денситометрическими и другими показателями изображения.

Закономерности перехода краски с формы на запечатываемый материал в

60-70-х годах были достаточно подробно изучены Е. Руппом и К. Райхе и

несколько позже В. Уолкером и Ж. Фетско. Оказалось, что с ростом количества

краски на форме возрастает и ее переход на запечатываемую поверхность.

Причем зависимость такова, что может быть аппроксимирована двумя прямыми,

сходящимися под некоторым углом. На участке 1 (рис.29) при небольших

количествах краски на форме эту зависимость можно представить как

где α - остаточный (неделящийся, не переходящий на запечатываемую

поверхность) слой краски на форме. Это означает, что краска начинает

переходить на запечатываемый материал лишь достигнув какого-то минимального

Рис. 29. Влияние количества краски на форме на переход краски на

запечатываемую поверхность. Р - количество краски,

перешедшее на запечатываемый материал; m - первоначальное (до

перехода ) количество краски на форме; ϕ 1 ϕ 2 ϕ 3 -углы наклона

функции (см. вышеприведенные уравнения)

(граничного) значения, K1 -коэффициент пропорциональности или коэффициент

краскопереноса, показывающий, какая доля первоначального количества краски

на форме переходит на запечатываемый материал. При дальнейшем

увеличении краски на форме (участок II) зависимость хотя и сохраняет

приблизительно линейный вид, однако рост краски на оттиске замедляется и

будет описываться

выражением

где b - коэффициент, характеризующий свойства запечатываемого материала

(бумаги); K2. - коэффициент краскопереноса.

Интересно отметить, что при запечатывании невпитывающего материала

(прямая 2, рис.29) излома на зависимости при малых количествах краски на

форме нет. Это означает, что точка излома на прямой 1 связана с

прекращением насыщения объема бумаги краской. Схема разделения краски

между формой и бумагой представлена на рис. 30. Из приведенного выше

уравнения в общем виде

следует также, что коэффициент перехода учитывает все многообразие

факторов, влияющих на переход краски, в том числе и поглощение краски

бумагой. В отличие от него коэффициент расщепления

будет более однозначно характеризовать свойства запечатываемого

материала, поскольку напрямую зависит от количества краски, внедряющейся в

бумагу. Ввиду того, что

то, подставляя значение q в предыдущее уравнение, получаем

На втором участке кривой рис.29 бумага полностью насыщена краской и W

равно предельному значению W0 Или / /.

Приведенные выражения имеют приближенный вид , поскольку

зависимости, строго говоря, не являются линейными и справедливы лишь при

относительно малых количествах краски на форме. Тем не менее они

достаточно хорошо описывают механизм перехода краски с формы на

запечатываемую поверхность. Более однозначна и информативна зависимость

коэффициента

Рис. 30. Схема разделения красочного слоя между печатной формой и бумагой; 1 - форма; 2

- бумага; 3 - краска; W - количество краски, поглощенное бумагой; g - количество

краски на поверхности бумаги. Остальные обозначения те же, что и на рис. 29

краскопереноса от количества краски на форме, представленная на рис.31. В данном

случае коэффициент краскопереноса представлен как K= q/(m-q). и характеризует собой

соотношение долей краски, переходящих на запечатываемый материал и остающихся на

форме. Обращает на себя внимание, что ход кривых, независимо от вида

запечатываемого материала, одинаков. Причем чем выше шероховатость бумаги, тем

большее количество краски требуется для ее насыщения. Под шероховатостью бумаги

понимают среднеарифметическое отклонение профиля ее поверхности от средней

(нулевой) линии. Обозначают через R2 (рис.32). Переход краски происходит лишь после

формирования на ней граничного слоя. Толщина его, как и следовало ожидать, не зависит

от вида запечатываемого материала, а лишь от природы материала формы и ее

поверхностных свойств.

На первом участке кривых (рис.31) K возрастает линейно с ростом толщины краски на

форме. Это говорит о том, что краска взаимодействует в первую очередь с неровностями

запечатываемого материала. Следовательно, технологически необходимое давление

недостаточно для их выравнивания. Чем меньше размер пиков и впадин запечатываемого

материала, тем больше угол наклона, быстрее запечатывается поверхность. И тем меньше

нужно краски на форме для заполнения неровностей, о чем говорит сдвиг максимумов.

Нарушение пропорционального перехода краски на участке 2 кривых связано с тем, что

краска начинает проникать в объем бумаги. В дальнейшем, после максимума, идет спад у

кривых 2 и 3. Это означает, что поверхность и объем бумаги насыщены полностью.

Поскольку величина Р остается при этом практически постоянной, а m растет (см.

вышеприведенные уравнения),, это и приводит к уменьшению коэффициента перехода.

. Приведенные данные позволяют сделать по меньшей мере два важных для

теории и практики вывода. Во-первых, используя экспериментальные данные для

участка 3 (рис.31) впитывающих материалов (бумаги) можно рассчитать

коэффициент расщепления α , предельное количество краски^ внедрившееся в

бумагу W0, а также краскоемкость бумаги. Под краскоемкостью бумаги понимают

количество краски, которое необходимо для запечатывания 1м2 бумаги. Обозначив

ее как Р0 , получим Р0 = q+w0 .

Для расчетов составляют ряд уравнений, позволяющих исключить вначале второй

член Wo (α -1) определить m , а затем определяются остальные вышеуказанные

параметры. При этом запечатанная поверхность должна отвечать денситометрическим

нормам печати. Из уравнения

Рис 31 Влияние количества краски на форме на коэффициент краскопереноса. 1 -

медная фольга, Ra = 0,9 мкм; 2 - мелованная бумага, Ra - 6,2 мкм; 3 - бумага

высокой печати,Ra = 18 мкм

Рис. 32. Профиль поверхности бумаги, Rmax Rmin - максимальное и минимальное

отклонения; R2 -шероховатость

Во-вторых, приведенные зависимости позволяют объяснить, почему переход

краски на невпитывающие материалы происходит более замедленно и в меньшей

степени. Причем при одной и той же шероховатости краскоемкость бумаги по

сравнению с невпитывающими поверхностями также выше. Объяснение этому

следующее.

Стабильный переход краски на бумагу возможен, как известно, при

оптимальном, технологически необходимом давлении в зоне печатного контакта.

Можно принять, что шероховатость поверхности бумаги (/?Л ) в этом случае

намного уменьшится и будет приближаться к нулю. Этого не произойдет с жесткой

невпитывающей поверхностью из-за невозможности ее деформации. При

отсутствии деформации и учитывая, что площади выступающих пиков в вершинах

ничтожно малы по сравнению с общей поверхностью, краска в первую очередь

будет заполнять впадины запечатываемой поверхности. Иначе говоря, площадь

печатного контакта будет меньше суммарной площади печатающих элементов

формы или промежуточной (офсетной) передающей поверхности. Такое

положение будет сохраняться до тех пор, пока объем впадины не будет полностью

заполнен краской.

На кривой 1 рис.31 отсутствует криволинейный участок. Затем ход кривой

практически совпадает с ходом кривых 2 и 3, за исключением того, что кривая

располагается ниже. Это тоже понятно, поскольку краска не может внедриться в

объем невпитывающего материала (пластик, металлическая форма и т.п.). Что

касается механизхма перехода краски после максимума, он такой же;как и у бумаги.

Если провести ряд сечений профиля невпитывающей поверхности, начиная

с уровня максимальных углублений (впадин), вид которой схож с профилем,

приведенным на рис.32, то площади сечений будут последовательно

уменьшаться. На высоте максимальных пиков площади таких сечений будут

приближаться к нулю. На глубине максимальных впадин они будут наибольшими

и равными общей площади запечатываемой поверхности. Обозначим текущую

площадь сечения пиков через S , а ее максимальное значение через S0 . Поскольку

краска располагается в углублениях поверхности, то площадь запечатывания

(контакта) по высоте сечения будет постоянной и определится как S0 - S. . Доля

площади передающей поверхности, взаимодействующей с запечатываемой

поверхностью,

При полном заполнении впадин переход краски будет таким же, как и на

бумагу, поскольку в этом случае S -=О :

О механизме разделения красочного слоя между невпитывающими

поверхностями

Большое количество и неоднозначность факторов, влияющих на переход

краски, а отсюда и потребность в большом количестве экспериментальных данных

не дают возможности перейти на количественный уровень, позволяющий

характеризовать процесс общепринятыми физико-химическими показателями.

Попытка связать разнообразные факторы, влияющие на печатный процесс,

может быть предпринята на основе теоретических представлений о разрыве

красочного слоя между двумя невпитывающими поверхностями.

Такая попытка впервые была сделана А.И. Бабчиным с сотрудниками на

основе взаимосвязи напряжений, возникающих в красочном слое при его

деформации, и работы когезии того же слоя.

Представим себе столбик краски, заключенный между двумя плоско -

параллельными невпитывающими поверхностями (рис.33). Предположим, что

столбик краски шириной в и толщиной А имеет квадратное основание, причем

площади контакта между обеими поверхностями равны. Деформация и

утоньшение столбика будут происходить до его разрыва. Предположим, что

разрыв произойдет по линии С . Площадь разрыва будет равна С2 . В момент-

разрыва равновесные углы смачивания краской поверхностей будут равны α 1 И

α 2

Отсюда и количество краски, переходящее с формы на шероховатую

жесткую недеформированную поверхность, будет равно

Для рассмотрения задачи примем, что краска испытывает вязкопластичные

деформации до тех пор, пока, работа затрачиваемая на деформацию, не станет

равной работе когезионного разрыва.

Работа когезии краски определяется выражением

где S - площадь разрыва, равная С2 ; G - поверхностное натяжение краски на

границе с воздухом.

Для случая деформации вязкопластичного тела, заключенного между двумя

плоскопараллельными пластинами, М.П. Воларович и A.M. Гуткин на основе

уравнения Шведова-Бигмана предложили следующее выражение:

Представляет интерес оценить величину нерабочего слоя в процессе печати.

Рабочая вязкость офсетных красок составляет величину порядка 10,0 Па-с,

поверхностное натяжение на границе с воздухом можно принять равным 35

10*3Дж/м2, скорость печати - 5м/с. При линиатуре растра 60 лин/см сторона

растрового квадрата составит 0,016см. При условии, что площадь растрового

элемента на форме равна половине площади растрового квадрата, величина I

составит 0,008 см. Наиболее сложно оценить величину £ . Дело в том, что при

разделении красочного слоя фиксируется усиление разрыва, сопоставить которое

с работой когезии можно лишь качественно. Когезия, как известно, представляет

собой работу по разделению тела с образованием новых межфазных

поверхностей. При этом поверхности должны быть отделены друг от друга

расстоянием, по меньшей мере равным действию межмолекулярных сил

притяжения, т.е. величине порядка 103А.

Что касается печатных красок, представляющих собой коллоидные

олеодисперсные системы, то разделение слоя краски с образованием новых

поверхностей может произойти (рис.34) лишь в том случае, когда это расстояние

будет равно по меньшей мере среднему размеру частиц пигмента. Средний

размер частиц пигмента в красках можно принять равным 0,1 мкм, или r=1*107 м.

Используя для расчетов выбранные величины, получаем

Из уравнения видно, что кривая перехода k=f(α ) должна исходить не из

начала координат, поскольку при количестве краски на форме α <α 0 x=0 k=0,

Расчеты зависимости k от количества краски на форме при выбранных

показателях краски и скорости печати (см. выше) дали возможность построить

расчетный график k=f(α ). Теоретическая кривая 1 в общем совпадает с

экспериментальной кривой 2, полученной Л.А. Козаровицким для перехода краски

с формы на невпитывающую поверхность (рис.35). При переносе краски на

шероховатую поверхность угол наклона падает, что связано с заполнением

неровностей. По этой же причине максимальное количество краски, переходящее

на бумагу, больше, чем на невпитывающую поверхность.

Необходимо отметить, что полученные уравнения являются

приближенными. В частности, в них не учитывается работа адгезии краски к

поверхностям (форме и запечатываемому материалу) и, следовательно,

влияние химической природы поверхностей, не говоря уже о их геометрии

(гладкость, пористость и др.). Тем не менее они дают возможность проводить

качественную

оценку краскопереноса. Из последнего уравнения видно также, что краскоперенос

при печатании с меньшей линиатурой возрастает (увеличивается в), тем более при

печатании плашки. Это совпадает с экспериментальными данными, которые

свидетельствуют о том, что при накате краски на форму толщина красочного слоя

растет при увеличении площади печатающего элемента.

Влияние количества краски на оттиске на оптическую плотность изображения

Изучение взаимосвязи количества краски на оттиске (толщины слоя краски) с

оптической плотностью оттиска представляет непосредственный интерес,

поскольку именно оптической плотностью характеризуются его рабочие свойства.

Д. Толенааром и П. Эрнстом было сделано предположение, что прирост

оптической плотности пропорционален приросту количества краски на оттиске.

Причем этот прирост происходит до определенного конкретного значения, при

котором дальнейшее увеличение краски на оттиске не вызывает увеличение

оптической плотности. То есть

где D - оптическая плотность оттиска; D∞ - предельное (максимальное)

значение оптической плотности; y - толщина красочного слоя на оттиске т -

градиент оптической плотности по толщине слоя краски. После интегрирования

получаем

Экспериментальные графики D=f(m) схожи с графиками P=f(m) Из этого

следует, что предельное значение оптической плотности Z>^ достигается при

совершенно определенных значениях толщин краски на оттиске, которые Л.А.

Козаровицкий назвал технологическим пределом насыщения бумаги краской. С

ростом количества краски на форме краска и дальше будет переходить на бумагу,

но это бессмысленно, поскольку значение оптической плотности уже достигло

предельного значения D∞ и дальше увеличиваться не может.

В заключение отметим, что Ж. Фетско и В. Уолкером на основании

многочисленных экспериментов по изучению перехода краски на бумагу было

предложено эмпирическое уравнение краскопереноса. В экспериментах скорость и

давление печатания оставались постоянными. Показатели печатных красок также.

Варьируемые величины - свойства бумаги и количество краски на форме.

Кроме уже известных величин в уравнении фигурирует параметр \Йв ,

представляющий собой меру гладкости бумаги. Мера гладкости или просто гладкость

бумаги - это количество квадратных метров бумаги, запечатываемых 1 граммом краски

до достижения денситометрических норм печати, то есть Д^ по плашке.

Перенос краски в глубокой печати

В отличие от высокой и плоской печати, где структура формы характеризуется

изменением площади штриховых или растровых элементов изображения, при

постоянной толщине слоя краски на всех элементах изображения, в глубокой

печати дело обстоит иначе. Отличие в значениях оптических плотностей элементов

изображения достигается за счет различия в глубине ячеек на форме при их

постоянном размере (классическая глубокая печать) либо одновременно изменения и

глубины ячеек и их размера (автотипия). В этом отношении растрирование

изображения на форме не имеет ничего общего с формами высокой и плоской печати,

и сами растровые ячейки, как регулярного, так и нерегулярного типа (автотипия) служат

лишь опорой на поверхности формы ракелю, снимающему с формы избыток краски.

В принципе, как и показали эксперименты, проводившиеся в течение ряда лет на

кафедре печатных процессов Московского полиграфического института под

руководством И.В. Ромейкова, переход краски с форм глубокой печати на бумагу, по

крайне мере качественно, описывается вышеприведенным уравнением Фетско-Уолкера.

Однако имеется и ряд особенностей, связанных, прежде всего, со структурой и

строением печатной формы и показателями печатной краски. В общем результаты

приведенных работ можно суммировать в виде следующих положений:

1. Переход краски с формы на запечатываемую поверхность в первую очередь

зависит от ее рабочей вязкости.

2. На переход краски оказывает существенное влияние глубина, объем и

равномерность распределения на форме растровых ячеек.

3. Показатели бумаги - гладкость, деформируемость, впитывающая способность

и т.п.-связаны с первыми двумя положениями и оказывают не меньшее влияние на

краскоперенос.

Краски глубокой печати выпускают в виде концентратов с вязкостью по воронке ВЗ-4 в

пределах 38-44с, в то время как их рабочая вязкость составляет 12-18с. Это связано с

тем, что краски как коллоидно-дисперсные, или по крайней мере дисперсные системы,

близко прилегающие к нижней, микрогетерогенной границе существования таких

систем, кинетически и агрегативно неустойчивы. В вязких красках высокой и плоской

печати расслоению (агрегатированию) частиц дисперсной фазы препятствует высокая

концентрация пигмента и образование коагуляционных структур. В низковязких красках

коагуляционные структуры не возникают, что приводит к нарушению кинетической и

агрегативной устойчивости (расслоению краски) и потере их рабочих свойств.

Причем, чем ниже концентрация дисперсной фазы, тем выше склонность к

расслоению. И если концентраты способны сохранять агрегативную устойчивость до

полугода, то собственно печатные краски лишь в течение нескольких месяцев.

Разбавление до необходимой вязкости проводят толуолом или уайт-спиритом, причем

полученные краски следует профильтровать через сетку. Соотношение концентрат-

разбавитель примерно равно (контролируется вязкостью) 3:1.

Слишком вязкая краска плохо заполняет растровые ячейки,, плохо удаляется с

пробельных элементов формы, образует красочные нити - «тянет». Часть краски может

оставаться в ячейках, в результате чего на оттиске при повторных оборотах цилиндра

возможно появление ряби. Коэффициент перехода падает.

Сильное разбавление может привести к расплыванию элементов

изображения, потере деталей, особенно в светах, «пробиванию оттиска».

Поскольку при разбавлении количество стабилизатора и пленкообразователя в краске

снижается, частицы пигмента астабилизируются, на оттиске возможно «меление»,

осыпание пигмента из-за недостатка связующего.

Влияние структуры поверхности печатной формы показало, что из-за различия в

глубине ячеек краска может не до конца их заполнять, особенно с ростом вязкости

последней. За счет инерции краска в ячейках отбрасывается в направлении,

противоположном движению формного цилиндра с образованием мениска, который тем

больше, чем меньше размер ячейки. Эти отрицательные явления компенсируются за

счет вдавливания в ячейки бумаги. Чем выше мягкость и деформируемость бумаги и

ее впитывающая способность, тем выше качество изображения.

Количественная оценка краскопереноса

При оптимальной рабочей вязкости и средней скорости печатания (2-4тыс. об/ч)

переход краски с формы на запечатываемую поверхность определяется глубиной

печатающих элементов формы. Как видно из рис. 36, зависимость количества краски

на оттиске от глубины заполненных ею ячеек формы имеет нелинейный вид. Кривая

идет не из начала координат?и отсекаемый ею отрезок формально можно считать

«связанным слоем краски». Аналогично слою краски, постоянно находящемуся на

формах высокой или офсетной печати и не участвующему в расщеплении. Отсюда

hα можно считать характеристикой воспроизведения наиболее светлых тонов формы.

Графическая зависимость, приведенная на рис.36 хорошо описывается эмпирическим

уравнением

где F - угловой коэффициент касательной в любой точке кривой. Поскольку эта

величина непостоянна и является в свою очередь функцией глубины ячейки

формы, можно написать:

где/ - параметр, характеризующий растр печатной формы (величина постоянная).

Коэффициент краскопереноса, аналогично тому же значению в высокой и

офсетной печати выражается как

Переход краски с формы на запечатываемую поверхность происходит,

начиная с глуоины ячеек, равной h mink .В свою очередь, минимальное значение

толщины слоя краски, при которой на оттиске возникает фиксируемое

изображение, равно

Где h mink - минимальное значение краски, передаваемое на оттиск.

Влияние давления в печатной паре на краскоперенос неоднозначно. В целом,

повышение давления способствует более полному переходу краски с формы на

запечатываемый материал. Вместе с тем оно приводит к уменьшению интервала

воспроизведения оптических плотностей.

Чрезвычайно важным обстоятельством является равномерность

распределения давления по ширине и особенно по длине контакта. Это связано с

тем, что формные и печатные цилиндры крупноформатных листовых и рулонных

ротационных машин глубокой печати характеризуются прогибом,

эксцентриситетом по отношению к опорам. Это приводит к неполному

(непостоянному) контакту (рис.37,а) и давлению (рис.38,6). Для устранения этого

явления необходимо повышать давление в середине цилиндров. В этих случаях

можно использовать третий цилиндр большего диаметра. Однако это способствует

разогреву и, как еледствие,изменению параметров печатного процесса.

Влияние скорости печатания на краскоперенос

При накате краски на форму и ее переходе с формы на запечатываемый

материал краска деформируется. Аналогично течению краски под действием

приложенного напряжения в красочной системе краска, будучи уже в состоянии

минимальной вязкости, при полностью разрушенной коагуляционной структуре

испытывает в то же время и тангенциальные нагрузки. Под действием

тангенциального нагруженил в краске возникают тангенциальные напряжения

(перпендикулярные слою краски). Как видно из рис.38, под действием

касательных напряжений Рх происходит сдвиг (течение) красочных слоев без

нарушения их сплошности (разделения), В то же время под действием

напряжения Ру слой краски, деформируясь, разделяется. Как и для первого случая,

здесь справедливо уравнения Ньютона:

До момента разрыва под действием напряжения краска деформируется.

Умножив обе части уравнения на время деформирования i, до разрыва получаем

Произведение dxdu t представляет собой пластическую деформацию

Краски ;предшествующую разрыву. Или

С уменьшением времени деформирования (увеличением скорости печатания)

величина пластической деформации тоже уменьшается. При t>о краска перестает

течь. Известно, что разделению красочного слоя как вязкопластичного тела

предшествует образование в нем пустот и каверн, трансформирующихся затем в

отдельные нити. Это связано с релаксацией напряжений в краске в процессе

течения. При малых временах контакта такие явления не успевают развиваться.

Все это в конечном счете может привести к нестабильной (непредсказуемой)

краскопередаче. С другой стороны, малое время контакта приводит к тому, что

краска не успевает смочить бумагу и достаточно глубоко проникнуть в ее поры.

Высказанные соображения подтверждаются экспериментальными данными.

На рис.39 приведена зависимость коэффициента краскопереноса от скорости

течения. Краска офсетная для печати газет. С увеличением количества краски на

форме К во всех случаях возрастает. Однако при увеличении скорости печатания

переход краски на бумагу уменьшается. Тем не менее, несмотря на падение

коэффициента перехода, оптическая плотность оттисков при прочих равных

условиях (давление печатания, количество краски на оттиске и т.п.) не только не

снижается, но даже растет (рис.40). Объяснение может быть лишь в том, что

краска в условиях кратковременного контакта в печатной паре не успевает

проникнуть в объем бумаги и остается на ее поверхности. Таким образом,

уменьшение перехода краски компенсируется уменьшением краскоемкости

бумаги. В то же время количество краски, необходимое для достижения заданной

денситометрическими нормами оптической плотностидменьшается.

ТЕМА 6. ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ОТТИСКЕ. КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ПЕЧАТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Формирование изображения на оттиске преследует цель воспроизвести

средствами полиграфии по возможности точную копию оригинала. Соответствие

точности (адекватности) копии оригиналу характеризуют показателями или

критериями качества печатного изображения.

Показатели качества, как правило, характеризуют лишь одно из свойств

печатного изображения и по этой причине называются единичными показателями

качества. Соответственно под качеством печатного изображения понимают

совокупность единичных показателей, которые показывают степень пригодности

печатной продукции для использования по назначению. Совокупность единичных

показателей определяется требованиями нормативных документов

- ГОСТов, технологических документов и инструкций, Причем указываются не

только номинальные значения единичных показателей, но и допустимые

отклонения от номинала.

Важнейшими единичными показателями качества печатной продукции

являются следующие:

1. Оптическая плотность изображения,

2. Цветовой тон, чистота цвета, насыщенность,

3. Совмещение красок на оттиске,

4. Равномерностьг^аспределения краски на оттиске.

5. Четкость воспроизведения изображения.

6. Растискивание элементов изображения на оттиске.

В зависимости от вида печатной продукции может меняться как набор

(совокупность) единичных показателей, так и конкретные требования к ним.

Последнее регламентируется определенными стандартами, например,

«Оригиналы изобразительные для полиграфического репродуцирования. Общие

технологические условия». Согласно стандарту оригиналы подразделяются на

одноцветные и многоцветные, прозрачные и непрозрачные, штриховые и тоновые,

рисованные и изготовленные фотографическим способом. Соответственно выбор

единичных показателей для каждого оригинала будет различным. Так, очевидно,

нет нужды при печатании одноцветных изображений проводить оценку цветового

тона и насыщенности, равно как и совмещения красок на оттиске, в то время как

четкость воспроизведения изображения и требования к оптической плотности

будут определяющими.

Оценка единичных показателей качества проводится как объективными

методами, так и субъективно. Имея в виду, что в конечном счете любая

полиграфическая продукция предназначена для восприятия человеком

(субъектом), важность субъективной оценки качества не вызывает сомнений.

получил метод визуальной экспертизы. Для экспертизы привлекаются

наблюдатели, которые могут быть как специалистами в области

репродуцирования, так и неспециалистами. Последние определяют качество

изображения, так как его воспринимает «средний» наблюдатель. Первые дают

более квалифицированные оценки качества. Оценка качества проводится по

пятибалльной системе. Визуальную оценку также используют и для определения

погрешностей на оттиске, например непропечатки отдельных элементов

изображения, разнооттеночности и т.д.

Визуальную оценку проводят сравнением тиражного оттиска с эталоном или

оригиналом. В практике печатных процессов применяют метод баллов снижения

качества, когда проводится не только комплексная оценка изображения, но и

оценка отдельных различимых визуально погрешностей.

Оценка единичных показателей оттисков

Как уже отмечалось, единичные показатели качества оттисков используются

при сравнении эталона (контрольного оттиска) с тиражными оттисками. После

этого дается разрешение на печатание тиража, а качество тиражных оттисков

будет зависеть лишь от стабильности печатного процесса.

Оптическая плотность оттисков является нормированной величиной и

обозначается в качестве денситометрических норм печатания. Это означает, что

значения оптических плотностей оттисков должны быть строго определенной

величины с минимальными отклонениями. Замеры плотностей всегда

проводятся на сплошном (безрастровом) изображении-плашке, причем эти

значения в пределах допуска должны быть одинаковыми на любом участке

оттиска. Пример таких норм приведен в таблице 2.

Зональные оптические плотности однокрасочных плашек замеряют на

денситометре за дополнительными светофильтрами. Голубой оттиск за красным

светофильтром, пурпурный - за зеленым, желтый - за синим, а черный – за

нейтрально-серым. Допустимые отклонения оптических плотностей щ* пощади

оттиска при печатании как по-сырому, так и по-сухому для глянцевой бумаги для

всех цветных красок лейшт в пределах ± 0,05, при печатании на матовой бумаге в

интервале ± 0,08. Последнее объясняется более высокой неоднородностью и

невпитывающей способностью матовой бумаги по сравнению с глянцевой. Для

черной краски независимо от вида бумаги этот интервал составляет + 0,10.

Отметим при этом, что контроль оптической плотности как однокрасочных

плашек, так и их наложений проводят обычно по специальным шкалам, которые

располагаются на оттиске в долевом и поперечном направлениях. Шкалы

располагаются вне оттиска, по его краям.

Цветовые показатели оттиска также являются нормированной величиной. В

зависимости от места измерений цветовые показатели определяют либо на

спектрофотометрах типа СФ-26 (Россия), Гретаг SPM-50 (ФРГ) и т.п. по

спектральной кривой отражения оттиска, либо с помощью изменения зональных

оптических плотностей на цветоденситометрах. Спектрофотометры типа Гретаг

SPM-50 позволяют одновременно получать не только спектрофотометрические

кривые, координаты цвета, но и цветовые различия д£ относительно эталона

(схМ. подробнее: С.А Гуляев, В.П Тихонов. Лабораторные работы по основам

технологии и технологии печатных процессов. М.: Мир книги, 1997). Используют

также компараторы цвета типа КЦ-2, позволяющие непосредственно определить

цветовые различия от эталона.

В общем наиболее полито характеристику цветовых показателей оттиска

можно получить из спектрофотометрической кривой, хотя этот процесс наиболее

трудоемок.

Хотя спектральная кривая дает наиболее полную характеристику цветовых

показателей оттиска и любого другого объекта (тела), любой оттиск предназначен

прежде всего для объективного восприятия человеком. Субъективное же

восприятие лучше всего охарактеризовать цветовыми параметрами тела

(оттиска), Именно по этой причине еще в 1931 году Международной

Осветительной Комиссией (МОК) была разработана международная система

цветовых координат X , У , Z , которые называют также трихроматическими

составляющими цвета.

Колориметрический (цветовой) метод оценки цвета основан на теории

Гельмгольца, согласно которой любой цвет может быть получен смешением трех

основных - красного, зеленого, синего. Этим цветам соответствуют цветовые

координаты X , У , Z . Собственно, оценка цветовых показателей и сводится к

определению количественного соотношения основных цветов (цветовых

координат), которое необходимо для оценки (воспроизведения) данного цвета.

Координаты цвета отражающей поверхности в системе МОК выражаются

Уравнениями

Расчеты цветового различия относительно цветовых параметров

контрольных образцов или относительно цветовых норм (для триадных красок)

выполняют по (Ьоомуле

Цветовое различие зависит от толщины красочного слоя (см. рис.42).

Цветовые различия приведены для одной и той же краски. В данном случае,

следовательно, изменяется только яркость (координата У ). Тем не менее

происходит, по-видимому, изменение в соотношении количества основных

цветов, что и приводит в конечном счете к цветовому различию.

Современные нормативные документы рекомендуют проводить печатание

триадными офсетными красками толщиной порядка 1,1, 5мкм и использовать

высокогладкую офсетную бумагу. Это соответствует минимальным отклонениям

в цвете. Согласно Европейскому стандарту (системы TGL-28009)

рекомендуются следующие значения цветовых показателей и цветовых

различий при многоцветной печати (таблица 4). Приведенные в таблице

данные наиболее полно отвечают субъективному восприятию. То есть при

соответствующих значениях

X0 и Z0 , E и других показателей цвета оттиски воспринимаются как-

насыщенные и в пределах одного цвета зрительно не различаются,

Данные приводимые в таблице 4, характерны как для красок (и оттисков)

офсетной, так и высокой печати. Значения цветового различия, принятые в

России, практически не отличаются от Европейских стандартов.

Совмещение красок на оттиске

Данный показатель характеризуют с помощью нониусных шкал или

специальных меток. Шкалы располагаются на полях оттиска. В зависимости от

вида шкал метки на них должны либо полностью совпадать, либо находиться на

строго определенном расстоянии друг от друга. Степень несовмещения красок

определяется величиной отклонения фактического расположения меток от

заданного. Причины несовмещения красок при печати на листовых и особенно

рулонных машинах будут рассмотрены ниже.(Примеры строения ношгусных шкал

и меток см. подробнее; С.А. Гуляев, В.П. Тихонов. Лабораторные работы по

основам технологии и технологии печатных процессов. М.: Мир книги, 1997.)

Равномерность распределения краски на оттиске контролируется как

объективно измерением оптической плотности на цветоденситометрах, так и

визуально. Причины возникновения неравномерности разнообразны и характерны

для каждого вида печати. В офсетной печати, вследствие проникновения

увлажняющего раствора в краску меняется ее интенсивность (красочная сила) и

вязкость. Неоднородность материала декеля при релаксации напряжения в нем

может приводить к неравномерности давления в печатной паре. Следствием будет

неравномерный переход краски на запечатываемый материал. Главная же

причина состоит в том, что бумага отличается структурной неоднородностью и,

как следствие, пористостью и впитывающей способностью. Большое значение

имеет неравномерность наката краски на форму (местные утолщения),

возникающая по причинам, описанным выше.

Четкость воспроизведения изображения на оттиске контролируется

передачей макро- и микроштриховых элементов изображения. Сюда же можно

отнести и разрешающую способность печатного процесса, характеризующуюся

количеством раздельно передаваемых на оттиске линий, приходящихся на единицу

длины. Характер изменения оптической плотности на границе раздела

запечатанный элемент - пробел дает представление о четкости (резкости)

изображения. Чем больше интервал оптических плотностей на границе

изображение - пробел, тем выше четкость (резкость) изображения. Четкость

зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются размер элемента

изображения, вид бумаги и способ печати. С уменьшением толщины (ширины)

штриха) падает его оптическая плотность и, следовательно, резкость

изображения. Контуры (штрихов) даже при их постоянной ширине могут из-за

неоднородности бумаги изменять свою интенсивность. Особенно это характерно

для глубокой печати, так как штриховые элементы на форме растрированы. Это

приводит к нечеткости линий и знаков на оттиске.

Шкальный контроль печатного процесса

Оперативный контроль печатного процесса в настоящее время проводят с

помощью тест-шкал. Тест-шкалы представляют собой набор отдельных элементов

изображения, которые могут быть выполнены в виде плашек, растровых полей,

колец и т.п. Количество элементов на тест-шкале, их размеры и емкость

определяются научными или производственными задачами. Необходимо

отметить, что хотя тест-щкалы и делят иногда на измерительные (объективные

методы оценки) и сигнальные (субъективные, визуальные методы),

принципиального различия между ними нет. Просто в измерительных шкалах

указываются допуски на допустимый интервал контролируемых показателей.

Тест-шкалы используются не только для контроля печатного процесса, но и

предшествующих ему репродукционного и копировального. В процессе

репродуцирования контролируют качество оригиналов, цветовые, градационные

(размерные) показатели изображения, полученные при фотографических

преобразованиях. Те же показатели контролируют при копировании изображения

на форму. Контрольные возможности тест-шкал печатного процесса шире,

поскольку они позволяют наряду с вышеперечисленными показателями

контролировать собственно печатный процесс - давление в печатной паре,

переход краски с формы на запечатываемую поверхность, количество

увлажняющего раствора и т.д. Естественно, что с этой целью на тест-шкалах

присутствуют соответствующие тест-объекты. Существуют также универсальные

шкалы , применяемые на всех стадиях воспроизведения изображения.

Рассмотрим строение тест-шкалы, разработанной ВНИИ полиграфии,

рекомендованной для использования на полиграфических предприятиях страны.

Тест-шкала (см. рис.43) предназначена для оперативного контроля" качества

пробного и тиражного оттисков в условиях применения стандартной триады

красок. Она поставляется на полиграфические предприятия в виде комплекта из

четырех диапозитивов, обозначенных в соответствии с красками триады как Ж

(желтая), П (пурпурная), Г (голубая) и Ч (черная). Диапозитив соответствующей

краски монтируется с цвето деленным диапозитивом (фотоформой) в местах,

подлежащих обрезке при дальнейшей обработке печатной продукции. Шкалы

должны быть ориентированы вдоль образующей формного цилиндра.

Совмещение шкат проводят по специальным меткам в середине и на концах

каждой шкалы. Шкала ВНИИ полиграфии состоит из следующих растровых

элементов:

1. Элементы контроля растаскивания для пурпурной, голубой, желтой и

черной красок. Они состоят из трех растровых сигнальных полей (70 лин/см) с

относительной площадью элементов ( Sотн ) 60 (1.1), 53 (1.2) и 45(1.3) %,

окруженных растровым фоном в 30 лин/см при S =65%. Контроль состоит в

сравнении светлоты фона со светлотой сигнальных полей- Если шкальные поля

1,1, 1.2, 13 темнее фона, растаскивание выше 20%, что недопустимо. Если поля

1,1. и 1.2 темнее фона, а поле 1.3 сливается с фоном, растаскивание составляет

около 20%. Качество удовлетворительное, пригодное для рядовых работ. Печать

газетной, бумажной и др. подобной продукции. Поле 1.1 темнее фона, поле 1.2

сливается с фоном, а поле 1.3 светлее фона - растаскивание составляет 10%.

Хорошее качество, пригодное для печати художественной репродукции. Поле 1.1

сливается с фоном, поля 1.2 и 1.3 - светлее фона. Минимальное или отсутствие

растаскивания. Высокое качество изображения. Следует отметить, что в чистом

виде три указанных случая реализуются не всегда. Например, поля 1.1 и 1.2

темнее фона, а поле 1.3 - светлее. Растаскивание лежит в пределах 10-20% и

т.д.

2. Элементы контроля воспроизведения мелких растровых точек для каждой

из красок. Состоят из двух растрбвых полей - верхнего и нижнего с линиатурой

каждого поля 67 лин/см. S верхнего поля 2,8 и нижнего - 5,4%. На наличие

двоения указывает появление полностью или частично дублирующихся

(перекрывающихся) точек.

3. Радиальная мира для общей оценки печатания по всем краскам. С

помощью этого элемента выявляются грубые ошибки печатания. Появление в

центре миры темного круглого пятна свидетельствует о растаскивании краски.

Если пятно вытянуто, это свидетельствует о проскальзывании (скольжении) в

определенном направлении.

4. Кольцевые миры с низкой и высокой линиатурой позволяют более

уверенно судить о появлении деформации направленного характера

(скольжении). Кольцевые миры имеют постоянную толщину линий. Просветы

между линиями составляют 20 и 40мкм. Наличие скольжения приводит к

образованию секторов, различающихся по светлоте. Направление

запечатываемого сектора совпадает с направлением скольжения.

5. Элементы 5,6,7,8 служат для контроля толщины красочных слоев и

выполнены в виде плашек. Номера с 5 по 7 относятся к пурпурной, голубой и

желтой краскам соответственно. Номер 8 служит для контроля черной краски.

Для

i каждой краски на шкале имеется по 3 поля, с тем чтобы можно было определить

равномерность распределения красочного слоя на форме. Контроль

осуществляется как визуально, так и объективно, с помощью денситометра (см.

выше денситометрические нормы печатания).

6. Поля бинарного (двойного) наложения красок обозначены цифрами

9,10,11. Поле 9 - красное (П+Ж), поле 10 - синее (П+Г), поле 11 - зеленое (Ж+Г).

Равномерность перехода второй краски на первую оценивают по равномерности

цвета бинарной плашки.

7. Элемент 12 служит для контроля баланса «по-сырому» в полутонах.

Представляет собой наложение трех растровых полей - желтого ( Sотн =50%),

пурпурного ( SOTH =50%), голубого (Sотн =65%). Тройное наложение красок должно

восприниматься как нейтрально-серый цвет.

8. Наложение плашек трех цветовых красок для контроля перехода третьей

краски на бинарную плашку контролируется элементом номер 13. Этот элемент

должен быть черным. Сравнение проводится с полем номер 8 (черная краска). По

плашке 13 контролируются таким образом результаты трехкрасочного синтеза.

9 Контроль наложения черной краски на трехкрасочные растровые поля

регистрируется элементом номер 14.Растровые поля с Sотн =70% и линиатурой

равной 60 лин/см. Поле должно быть черным. По элементу 14 контролируют также

отмарывание краски.

10. Элементы 15 контроля точности монтажа тест-объекта представляют

собой три привод очных креста-метки, расположенных по краям и в середине

шкалы.

Среди других тест-шкал следует отметить широко распространенную на

Западе шкалу научно-исследовательского института полиграфической

промышленности ГАТФ (США), а также тест-шкалу МПИ. Последняя позволяет

контролировать в процессе печатания баланс краска-вода. Заслуживают

упоминания шкалы «Сигналстрип» и шкалы фирмы «Кромалин». В тест-шкалу

«Кромалин» включены элементы для определения разрешающей способности

печатного процесса.

Для исследовательских целей в печатном процессе применяют специальные

миры, строение которых практически полностью совпадает с мирами,

используемыми в фотографии, для определения разрешающей способности

фотографических материалов. В принципе все тест-шкалы однотипны и

отличаются лишь большим или меньшим количеством тест-объектов. Большое

количество тест-объектов ведет к перегруженности шкалы, ее неоправданно

большим размерам и потере оперативности контроля.

ТЕМА 7. ПОДОБИЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ПЕЧАТНОМ ПРОЦЕССЕ

Анализ качества печатного изображения по единичным показателям, в том числе

и с помощью тест-шкал, фиксирует лишь конечный результат процесса. Конечно,

в подготовке машины к печати, регулирования ее отдельных узлов, подачи

краски, увлажняющего раствора и т.п., достигаются, как правило, оптимальные

условия проведения печатного процесса. Однако при этом не могут быть учтены

специфические признаки оригинала. Система оценки характера воспроизведения

с учетом специфических признаков изображения (оригинала) основана на

разделении оригиналов на основные группы. Несмотря на весьма обширную и

детализированную систему классификации оригиналов, все их многообразие

можно свести к трем группам - графические, полутоновые, цветные. Каждая из

этих групп отличается своими специфическими признаками, которые и

формируют требования к процессам полиграфического воспроизведения. Это

привело к возникновению понятий о графической, градационной и цветовой

точности воспроизведения оригинала.

Поскольку изображение на оттиске формируется совершенно другими

средствами, в другом масштабе и т.д., чем оригинал, говорить о точности -

воспроизведения было бы неверно. Поэтому речь может идти только о подобии

оттиска оригиналу. Отсюда необходимо сформулировать критерии подобия

применительно к печатному (полиграфическому) процессу.

Две системы (изображения) будут подобны, если отношение двух схожих

величин в той и другой системе будет постоянно. Предположим, что изображение

на оригинале (рис.44) представляет собой прямоугольник, стороны которого

равны

L, и I После репродуцирования на оттиске получили прямоугольник со

сторонами, равными L' и I' . Коэффициент подобия в этом случае будет равен

Соответственно отношение площадей данной фигуры оудет равно квадрату

коэффициента подобия:

где Sp и Sop-площади оригинала и репродукции соответственно. Аналогичный

контроль используется и при контроле воспроизведения других показателей

изображения. Например, при репродуцировании полутонового оригинала

замеряют коэффициенты отражения R1, , R2 ... Rn отдельных участков оригинала.

Растровая репродукция будет подобна оригиналу, если отношение

коэффициентов отражения оригинала к коэффициентам отражения тех же

где R1 R2 - коэффициенты линейных искажений, K3_ - коэффициент искажения

площади изображения.

Сдвиг изображения, который называется неприводкой и имеет большое

значение особенно при многокрасочной печати, а также при печатании

однокрасочной продукции в случае перекоса полос или совмещении листа и

оборота, можно определить смещением как минимум двух точек, определив их

положение в прямоугольной системе координат. Как видно из рис.44^ смещение

точек А и R относительно оригинала равно-

на практике для однокрасочной печати величина допустимого перекоса

(сдвига) сверстанной полосы не должна превышать 0,6мм. При печатании

многокрасочной продукции допуск еще ниже и составляет 0,2-0,Змм. Особенно

высоки требования к совмещению цветоделенных изображений при

многокрасочном печатании. Допуски на несовмещение красок на офсетных

машинах, например, открыток или художественных репродукций не должны

превышать ОД-0,2мм.

Системой допусков ограничивается, как правило, величина параллельного

(вдоль осей Ги J) смещения полос (см. выше), линий, штрихов и т.п., поскольку

положение бумажного листа (и изображения на нем) определяется установкой

бокового и передних упоров в листовыравнивающей системе печатной машины.

Причинами графических искажений, в частности смещения элементов

изображения, могут быть неправильная обрезка сторон бумажного листа,

неточный его захват и т.п.

Искажения на оттиске происходят в результате изменения как общих

размеров изображения, так и отдельных его элементов. Изменение общих

размеров происходит в направлении движения листа в печатной машине, когда

толщина декеля превышает нормативное значение. В этом случае размер

изображения на оттиске будет больше изображения на форме за счет

проскальзывания. Изображение на оттиске увеличивается по сравнению с

изображением на форме вследствие изгиба последней по окружности формного

цилиндра. В этом случае при сохранении подобия по ширине бумажного листа

происходит его нарушение по длине.

Изменение размеров отдельных элементов изображения (штрихов, растровых

точек и пр.) происходит из-за разности в скоростях формного и печатного

цилиндров. Вследствие проскальзывания цилиндров относительно друг друга

размер штрихов, расположенных перпендикулярно движению, будет

увеличиваться в большей степени, чем штрихов, расположенных вдоль движения

листа. Рис.45 иллюстрирует вышесказанное. Штрихи, расположенные

перпендикулярно движению, сохраняют длину Lф=L отт коэффициент

подобия k=Lотт/Lф . В то же время Kz= Dотт/Dф будет больше единицы. У штрихов,

расположенных вдоль движения листа; не равен единице, в то время как будет

равен единице. Иначе говоря, происходит асимметричное нарушение подобия

оттиска по отношению к изображению на форме.

Искажения отдельных элементов во всех направлениях могут приводить как к

увеличению, так и к их уменьшению. В нормализованного печатном процессе

чаще происходит увеличение графических элементов. В высокой печати это

связано с так называемым явлением растискивания. Растискивание лишь

частично обязано собственно выдавливанию краски за пределы площадей

печатающих элементов. В большей степени это связано с тем, что краска уже в

момент наката на форму попадает (до погружения печатающих элементов в

краску) на боковые грани печатающих элементов. В результате размеры

элементов изображения на оттиске оказываются большими, чем на форме.

Причем из-за большего перехода краски именно с граней оптическая плотность по

краям печатающих элементов оказывается больше, чем в центре.

В офсетной печати «растискивание» обязано тому, что при нарушении

баланса краска-вода при недостатке увлажняющего раствора избыточная

(лишняя) краска, появляющаяся на пробельных элементах, будет

концентрироваться на границе с печатающими элементами. Эффект от

выдавливания краски с печатающих элементов будет во много раз ниже, чем от

вышесказанного.

В результате увеличения площадей печатающих элементов на оттиске,по

сравнению с формой промежутки между ними будут уменьшаться, что приводит

не только к уменьшению разрешающей способности, но и к изменению

оптических показателей оттиска в сравнении с оригиналом.

Так, при печати растрового изображения коэффициент графических

при одинаковых условиях печати (давление в печатной паре, скорость печатания и

т.д.) будет тем больше, чем меньше площадь печатающего элемента формы. На

рис. 46 представлен растровый элемент. Площадь ореола искажения S хотя и

зависит от относительной площади растровой точки, но в гораздо меньшей

степени, чем ее изменение от светов к теням. Что касается ширины ореола

растискивания, то он остается практически постоянным по всей шкале яркостей.

Отсюда следует, что подобие растровых элементов оттиска и формы будет

нарушаться в наибольшей степени в светлых участках оттиска (светах). С этой же

целью при проведении формных процессов необходимо корректировать

(уменьшение) размеров печатающих элементов растровой шкалы именно в

светах.

Градационное подобие воспроизведения

В репродукционном процессе особое место занимает преобразование

полутоновых элементов изображения оригинала. Если, как уже отмечалось выше,

репродуцирование штрихового оригинала должно обеспечивать по возможности

более полное соответствие линейных размеров, конфигурации и положения

элементов изображения оригинала и печатного оттиска, то воспроизведение

полутонового оригинала требует дополнительной технологической операции. Этой

операцией является растрирование, то есть превращение полутонового

изображения в микроштриховое, отдельные элементы которого, как правило,

лежат за пределами разрешающей способности глаза. Тем самым обеспечивается

восприятие субъектом репродукции (печатного оттиска) в качестве именно

полутонового изображения. Вне зависимости от того, является ли полутоновое

изображение, подлежащее репродуцированию, одно- или многокрасочным,

оригиналы и репродукции (печатные оттиски) должны характеризоваться

определенными показателями, соотношение которых и позволяет установить

критерии подобия. В качестве таких показателей применяют общий контраст, то

есть соотношение максимального ρ max и минимального ρ min коэффициентов

отпажения участков полутонового изобпажения:

Другим показателем служит так называемый

детальный контраст, то есть перепад коэффициентов отражения или оптических

плотностей при переходе от одного элемента изображения к последующему:

где ρ - приращение коэффициента отражения при переходе от одного

изображения (поля шкалы) к последующему.

Любое полутоновое изображение может быть представлено в виде

отдельных участков, отличающихся коэффициентами отражения Р или

значениями оптических плотностей. Если расположить эти участки в

последовательности возрастания оптических плотностей, получим градационную

шкалу. Причем, чем меньше значение детального контраста KG , тем с

меньшими потерями будут переданы отличительные признаки (показатели) при

его репродуцировании. Обычно используются 8,10,12-польные шкалы, при этом

величина перепада оптических плотностей лежит в пределах 0,05-0,15. В отличие

от оригинала (или диапозитива) на печатных оттисках ( и печатной форме)

градационная шкала представляет собой растровую шкалу, поля которой, при

равенстве количества растровых элементов в пределах каждого поля, будут

отличаться друг от друга соотношением площадей запечатываемого и

пробельного участков одного растрового элемента. Иначе говоря, они будут

отличаться площадями растровых точек, передающих краску с форхмы на

запечатываемую поверхность. Отсюда следует, что воспроизведение градации

оригинала является задачей как формного, так и печатного процессов.

Репродукционный процесс представляет собой, таким образом,

совокупность формного и печатного процессов. Отсюда градационное подобие (и

точность воспроизведения) будет определяться рядом факторов, важнейшими из

которых будут следующие. Во-первых, степень соответствия (подобия)

показателей печатной формы показателям оригинала. Во-вторых, комплекс

технологических показателей основных материалов. И, наконец, технологические

показатели печатного процесса ( скорость печатания, давление в печатной паре,

количество краски на форме и т.д.).

В целом, полиграфическое воспроизведение полутонового оригинала

оценивается характером зависимости градационной передачи изображения на

печатном оттиске от градационной характеристики оригинала. Такая зависимость

в координатах Dотт=f(Dop) , где Dотт и Dop - оптические плотности

соответствующих элементов изображения оттиска и оригинала (соответствующие

поля градационных шкал), называется кривой тоновоспроизведения. На рис. 47

представлены кривые тоновоспроизведения для реального офсетного печатного

процесса. 1 - передача градаций с контрастом, повышенным в светах и

пониженным в тенях изображения (затемненная передача); 2 - нормальная

передача; 3 - передача градаций с контрастом, пониженным в светах и

повышенным в тенях изображения.

Кривые на рис.47 отражают результаты денситометрических измерений

оттисков, полученных на мелованной бумаге и оригинале. Оптическая плотность

плашки (сплошного безрастрового изображения) была равна 1,5. Был

использован растр с линиатурой L ~ 60 лин/см. Максимальная оптическая

плотность на градационной шкале при этом была равна 1,2. Оптическая

плотность бумаги была равна 0,06. Отсюда интервал оптических плотностей D =

(Dmax –Dmin) оставил 1,12, поскольку изучался процесс растровой градации.

Величина д Ъ зависит от характера градационного преобразования (ср. кривые 1

и 3). Аналогичное явление имеет место и при градационной характеристике

формного процесса (см. рис.48). Здесь по абсциссе отложены значения

относительных площадей растровых точек на форме. Нарушение в

пропорциональности градационного преобразования приводит к тому, что одна и

та же оптическая плотность передается на форме различными значениями.

Причины нарушения пропорциональности различны, ясно лишь, что они в

данном случае происходят на стадии изготовления печатной формы.

Для определения характера градационной передачи на стадии печатного

процесса, то есть установления влияния технологических параметров (давления,

скорости печатания, количества краски на форме и т.д.), находят

зависимость между оптической плотностью полей растровой градационной

шкалы на оттиске от относительной площади растровых точек на форме (рис.49).

Идеальная градационная передача (1) соответствует такому

репродукционному процессу, при котором отсутствуют какие-либо искажения на

стадии изготовления печатной формы и получения оттиска. Линия 2 характеризует

печать с «идеальной» формы, то есть формы, при изготовлении которой не было

допущено искажений параметров печатающих элементов (растровых точек).

Однако использование реальных материалов (бумаги и краски) сужает интервал

оптических плотностей соответствующими значениями бумаги и краски. Линия 3

характеризует реально используемую печатную форму, имеющую отклонения в

относительных значениях площади растрового элемента (Ь^р ) от идеальной.

Реальный печатный процесс с реальной печатной формы определяется кривой 4.

Положение на графике кривой 4 и степень приближения ее к кривой 2 будет

зависеть от искажений в печатном процессе. Сопоставляя положение кривых 3 и 4;

можно определить общее направление корректирования печатного процесса, а

также размеры искажений, которые-не представляется возможным исправить. Так,

для корректирования градационной передачи в тенях изображения (кривые 3 и 4)

необходимо уменьшить подачу краски на форму, в светах - увеличить. Аналогично

влияние давления в печатной паре. Приведенный график дает возможность

оценить ряд показателей, таких как интервал воспроизведения оптических

плотностей (с учетом показателей краски и бумаги), участки пропорциональной

передачи (линейный участок кривой), контраст изображения, характеризующий

степень разделяемости тонов на отдельных участках оттиска. Последний

показатель равен отношению D на линейном участке (D линmax - D лин

min )к интервалу

относительных площадей растровых элементов на том же участке:

Подобие (и точность) репродукционного процесса устанавливается

соотношением отдельных показателей оригинала и репродукции (печатного

оттиска), В качестве параметров подобия может быть использован например,

детальный контраст:

В условиях стабильного печатного процесса градационная передача зависит

главным образом от распределения печатной краски на поверхности печатающих

поверхностей (точек) растровых элементов. Выше уже отмечалось, что с

увеличением площади растровых элементов наряду с увеличением

равномерности красочного слоя возрастает и его толщина. Большое влияние

оказывают и показатели запечатываемых поверхностей (бумаги). Формирование

печатного оттиска сопровождается впитыванием краски в бумагу, растаскиванием

краски за печатающие элементы и т.п. На рис.50 приведено распределение

краски по поверхности оттиска в зависимости от печатающих площадей

растровых элементов d . Линиатура растра 48 лин/см. Печать офсетная. Рис.50,а

соответствует светам, рис.50,6 теням изображения. Толщина красочного слоя на

плашке - 1,2мкм,

Из приведенного рис.50 видно, что с увеличением площади печатающего

элемента возрастает не только толщина красочного слоя, но и его равномерное

распределение по площади. Расчет неравномерности распределения краски на

тстоовых полях гоадапионной шкалы может быть пшведен по (Ьоюмуле

где Ns - коэффициент неравномерности красочного слоя на растровых элементах

с относительной площадью 6 ; п - число измерений; hi и h i - толщина слоя на

измеренных участках и средняя толщина слоя в пределах числа У) .

Очевидно, чем ниже значение Л/£ , тем равномернее распределяется краска

на печатающих элементах растровых квадратов. Наряду с давлением в печатной

паре, скоростью печатания и другими факторами, коэффициент неравномерности

зависит от свойств запечатываемого материала (бумаги). Чем выше гладкость

бумаги и меньше ее впитывающая способность, тем меньше будут изменяться

значения толщин красочных слоев и соответственно значения оптической

плотности в пределах площади растровой точки. Так. в офсетной печати при

печатании на офсетной бумаге Ns = 0,5 , а при печатании на высокогладкой,

слабовпитывающей бумаге типа «Люксарт» соответствующее значение равно 0,30.

Это не относится к влиянию площади печатающего элемента на равномерность

распределения на нем слоя краски.

Влияние линиатуры растрового изображения на равномерность

распределения краски на печатающих элементах (растровых точках) и

соответственно на оттисках имеет сложный характер. В общем, чем выше

линиатура, тем при тех же значениях оптимальных плотностей растровых точек

толщина слоя краски на них будет меньше. Это характерно как для высокой, так и

офсетной печати.

Влияние относительной площади растровой точки прослеживается во всех

случаях. Чем выше ее значение, тем больше толщина красочного слоя.

Относительное возрастание толщины краски с уменьшением линиатуры выше при

офсетной печати, особенно при малых значениях S отнфт. , то есть в светах

изображения.

Увеличение толщины красочного слоя с увеличением площади растровых

элементов лучше всего прослеживается при печатании на высокогладких бумагах

(минимальное впитывание), когда краска остается практически на поверхности

оттиска. Интересно, что формирование красочного слоя на растровых элементах

происходит лишь при достижении ими вполне определенного значения, ниже

которого печать невозможна (рис.51). Однако уменьшение значения последнего

показателя способствует более полной пропечатке и выявлению малых деталей

изображения, особенно в светах. Контраст изображения с увеличением значения

будет снижаться. Взаимозависимость между контрастом изображения, линиатурой

и минимальной толщиной красочного слоя, формирующегося на растровых

точках, выражается следующим образом: .

Можно сказать, что поскольку общий контраст изображения, разрешающая

способность и ряд других показателей зависит от параметра S отнфт. min, его можно

считать параметром градационной характеристики растрового оттиска.

Максимальную толщину красочного слоя на оттиске hпл также можно

считать градационным параметром (см. также рис.50). Чем выше толщина

красочного слоя на плашке и соответственно ее оптическая плотность , тем

больше интервал оптических плотностей на оттиске, тем больше значение и

детального контраста, а следовательно, и возможностей для пропечатки мелких

деталей изображения. Связь толщины красочного слоя на растровой точке hp,э с

толщиной краски на плашке выражается формулой

Коэффициент 104 введен в формулу, поскольку L имеет размерность лин/см,

а все остальные параметры в мкм или мкм2. .

Из приведенной формулы видно, что толщина красочного слоя на растровом

элементе оттиска зависит не только от максимального значения на оттиске 1ппл,

но и от линиатуры растра (см. также таблицу 5).

В глубокой печати градационная характеристика печатного процесса

определяется зависимостью оптической плотности оттиска от глубины Нф или

объема 1/р печатающих элементов формы. Это справедливо в том случае, когда

площадь ячеек не изменяется и определяется опорным растром. Меняется лишь

глубина ячеек. В глубокой автотипии, где одновременно меняется и глубина и '

площадь печатающих элементов , зависимость оптической плотности

прослеживается только от объема печатающих элементов.

На рис.52 приведена градационная характеристика процесса глубокой

печати. Зависимость, сначала линейная, постепенно переходит в

параболическую и вскоре достигает насыщения. Это свидетельствует о том, что

печатная краска не вся переходит с печатающих элементов на бумагу, по

крайней мере, начиная с объема ячеек, равного (10-15)мкмМ04. При объеме ячеек

порядка (35-40) мкм3-104 количество краски, переходящей на запечатываемый

материал, становится постоянным, о чем свидетельствует и постоянство

оптической плотности.

Особенностью глубокой печати является то обстоятельство, что краска в

пределах каждого растрового элемента распределяется неравномерно. Как

правило, центральная часть элемента имеет меньшую плотность, чем его края.

Это связано с тем, что ракель удаляет не только избыток краски с пробельных

элементов, но и из ячеек формы, причем в большей степени из середины.

Избыток же краски концентрируется по границам ячеек вследствие капиллярного

поднятия.

Коэффициент неравномерности красочного слоя уменьшается с ростом

глубины печатающих элементов, как это показано на рис.53. При печатании на

высокогладкой мелованной бумаге он может лежать в пределах 0,25-0,50,

достигая минимума при глубине ячеек порядка 30*104мкм3.

Другой особенностью тоновоспроизведения в глубокой печати является

растекание краски вследствие ее низкой вязкости и высокой текучести, По этой

причине снижается неравномерность распределения краски в области полутонов

и теней изображения на оттиске. Это приводит к увеличению линейного участка

на градационной кривой, более правильному тоновоспроизведению, особенно в

тенях изображения.

Подобие при воспроизведении многоцветных полутоновых изображений Подобие

при воспроизведении цветных полутоновых изображений, наряду с уже

упоминавшимися параметрами для черно-белого тоновоспроизведения,

содержат и другие параметры, характерные для цветного изображения^ -

цветовой тон, насыщенность, чистота цвета и т.п.

В случае использования одного и того же растра (одной линиатуры и

конфигурации растровых элементов) градационные характеристики каждого

цветоделенного изображения должны быть близки. Градационные характеристики

формного процесса получены на цветоделителе-цветоксрректоре ЭЦМ ДС-300

(ФРГ) в результате преобразования цветового слайда. При цветоделении

контролировалось сохранение баланса «по-серому» (рис.54).

Различие градационных характеристик объясняется именно тем

обстоятельством, что их сложение в любой части соответствующих участков

кривых должно приводить к образованию нейтрально-серого тона. По этой

причине одно и то же значение оптических плотностей для желтого цвета требует

формирования на печатной форме больших значений площадей печатающих

элементов.

На рис.55 приведены градационные характеристики печатного процесса.

Различие градационных характеристик, относящихся к отдельным цветам,

объясняется главным образом реологическими кривыми и оптическими

показателями печатных красок. Так различная насыщенность цветового тона

отдельных красок требует и различной подачи краски в печатный аппарат, что

сказывается на впитывании красок в бумагу, растаскивании и т.п. Порядок

наложения красок также играет существенную роль. Изменение технологических

режимов печатания (скорость, давление в печатной паре) также влияет на

градационные показатели печатных оттисков. Вместе с тем последнее может

быть способом корректирования градационных характеристик как по отдельным

краскам, так и в целом при балансе «по - серому».

ТЕМА 8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МНОГОКРАСОЧНОГО ПЕЧАТАНИЯ

Технологическая особенность многокрасочного печатания состоит в

необходимости последовательного наложения красочных слоев друг на друга.

Такое наложение происходит путем переноса красочного изображения с

цветоделенных печатных форм. Количество печатных форм равняется количеству

печатных красок. В практике печатания наибольшее распространение получило

двухкрасочное печатание (две формы и две краски) и четырехкрасочное (три

цветоделенных формы и триада красок плюс печатная форма и ахроматическая -

черная краска).

Примером двухкрасочного печатания может служить так называемый дуплекс

- процесс. Печатание проводят последовательно с двух форм. Изображение

печатают обычно цветной (не обязательно триадной) краской, которое оттеняется

по контуру черной краской. Печатание большим числом красок (пятью, шестью и

т.д.) проводится в том случае, когда изображение должно состоять из ряда

локальных разноцветных участков, причем цвет обычно имеет определенную

смысловую нагрузку. Сюда можно отнести картографическую продукцию -

географические, геологические, политические и др. карты, атласы. В полиграфии

для облегчения работы колористов выпускают (печатают) атласы рецептур

смесевых красок, где количество цветов может составлять несколько сотен.

Выпускаются различного рода тесты, например, для оценки цветового зрения и

т.п.

Г Адгезионно-когезионный баланс при многокрасочном печатании У) При

многокрасочном печатании, в условиях наложения друг на друга красочных

слоев,,возможны два варианта проведения процесса. В первом случае вторая

краска ложится на уже закрепившийся (высохший), по крайней мере с

поверхности, красочный слой. Во втором каждая последующая краска наносится

на предыдущую до ее закрепления. В практике первый случай обозначают как

печать «по - сухому», второй - «до - сырому».

При печатании «по - сухому» последующая краска наносится на предыдущую

обычно через несколько часов (время, необходимое для печатания тиража). За

это время прочность (когезия) красочного слоя на оттиске увеличивается, в то

время как адгезия (прилипание) к нему последующей краски снижается. Во всяком

случае, взаимодействие (и переход) последующей краски уменьшается по

сравнению с ее переходом на бумагу. Преимуществом печатания «по - сухому»

можно считать то, что растровые элементы на оттисках имеют более четкие

контуры, чем при печати «по - сырому», так как они не деформируются (краска

высохла) при последующих прогонах. Не происходит искажение цвета, так как

диффузия высохшей краски из слоя в слой невозможна. Недостатком является

длительность процесса, связанная с переносом стопы, наладкой красочного

аппарата, корректированием цвета при печатании очередной краской и т.д.

Печатание «по-сухому» обычно проводится на листовых печатных машинах с

невысокими или средними скоростями (до 6 тыс. отт/ч).

Печатание «по-сырому» проводится, как правило, на высокоскоростных

листовых и рулонных ротационных машинах. Количество печатных секций в них

обычно равно количеству используемых на оттиске красок. За один прогон,

последовательно, друг за другом с интервалом цорядка 0,1-0,3с краски с

соответствующих цветоделенных форм переходят на запечатываемый материал.

Основным достоинством печатания «по-сырому» в один прогон является резкое

повышение скорости выпуска готовой продукции.

При печатании «по-сухому» взаимодействие между красочными слоями

можно рассматривать как процесс взаимодействия жидкости с твердым телом, то

есть как процесс смачивания. Количество краски, переходящее при этом с формы

на запечатываемый материал (высохший красочный елой);будет зависеть только

от количества краски на форме, поскольку остальные условия (показатели

высохшей краски и жидкой краски) примерно одинаковы. Именно поэтому при

печати «по -сухому» все красочные слои можно получить примерно одной

(заданной) толщины. Последнее чрезвычайно важно при синтезе цветового

изображения. В отличие от этого в печати «по - сырому» предыдущая краска

изменяет свои свойства незначительно. При взаимодействии двух

смешивающихся жидкостей граница раздела между красочными слоями исчезает.

Создается ситуация, схожая с той, при которой толщина красочного слоя на

форме увеличивается за счет имеющегося красочного слоя на запечатываемом

материале. Поскольку такая толщина слоя (на форме) выше оптимальной

(рабочей), это должно привести к замедлению переноса краски с формы на

запечатываемый материал с ростом количества краски на форме. Действительно,

из практики работы типографий известно, что толщина каждого последующего

слоя при печати «по - сырому» меньше предыдущего. Объяснение этого явления

может быть следующим.

При нанесении первого слоя краски на запечатываемый материал его

толщина будет оавна

где K- коэффициент краскопереноса, a h - толщина красочного слоя на форме до

ее контакта с запечатываемой поверхностью. Толщины красочных слоев на

цветоделенных печатных формах можно в первом приближении, хотя это и не

совсем так, принять постоянными и равными h . Коэффициент краскопереноса в

области реальных толщин краски на оттиске также можно принять постоянным

(см. тему 5).

При нанесении второго слоя h2 толщина красочного слоя на форме остается

прежней, равной h. Однако в зоне печатного контакта она увеличивается на

величину h1 слоя, находящегося на запечатываемом материале, поскольку

граница раздела между слоями h1 и h2 отсутствует. Общая толщина красочных

слоев на оттиске после нанесения второго слоя будет равна

Решая оба уравнения относительно 1% и kX/получаем

То есть толщина второго красочного слоя (см. рис.56) оказывается меньше

первого на величину коэффициента краскопереноса. Коэффициент

краскопереноса имеет значение в пределах 50-60% при оптимальных режимах

печатания. Если принять толщину красочного слоя на

Аналогично должно происходить уменьшение толщины и последующих слоев

краски.

Предложенный механизм является приближенным. Он не учитывает

впитывания первого красочного слоя в запечатываемый материал. Не совсем

верно предположение о постоянстве коэффициента краскопереноса, который

стремится к величине 0,5 и достигает последней при высоких толщинах (выше

рекомендуемых нормами печатания). Не учитываются также реологические

показатели печатных красок. Тем не менее он четко указывает на тенденцию,

являющуюся основной при печати «по-сырому».

Вторым отличительным признаком печатания «по - сырому»следует считать

необходимость соблюдения адгезионно-когезионного баланса. Это означает не

только соблюдение условия, что когезия (работа на разделение, разрыв)

красочного слоя должна быть меньше его адгезии, но и определенную

последовательность в изменении обоих показателей при переходе от одного

красочного слоя к другому. В общем виде сказанное можно представить

следующим образом:

где К и A когезия и адгезия красочного слоя соответственно. Индексы 0,1,2 и т.д.

обозначают запечатываемую поверхность, (0) и порядковые номера

(последовательность) наносимых красок. Например, A1,2 означает, что адгезия

второго слоя краски к первому должна быть больше когезии ( K2 ), но меньше

когезии первого слоя ( K1 ). Схема разделения второго красочного слоя при

нанесении его на первый представлена на рис.57. При соблюдении адгезионно-

когезионного баланса при печатании «по - сырому» (рис.57,а) расщепляется

только вторая краска. Как видно на рис. 57,а, толщина второго слоя при его

переходе на краску 1 несколько меньше, чем при переходе на бумагу (см. выше).

При нарушении же вышеприведенных условий (A1,2 >K1, ) при наложении красок

происходит расщепление не второй, а первой краски с переходом ее на форму

(рис. 57,6). Вторая краска остается полностью на передающей поверхности в

этом участке. Расщепление и переход второй краски происходит лишь при

взаимодействии ее с запечатываемой поверхностью.

В практике печатания повышение когезии первой краски либо снижение

второй проводят двояко. Во-первых, по крайней мере в глубокой печати,

проводят обдув оттисков горячим воздухом между секциями. Это резко, за счет

удаления легколетучих растворителей, повышает вязкость и, следовательно,

когезию красочного слоя. В офсетной и высокой печати когезия краски на

оттиске может возрастать за счет капиллярного впитывания части связующего в

бумагу и частичного восстановления коагуляционных структур. Более же

надежным представляется корректирование состава красок (высокой и

офсетной печати) из-за введения в их состав различного рода структурирующих

(гелефирующих) добавок, мягчительных паст, а также растворителей. Так,

например, гелефирующая паста 10-8, представляющая собой дисперсию

стеарата алюминия и парафина в минеральном масле, при введении ее в состав

краски в количестве 2-4% увеличивает липкость и когезию. Напротив,

мягчительные пасты типа 10-9, состоящие из дисперсии парафина в

минеральном масле, понижают липкость и когезию красок. Так называемые

растворители, представляющие собой на самом деле растворы канифольно-

малеиновых смол в минеральных маслах или растворителях типа РПК-280,

вводятся в краски в больших количествах (до 20%) и также снижают липкость и

вязкость печатных красок. Корректирование показателей печатных красок

проводят в типографии при получении пробных оттисков до подписания их в

тираж.

Синтез цвета при многокрасочном печатании

В основе синтеза цвета при многокрасочном печатании лежит трехкомпонентная

теория цветового зрения, основные положения которой были разработаны еще

М.В. Ломоносовым и развиты позднее Д. Максвеллом и Г. Гельмгольцем.

Согласно теории на сетчатке глаза человека одновременно присутствуют

рецепторы (приемники) трех типов. Каждый тип чувствителен лишь к

определенной зоне видимого спектра электромагнитного излучения, а именно, к -

красной, зеленой и синей. Восприятие цвета человеком представляет собой, таким

образом, одновременное возбуждение всех трех рецепторов, причем, как

правило, в неодинаковой системе. Например, если преобладает возбуждение

рецепторов, чувствительных к синей и зеленой частям сектора, то появляется

ощущение голубого цвета, зеленого и красного-желтого и т.д. При одновременном

и равном по интенсивности возбуждении всех трех рецепторов возникает

ахроматический белый цвет, представляющий собой по сути отсутствие цвета.

Как отмечалось выше, цвет любого объекта может быть представлен в виде

трехмерного цветового тела с координатами X , У , Z . Весь существующий набор

цветов, различающихся цветовым тоном, может быть представлен цветовым

конусом, ось симметрии которого представляет собой ахроматические цвета со

светлотой от нуля (в вершине конуса) до 100%, Иначе говоря, цвет изменяется от

черного до белого. По образующим конуса располагаются цвета различной

светлоты (в зависимости от расстояния до вершины конуса), насыщенности и

цветового тона. Любое цветовое тело может быть расположено внутри конуса и

будет занимать в нем объем, соответствующий его координатам цвета.

С практической точки зрения большой интерес вызывает так называемый

цветовой круг, представляющий собой сечение цветового конуса плоскостью,

перпендикулярной его оси. На периферии круга (рис.58) располагаются цвета

различного цветового тона по всей зоне видимого спектра от синего (С) через

зеленый (3) до красного (К). Это, согласно теории цветового восприятия, -

основные цвета. Все цвета, расположенные по окружности, имеют максимальную

насыщенность. Насыщенность уменьшается при движении к центру и в центре

равна нулю (отсутствие цвета). Каждый цветовой круг имеет определенное

значение светлоты, зависящей от удаления плоскости сечения от вершины конуса.

Необходимо отметить, что цветовой тон, насыщенность и светлота являются

субъективными показателями. Объективно же им соответствует длина волны (зона

излучения, чистота цвета и яркость (см. выше), измеряемые соответствующими

приборами.

Цвета - голубой (Г), желтый (Ж), пурпурный (П) - называются

дополнительными потому, что при их взаимодействии с основными они образуют

ахроматический цвет. Направление смешения указано стрелками. При смешении,

например, желтого и синего излучений получаем белый цвет. Если же смешать

желтую и синюю краски, то цвет смеси, будет черным. Как уже отмечалось,

дополнительные цвета возникают при смешении основных. Естественно, что при

взаимодействии трех дополнительных цветов также получаем черный или

отсутствие цвета. А при наложении их попарно - основные цвета. Например, при

смешении желтого и голубого - зеленый и т.д. (см.рис.58). Таким образом, при

многокрасочном печатании на оттиске присутствуют как основные цвета, так и

дополнительные.

Принципы синтеза цвета на оттиске

На стадии изготовления печатных форм проводится цветовой анализ, то есть

разложение многоцветного изображения на три основные группы цвета.

Многоцветное печатание решает обратную задачу - проведение синтеза цвета.

Синтез цвета проводится с помощью триады печатных красок. В качестве триады,

в принципе, могут быть выбраны (см. рис.58) три любых цвета. Условием

является лишь то, что каждая из них не может быть получена сочетанием двух

других. В этом случае они будут линейно независимыми и служить основой

создания любого трехмерного тела. Обычно используют триады красок основных

и дополнительных цветов.

Цветовая точность воспроизведения оригинала на оттиске зависит от ряда

факторов (см. выше), не последней из которых является система или принцип

синтеза цвета.

Существуют две системы синтеза цвета - аддитивная и субтрактивная. При

аддитивном синтезе происходит смешение (сложение) излучений различного

спектрального состава или цветового тона. Причем не имеет значения, откуда и

как возникают источники излучения, фиксируемые глазом или измерительным

прибором. Таковыми могут быть красная, синяя и зеленая зоны видимой части

спектра или в качестве стандарта монохроматические излучения с длинами волны

650, 530 и 460 нм в системе RGB. По аддитивному принципу синтезируется,

например, цвет, если на поверхности бумаги получить оттиск с двух или трех

цветоделенных растровых форм в светах изображения. Источниками излучения в

этом случае будут разноокрашенные растровые точки. Поскольку перекрытия

растровых точек в этом случае практически нет, то при их размерах, лежащих за

пределами различения человеческого глаза, также реализуется аддитивный

принцип синтеза цвета. Синтез цвета подчиняется закономерностям,

сформулированным Г. Граеманом. При смешении нескольких цветов происходит

их сложение с учетом показателей каждого цвета. Если

где X , Y , Z и х, y, z- координаты цвета и цветности соответствующих объектов

(тел, источников излучения). Отсюда следует, что основными цветами в

аддитивном синтезе должны быть красный, зеленый и синий. Именно эти цвета

регистрируются соответствующими рецепторами глаза. Необходимо отметить

также, что при аддитивном синтезе не допускается наложение красочных слоев

или окрашенных сред (светофильтры) друг на друга при использовании красного,

зеленого и синего цветов.

В отличие от аддитивного синтеза при субтрактивном синтезе цвета

происходит вычитание цветов. Практически это означает, что цвет объекта

возникает при прохождении (или отражении) через него ахроматического белого

цвета (Ц ), содержащего основные цвета. За счет поглощения (вычитания) части

белого цвета, соответствующей поглощению (отражению) объекта ( Ц0 ) остающийся (пропущенный) световой поток Ц„ будет окрашен в цвет,

дополнительный к цвету объекта: Ц0 =Ц- Ц„; Ц„= Ц - Ц0

При субтрактивном синтезе основными цветами являются желтый, голубой и

пурпурный. Дело в том, что каждый из основных цветов аддитивного синтеза -

красный, зеленый и синий-поглощают (отражают) по две трети всего остального

спектра. Красный поглощает зеленый и синий, зеленый - красный и синий и т.д.

Уже попарное наложение этих цветов будет полностью поглощать весь спектр, что

не дает возможности воспроизвести цветовой оригинал. В субтрактивном же

синтезе используется наложение именно отдельных сред (светофильтров,

красочных слоев). Что касается основных цветов субтрактивного синтеза, то

каждый из них пропускает (отражает) две трети видимого спектра и поглощает

лишь одну треть. Это дает возможность (см. рис.60) осуществлять тройное

наложение основных цветов и реализовать, таким образом, три основных, три

дополнительных (в данном случае красный, зеленый и синий) и черный цвет.

Естественно, что речь идет лишь об основных и дополнительных цветах, '

различных же оттенков выделяется значительно больше (см. ниже).

Обязательным условием реализации субтрактивного синтеза цвета на оттиске

является использование прозрачных красок. Необходимо, чтобы нижние слои

просвечивали через верхние. Только в этом случае совмещенный оттиск с

наложенными друг на друта слоями красок (растровыми элементами) будет

восприниматься как многоцветный.

Механизм формирования цвета в субтрактивном' синтезе представлен на

рис.60.

Из рис.60,а видно, что слой голубой краски, поглощая красную

составляющую ахроматического света, пропускает зеленую (2) и синюю (3),

которые на выходе из слоя, смешиваясь, образуют голубой цвет (4). Здесь же

решается и обратная задача. Если бы был неизвестен цвет слоя краски (4), то по

цвету, полученному в результате отражения (пропускания) от слоя, он мог бы быть

установлен. Двойное наложение красочных слоев (рис.60,б) голубого (4) и

пурпурного (5) приводит к поглощению как красной (1), так и зеленой (2)

составляющих белого цвета. В результате получаем синий цвет (3). При тройном

наложении (рис.60,в) получаем отсутствие цвета (полное поглощение). Здесь

уместно сказать, что уже упоминавшийся термин "отсутствие цвета" характеризует

белый ахроматический цвет(излучение), в то время как отсутствие света (рис.60,в)

означает полное поглощение света (всех трех основных цветов) телом, в

результате чего оно оказывается черным.

В практике многокрасочного печатания, если речь не идет о наложении лишь

сплошных слоев красок (плашек), реализуется как аддитивный, так и

субтрактивный принцип синтеза цвета. В самом деле, в трех- или

четырехкрасочной растровой печати, в светах полутонового изображения

наложения красок, ввиду малых площадей растровых точек, практически не

происходит. Имеет место аддитивный синтез цвета. В тенях изображения,

наоборот, перекрытие (совпадение) слоев краски на элементах изображения

растра преобладает, что позволяет говорить о субтрактивном синтезе. В

полутонах же имеют место оба варианта (частичное перекрытие). Встает вопрос о

том, каким образом данная ситуация сказывается на воспроизведении

градационной и цветовой точности воспроизведения оригинала на

многокрасочном оттиске.

Рядом исследований, проводившихся в том числе на кафедре печатных

процессов Московского университета печати, было показано, что при аддитивном

синтезе результирующие, конечные цвета, будут более светлыми, чем исходные

(оригинала). В то же время субтрактивный синтез приводит к потемнению

результирующих тонов в сравнении с оригиналом. Это означает, что произойдет

нарушение (при прочих равных условиях) имеющейся пропорциональности в

градационной передаче как в светах (аддитивный синтез), так и тенях изображения

(субтрактивный синтез). В общем случае это приводит к уменьшению контраста

(величины линейного участка градационной кривой). Одновременно было

установлено, что при печатании, например, цветных репродукций лишь тремя

основными красками (триадой) удовлетворительно воспроизводятся лишь света и

полутона изображения. Темные цвета, глубокие тени и особенно черные цвета

получаются неудовлетворительно или просто плохо. Ответ может быть найден в

причине синтеза цветов и показателях печатных красок, участвующих в

формировании цвета. В светах, при аддитивном синтезе цвета, прозрачность

цвета не имеет такого значения, как в тенях, поскольку наложения слоев нет.

Наоборот, чем большей кроющей способностью (непрозрачностью) обладает

краска, тем лучше передача градаций и цвета. При наложении же слоев красок в.

тенях изображения их прозрачность играет решающую роль. Поскольку полностью

прозрачных, не рассеивающих свет с поверхности и особенно в объеме слоя

печатных красок попросту не существует, искажения в синтезе цвета

(субтрактивном) неизбежны. По этой причине серые и темные тона имеют оттиск

той краски, которая наносилась последней.

С целью устранения вышеуказанных недостатков синтеза цвета и

корректирования, таким образом, градационной и цветопередачи необходимо

применение четвертой, корректирующей краски. Обычно это черная краска, хотя

возможно применение голубой, зеленой и фиолетовой и т.д. красок.

Черная краска обычно входит в триаду цветных красок. Она должна иметь

отражающую способность по всему спектру видимого света. Корректирующий

эффект черной краски в светах при 3-5% запечатанности (относительной площади

растровых точек) практически не проявляется. С ростом процента запечатывания

он растет вплоть до 75%. Наилучшие результаты получаются при

запечатываемости 15-30%. При этом имеет,место повышение контраста и

проработки черных и темных тонов. Одновременно происходит уменьшение

(глушение) общего оттенка репродукции, например красноты или зелени.

Расчет цвета в субтрактивном синтезе можно проводить как с помощью

координат цвета X , Y , Z , так и с помощью зональной системы измерения цвета.

В обоих случаях необходимы спектрофотометрические измерения,

представляющие собой кривые спектрального поглощения или отражения

основных цветов - желтого, голубого и пурпурного.

На рис.61 представлены спектрофотометрические кривые отражения

сплошных безрастровых оттисков (плашек) желтого (а), пурпурного (б) и голубого

(в) цветов. Изменение коэффициента отражения с длиной волны падающего

(многохроматического) излучения для желтой плашки (рис.61д) показывает, что

желтый цвет поглощает зеленую (2) и красную (3) зоны видимой части спектра.

Пурпурный оттиск частично поглощает в синей и красной зонах и практически

полностью отражает зеленый участок спектра. Голубой оттиск поглощает, в

основном, в красной зоне, в равной степени отражает в синей и зштеной. Из

рис.61,а,б,в, где приведены спектрофотометрические кривые отражения реальных

красок, видно, что они не совпадают со спектрами идеальных цветов (показаны

штрихом). Это вносит искажения в синтез цвета, поскольку все предыдущие

рассуждения основывались на том, что основные цвета субтрактивного синтеза

точно совпадают с соответствующими зонами излучения (см. также рис.59 и

рис.60). Так реальная желтая краска, в отличие от идеальной, частично отражает

синюю и зеленую составляющие падающего ахроматического света, чего не

должно быть. Аналогичная картина наблюдается для голубого и пурпурного

цветов.

На практике применяют, для большей скорости, зональную систему

измерения цвета, возникающего в результате синтеза. С этой целью используют

три зональных светофильтра - красный, зеленый и синий, с помощью которых

определяют оптическую плотность или коэффициент отражения на денситометре.

Зональные коэффициенты отражения соответствуют усредненным значениям

коэффициентов отражения Р (рис.6 а,Д,в,), что, кстати, позволяет в какой-то

степени нивелировать различия в поведении реальных и идеальных цветов. В

этом случае цвет исследуемого образна определится как

где индексы Kз, и с соответствуют красному, зеленому и синему цветам.

В рассмотренных случаях синтез цвета рассматривается при полном

наложении красочных оттисков (плашек). Что касается расчета цвета растровых

оттисков, то здесь задача усложняется тем, что растровые элементы

трехкрасочного оттиска, перекрываются не полностью. На реальном оттиске

присутствуют одновременно растровые элементы, отпечатанные основными

цветами, их двойными и тройными наложениями. Расчет таких систем проводится

с учетом вероятности запечатывания растровых элементов в отдельности каждой

краской, двойными и тройными наложениями, а также вероятности полного

отсутствия краски на растровом элементе оттиска. С учетом этих обстоятельств

Нюбергом и несколько позднее Нейгебауэром были составлены системы

уравнений, позволяющих рассчитать системы цвета отдельных растровых

элементов. Это при том условии, если известны относительные площади

растровых точек и координаты цвета отдельных красок, их двойных и тройных

наложений. Система уравнений может быть использована как на стадии

цветоделительных, так и печатных процессов.

Синтез цвета при многокрасочном печатании сокращенным числом и

количеством красок j

Имеющиеся синонимы - «вычитание цветных красок», «печатание из-под

черной краски», «ахроматическая репродукция», «триадная автотипия по

принципу минимизации цветовых красок за счет черной». Система была

разработана японской фирмой «Дайниппон Скрин», затем совершенствовалась

фирмами «Хелл» (ФРГ),»Кросфильд» (Великобритания) и др.

Цветное печатание, как уже упоминалось, основано на синтезе цвета с

требуемыми показателями путем смешения (совмещения) на оттиске триады

красок. При этом, как правило, применяется и черная краска для придания

естественности и глубины цвета в отдельных участках изображения (см. выше).

При печатании желтой, пурпурной и голубой красками можно принять, что на

оттиске создается совокупность двух зон - хроматическая (цветная) и

ахроматическая (серая, черная).

Ахроматическая теория цветной репродукции основана на идее,

заключающейся в том, что нет смысла расходовать голубую, желтую и пурпурную

краски для получения ахроматического компонента, если можно использовать

взамен черную краску. Иллюстрация вышесказанных соображений приведена на

рис.62.

В качестве объектов синтеза взяты» желтая, голубая и пурпурная краски,

поглощающие соответственно в синей, красной и зеленой зонах видимого спектра.

Судя по количествам красок на оттиске (в значениях оптических плотностей),

синтезируется цвет, промежуточный между желтым и пурпурным, близкий к

коричневому. При этом вся голубая краска и части пурпурной и желтой

расходуются на образование ахроматического компонента - черной краски

(заштрихованная часть на рис.62). Поскольку голубая краска не участвует в

формировании хроматического цвета, ее можно исключить (вычесть) из печатания,

заменив вычисленным значением черной краски. По первому правилу вычитания

цветов из синтеза исключается та краска, цвет которой будет дополнительным к

той зоне спектра; где она имеет наименьшую (из трех цветных красок) зональную

оптическую плотность. То есть в нашем случае - голубая краска, поглощающая в

красной зоне спектра. Пусть значение зональных оптических плотностей желтой, -

пурпурной и голубой красок (рис.62) в синей, зеленой и красной зонах равно

соответственно 0,8; 0,55 и 0,40. Количество красок на оттиске (в значениях

зональных оптических плотностей) должны составлять для желтой краски

D = Dc –Dk=0,8 – 0,4 =0,4; для пурпурной для D = Dз–Dk=0,55 – 0,4 =0,15

голубой D = 0. Количество черной краски должно быть равно (в

значениях оптических плотностей) доле голубой краски, то есть 0,4.

Из приведенных расчетов видно, что из синтеза цвета исключается не только

голубая краска, но и резко сокращается количество как желтой, так и пурпурной

красок.

Все требуемые цвета создаются комбинацией одной или двух красок (в

данном случае желтой или пурпурной) с черной. В сравнении с обычным

четырехкрасочным синтезом данный метод имеет преимущество прежде всего в

том, что вместо дорогостоящих цветных красок используется черная, стоимость

которой примерно на порядок ниже. Общее количество краски на оттиске

оказывается меньше, что способствует повышению скорости печатания и

уменьшает отмарывание красок. Поскольку отсутствует синтез ахроматического

цвета, обеспечивается более сбалансированная нейтрально-серая шкала.

В заключение необходимо отметить, что регулирование количества краски

на оттиске происходит за счет изменения зональных оптических плотностей,

которые определяются, в свою очередь, площадями растровых элементов на

форме. Таким образом, соответствующие расчеты по ахроматической

репродукции должны проводиться на стадии цветоделения и последующего

изготовления печатных форм. Поскольку воспроизведение серых и черных тонов

производится исключительно за счет черной краски, необходимо, чтобы ее

интенсивность (красящая сила) превышала значения обычных триадных (черных)

красок.

Шкалы цветового охвата

Цветовым охватом обычно называют все многообразие цветов и оттисков,

которые могут быть воспроизведены триадой красок на бумаге,

предназначенной Для печатания тиража. Цветовой охват устанавливают с

помощью шкал цветового °хвата, которые представляют собой отпечатанные

таблицы.

При составлении шкал цветового охвата руководствуются правилом, по

которому число градаций по каждой краске не должно превышать число визуально

различимых в данной цветовой области порогов. Рядом исследований было

установлено, что количество таких порогов не должно превышать для желтой

краски - 10, для пурпурной - 20, для голубой - 16 и черной - 24. Такое

воспроизведение градаций при использовании четырех красок дает возможность

получить при реподуцировании 680 различных по цветности цветов, а с учетом

яркости - 16320.

Обычно шкалы цветового состава представляют собой квадратные таблицы,

состоящие из 10 порогов. По одному направлению изменяется количество

пурпурной, по другой - голубой краски. Затем по пурпурно-голубой шкале

печатают равномерный слой желтой краски. С целью выявления порогов желтой

краски изготавливают десять пурпурно-голубых шкал, в каждой из которых

толщина исследуемой желтой краски изменяется от 10 до 100%. После того по

принципу наложения желтой краски печатают черную.

Шкалами цветового охвата пользуются в условиях действующего

технологического процесса, поскольку на выявление градаций и других

показателей печатных красок влияют свойства бумаги, непрозрачность красок, их

порядок наложения и т.д.

Их особая практическая ценность состоит в том, что по ним визуально можно

определить, в какой степени данная триада может воспроизвести заданный

многоцветный оригинал.

Возникновение муара при многокрасочном печатании

Вопросы приводки при многокрасочном печатании играют первостепенную

роль. Уже упоминалось, что при печатании многокрасочной тоновой продукции

синтез цвета в пределах растровой шкалы протекает по-разному. В светах' - это

преимущественно аддитивный синтез, в тенях - субтрактивный, Преимуществом

субтрактивного синтеза является то, что результирующие тона будут более

темными, чем на оригинале. Это особенно актуально в начале растровой шкалы, в

светах изображения, где за счет малых площадей печатающих элементов и

больших расстояний между ними прирост оптических плотностей с увеличением

относительных площадей растровых точек не является линейным.

В принципе, вопрос может быть решен за счет увеличения точности приводки,

печатания, как говорят, «в точку». Однако добиться перекрывания красочных

слоев в начале растровой шкалы практически невозможно. В самом деле, при

печатании с линиатурой растра 60 лин/см (обычная линиатура при печатании

художественной репродукции) минимальный диаметр растрового элемента на

формах офсетной печати (начало растровой шкалы) лежит в пределах 15-20 мкм.

При печатании художественной репродукции в четыре краски для полного

совмещения элементов изображения допуск на приводку составит -Ымкм

Максимально возможная же точность приводки на современных листовых и

офсетных печатных рулонных машинах не превышает +0,1 мм, то есть 100 мкм

Выход был найден путем поворота растровых элементов относительно друг друга

для каждой выделяемой в процессе цветоделения краски.

Совокупность растровых элементов может быть представлена в виде

растровой сетки, линии которой проведены через центры печатающих элементов

растра. Совмещение таких сеток под любым углом при прохождении (отражении)

через них света неизбежно вызывает интерференцию света. Интерференция

проявляется в виде чередующихся светлых и темных полос, пятен и

геометрических фигур и т.п. Такой рисунок или узоры называются муаром.

Поскольку муар неизбежен, практика репродукционного процесса сводится к

получению муара, размеры элементов которого лежат за пределами

разрешающей способности глаза. Оказалось, что как размеры элементов муара,

так и их резкость (различимость на фоне репродуцируемого изображения) зависят

от угла поворота растровых сеток относительно друг друга. На рис.63

представлено изменение размеров фигур муара ( d ) при совмещении под

различными углами растровых сеток. Муар отсутствует, когда сетки

устанавливают на один и тот же угол (угол поворота равен нулю). Даже при

незначительном смещении сеток муар появляется. При углах поворота 5-10

градусов возникает резко различимый муар с фигурами в виде квадратов. С

увеличением угла смещения резкость его уменьшается и примерно при 20

градусах он становится практически неразличим. При дальнейшем повороте сеток

появляется менее различимый, хаотический, так называемый розеточный муар.

Начиная с семидесяти градусов опять появляется квадратный муар, резкость

которого возрастает вплоть до 90 градусов. Закономерность чередования

характера и резкости муара одинакова через каждые 20 градусов.

Поскольку резкость квадратного муара всегда выше розеточного, а резкость

последнего наименьшая при угле смещения 30 градусов, этот угол и

устанавливается для двухкрасочной печати. Угол поворота третьего растра

устанавливается при наложенных под углом 30 градусов двух первых сеток.

Розеточный муар при этом появляется при смещении третьей сетки на углы в

пределах 10-20 градусов, 40-50 и 70-80 градусов. Аналогично устанавливается

угол смещения для четвертой (под черную краску) сетки. Оптимальные углы

смещения растровых сеток относительно друг друга приведены на рис.64.

Различимость муара на фоне репродуцируемого изображения представляет

собой главную проблему при многокрасочном печатании. Различимость

характеризуется следующими показателями - контрастом, формой и

периодичностью.

Контраст муара представляет собой разность оптических плотностей

чередующихся темных и светлых участков муара. Как уже упоминалось, контраст

муара зависит от характера возникающих фигур. Так, квадратный муар имеет

больший контраст, чем розеточный. На контраст оказывают влияние толщины

красочных слоев, условия печатания («по-сырому» и «по-сухому»), порядок

наложения красок и т.д. Чем выше оптическая плотность (не зональная) оттиска,

тем выше контраст. Наибольшим он будет у черной, затем голубой и пурпурной

красок. Желтая краска имеет наименьший контраст и по этой причине практически

не образует муара при наложении других красок. При печатании «по-сырому»

происходит увеличение контраста за счет диффузии, например, голубой или

черной краски в желтую. С увеличением толщины красочного слоя и четкости

пропечатки растровых точек контраст также увеличивается. В общем, чем выше

контраст муара, тем выше его различимость на фоне изображения.

По форме муар различают квадратный (при повороте растра в пределах от О

до 20 градусов) и розеточный (угол поворота от 20 до 45 градусов).

Под периодичностью муара понимают минимальное расстояние между

центрами геометрических форм, образующих муар. Причем это расстояние

измеряется вдоль одной из сторон квадрата. Периодичность сказывается в том

смысле, что чем больше период, тем более крупные фигуры образуются на

изображении и тем выше их контраст и, следовательно, различимость. Центр

вращения растровых сеток своего положения при установки сеток под

оптимальными углами (см. рис.64) не меняет. В результате растровые элементы

различных сеток могут не совпадать, совпадать частично и полностью. Это

приводит к периодичным изменениям оптических плотностей на оттиске от

минимума до максимума, что сопровождается изменением характера (вида

муара) и его контраста. Период растра можно определить при совмещении двух

линейных сеток.

На рис.65 представлено образование муара при смещении растровых сеток

на угол α . Центры геометрических фигур муара будут в центре фигур,

образуемых линиями растровых сеток. Период муара, исходя их рис.65,

определится как

Из выражения следует, что с уменьшением линиатуры растра период растра

увеличивается. Чем меньше угол поворота растровых сеток, тем меньше период

муара.

ТЕМА 9. ЗАКРЕПЛЕНИЕ КРАСКИ НА ОТТИСКЕ

Важнейшая технологическая роль закрепления краски на оттиске (сушка

оттисков) состоит в том, чтобы полностью исключить возникновение дефектов,

связанных со смазыванием слоя краски, его перетискиванием на оборотную ггорону

листа в стопе, нарушением элементов изображения и т.д. Продолжительность

(скорость) закрепления красочного оттиска определяет скорость работы печатной

машины и возможность передачи полуфабриката на дальнейшую обработку.

Закрепление краски на оттиске состоит из двух стадий - первичного или

мгновенного закрепления и окончательного закрепления. Первая стадия должна

быть соизмерима со временем печатного цикла и протекать в течение долей

секунды. При этом в зависимости от состава строения печатной краски в слое

формируется либо неотмарывающая твердообразная коагуляционная структура

(краски высокой и офсетной печати), либо неотмарывающая пленка (краски

глубокой печати, флексографские, тампопечать и т.д.). Этого должно быть

достаточно для проведения последующих технологических операций

укладывания листов в стопу на выводном устройстве либо фальцевания и резки

полотна на рулонных машинах.

Окончательное закрепление протекает в течение часов и даже суток.

Образование ксерогеля в красочном слое, связанное с процессом полимеризации

алкидных смол и натуральных масел, других компонентов, окислительной

полимеризации с помощью сиккативов, придает оттиску окончательный товарный

или потребительский вид, однако не влияет на собственно печатный процесс.

Отсюда вопрос ускорения закрепления оттисков, с целью синхронизации их со

скоростями печатного процесса, относится главным образом к первичному

закреплению.

В зависимости от природы компонентов, входящих в связующее современных

печатных красок, они могут закрепляться на оттиске в результате различных

процессов - впитывания, испарения, химических реакций, осаждения, охлаждения

и т.д. Схема происходящих процессов представлена на рис.66. Схема

обобщенная и может характеризовать закрепление краски на оттиске любого

состава и, следовательно, способа печати. Необходимо отметить и

исключительно важную роль в этом процессе запечатываемого материала -

бумага различной степени гладкости и впитывающей способности или

невпитывающие поверхности (полимерная пленка, металлическая фольга). В этих

случаях процессы будут протекать по-разному. Не случайно, в номере серии

печатной краски всегда отражается вид и свойства запечатываемой поверхности

(четвертая цифра), например, 2513 - для печати на офсетной бумаге АЛ 1 и 2.

Серия 2526 и 2527 - для печати на мелованных бумагах и бумагах повышенной

гладкости (малой впитывающей способности).

Несмотря на различие в механизме закрепления краски на оттиске, общую

картину процесса можно представить следующим образом. Побудительным

мотивом является дестабилизиция краски как коллоидно-дисперсной системы. Эта

дестабилизация достигается за счет уменьшения в системе наиболее нестойкой

части - нефтяных растворителей и разбавителей (масел типа МП-1 с

температурой кипения 350-380°С, растворителей типа РПК-280 и т.д.).

Растворители и разбавители либо впитываются в бумагу, либо испаряются с

поверхности и из объема красочного слоя, что способствует коагуляции частиц

пигмента и образованию неотмарываюших структур. Находящиеся в растворенном

виде пленкообразующие смолы (производные канифоли или каучука) теряют

растворимость и дополнительно связывают пигмент в единое целое на оттиске.

Окончательное закрепление происходит при окончательном (постепенном)

удалении из слоя низкомолекулярной части (растворителей и разбавителей) и

образовании за счет окислительной полимеризации объемных структур по всему

объему красочного слоя.

Ускорение закрепления красочных оттисков

При печатании на листовых офсетных машинах со скоростями до 8 тыс. отт/ч ,

в том числе на мелованных, высокоглянцевых бумагах^краски серии 2513, 2526,

2527 успевают пройти первичное закрепление во время печатного цикла без

применения сушильных устройств и других специальных средств

(противоотмарывающие порошки, жидкости, и т.п.). В то же время при печатании

на рулонных машинах со скоростями 25 тыс. об/ч и выше (газетные, книжно-

журнальные ротации) необходимо применять методы и устройства для ускорения

закрепления красочных оттисков. Соответствующие серии 2111,2413,2415,2416

выпускаются промышленностью с условием их применения при наличии

сушильных устройств. То же относится и к краскам высокой печати серии 1111

для печати на ротационных машинах типа «Вифаг», «Пламаг» и др. до 30 об/ч на

газетных и суперкаландрированных бумагах. Рулонные машины глубокой печати

для печатания книжно-журнальной продукции со скоростями до*25 тыс. об/ч на

мелованных и немелованных бумагах используют краски серии 3314. Краски

серии 3315 предназначены для одностороннего печатания на бумаге 180-240 г/и2

типа «Люксоарт» (Финляндия) и 80-120 г/м2,типа «Шанель» на листовых машинах

со скоростью до 6 тыс. отт/ч. Первые также требуют интенсификации закрепления

оттисков.

В настоящее время для ускорения закрепления печатных красок на оттиске

применяют следующие способы: инфракрасное излучение (ИК),

ультрафиолетовое излучение (УФ), облучение электронами, микроволновое

й3дучение, нагрев горячим воздухом, газовым пламенем и др. Применяется

комбинация способов, например микроволновое и ИК-излучение и др. Создаются

системы, в которых ИК-излучение сопровождается модифицированием красок

добавками, повышающими эффективность действия излучателей, - «Хит-сет»,

«Квик-сет» и др.

Инфракрасное излучение

В качестве источников РЖ-излучения применяют нагревательные элементы

из различных металлов и сплавов, заключенных в кварцевую оболочку -

кварцевые лампы мощностью 0,5-2,0 кВт. Лампы монтируются на специальных

панелях, которые устанавливаются перед приемным устройством или между

печатными секциями на расстоянии примерно 5см от бумаги.

Длины волн излучения кварцевых ИК-ламп лежат в интервале 0,8-2,5 мкм.

Энергию квантов излучения можно рассчитать по формуле

где h - постоянная Планка, равная 6,62-10 Дж*с, С - скорость света - 3*108 м/с,

λ - длина волны излучения.

При X =0,8 и 2,5 мкм энергия квантов равна соответственно 2,484О"29 и 0,8*

10"19 Дж, что намного меньше энергии химической связи. Для разрыва двойной

связи в молекулах натуральных масел, алкидных и других смол энергия

кванта излучения должна превышать величину 2,77Л0~19 Дж. По этой причине ИК -

нагрев не оказывается эффективным для красок, в качестве связующих в которых

используются олифы на натуральных (льняных и др.) маслах, различного рода

олигомеры. Гораздо большего эффекта можно добиться;воздействуя ИК -

излучением на краски, закрепление которых связано с удалением из слоя

низкомолекулярных компонентов при возбуждении колебательных процессов в

молекулах сольватных оболочек пигмента, что приводит к потере частицами

пигмента агрегативной устойчивости. Возможен также отрыв молекул

стабилизатора от поверхности частиц и образование коагуляционных структур.

Важной технологической характеристикой ИК - излучения является длина волны.

Известно, что излучение эффективно, если оно поглощается объектом. Как видно

из рис.67а?поглощение пленкообразующей смолы (ПЭМАК в алифатической

фракции с t ° =240-260°) лежит в области 1200-2500 мкм, в то время как

алкидной смолы (рис.6^6) в интервале 230-313 мкм. Ясно, что ИК - нагрев не

будет эффективен во втором случае (не будет интенсифицировать окислительные и Фотополимеризационные процессы). Следует отметить, что РЖ - нагрев все же

не обеспечивает до конца мгновенного закрепления.

Ультрафиолетовое излучение

В качестве источников излучения применяют ртутно-кварцевые ксеноновые,

аргоновые лампы среднего давления и мощностью до 10 кВт. Лампы

устанавливаются на расстоянии 120 мм от листа или полотна между печатными

секциями или перед приемно-выводным устройством машины (рис.68) Излучение

фокусируется с помощью эллиптических отражателей в линию шириной порядка 5

мм. Энергия квантов УФ - излучения с длиной волны 200-300 мкм составляет

величины в пределах 1,0*10"18 до 6,6240"19 Дж, что в несколько раз превышает

энергию связи (двойную) в молекулах. Появление УФ - излучателей связано с

разработкой печатных красок для специальных видов печати (печать на

металлической фольге, стекле и т.п.). Они не содержат летучих растворителей,

способных впитываться или испаряться. Основные компоненты - мономер,

инициатор фотополимеризации и пигмент. В качестве мономеров использовались

эфиры коричной кислоты; инициаторов - диметилфталат. Механизм закрепления

основан на окислительной полимеризации. Так, краски для печати на

синтетических пленках - СВКФ и ОВКМ и универсальные, разработанные КФ

ВНИИ полиграфии CT-1-10 содержат тройную систему - фенолальдегидная смола

- алкидная смола - диметилфталат.

К недостаткам следует отнести высокую (в 1,5-2 раза выше, чем обычных)

стоимость. К достоинствам - невысыхание на валиках, безвредность, отсутствие

обезвоживания бумаги, малый расход энергии (примерно 20 % от ИК и др.

способов).

Облучение электронами

В качестве источников используются электронные пушки с ускоряющим

напряжением 5-50 кВт. Энергия электронов 8<10"16 - 4,8-10~15Дж, что на несколько

порядков выше, чем энергия химических связей в молекулах.

По данным французской фирмы Лорийе-Лефран, механизм взаимодействия

ультрафиолетового излучения и электронов с веществом один и тот же при

одинаковой дозе поглощенной энергии. Разница лишь в том, что электрон до

полной потери энергии способен вызвать несколько десятков и даже сотен

элементарных химических актов. Соответственно и глубина проникновения в

слой электронов в сотни раз больше. Поэтому электронное облучение применяют

чаще для ускорения закрепления красок и эмалей, наносимых на металл при

относительно высокой (в мм) толщине слоя.

Необходимо отметить, что под действием электронов бумага быстро желтеет и

теряет прочность. Возможно возникновение рентгеновского излучения при

попадании электронов на металлические детали печатных устройств, что требует

Установки средств защиты персонала (свинцовых экранов).

Микроволновое излучение

Представляет собой электромагнитные волны, возникающие в контуре,

через который протекают токи высокой частоты, Энергия такого излучения'

поглощаемая средой (краска, связующее), определяется выражением

где E - напряженность электрического поля; f - частота Гц ; ε -

диэлектрическая проницаемость среды.

Кванты с такой энергией неспособны инициировать ни химические^ ни даже

колебательные процессы, поскольку длина волны излучения лежит в пределах

1-30 см. Повышение температуры (разогрев) красочного слоя происходит, за

счет ротации полярных молекул связующего. Максимальный эффект

достигается, если период ротации равен половине цикла частоты излучателя.

Период ротации зависит не только от полярности молекул (дипольного

момента), но и от размера молекулы и вязкости среды, возрастая с

увеличением последних.

Влияние полярности компонентов связующих печатных красок видно из

табл.5. Достоинством указанного способа является то, что разогрев

происходит в ооъеме красочного слоя. Наиболее эффективным

микроволновое излучение, как показали исследования, в том числе и в МГУП,

оказалось для красок глубокой печати и флексографских, а также

трафаретной и других специальных видов печати. Это связано с тем, что их

основными компонентами являются полярные еШества - спирты, эфиры, а

также вода для красок на водной основе.

На эффективность взаимодействия микроволнового излучения большое J

пяние оказывает электропроводность среды. Оптимальное значение

проводимости, соответствующее максимальной скорости нагрева в

высокочастотном поле, оказалось равным 25 Ом-см. Этим условиям отвечают

черные пигменты на основе сажи (канальной, печной, костяной). Их введение в

качестве пигмента в печатные краски в несколько раз увеличивает эффективность

действия микроволнового излучения, даже в тех случаях, когда в качестве

связующих используют минеральные и растительные масла с низкими значениями

дипольного момента и электропроводностью.

В настоящее время в таких институтах, как АНПА, ГАФТ (США),

разработаны краски с учетом вышеперечисленных требований. Скорость

закрепления их на оттиске настолько высока, что они не успевают впитываться в

высокопористые газетные бумаги. Это обстоятельство используют для снижения

массы 1 м2 газетных бумаг, бумаги для справочников и т.д.

Закрепление красочных оттисков с помощью горячего воздуха (Ж -локально

конвективный способ) и газового пламени, а также их комбинации остается

широко распространенным, особенно для рулонных ротационных машин. В

настоящее время применяют главным образом комбинированные сушильные

устройства, включающие газовые горелки с подачей горячего и холодного

воздуха. Назначение горячего воздуха состоит в удалении- с поверхности оттиска

паров растворителя, продуктов сгорания, а также отсос воздуха и продуктов

сгорания. Струи холодного воздуха при выходе полотна из сушильной камеры

снижают его температуру и увлажняют бумажное полотно перед подачей его в

фальцевально-резальный аппарат печатной машины. Принципиальная схема

сушильного устройства представлена на рис.69. При современных скоростях

печатания (30-45 тыс. отт/ч ) длина сушильной камеры составляет 3-4 метра.

Температура на поверхности полотна может достигать 200°С, однако

кратковременность нагрева (сотые доли секунды) и последующий обдув

охлажденным и увлажненным воздухом позволяют сохранить потребительские

свойства оттисков и бумажного полотна в целом.

В заключение следует отметить, что сушильные устройства постоянно

подвергаются совершенствованию, причем прослеживается тенденция к

комбинации способов. При переходе на экологически чистые краски на водной

основе наиболее эффективными оказываются микроволновые сушильные

устройства по причинам, упоминавшимся выше. Наиболее перспективны

сочетания конвективной сушки с ИК-, УФ- или микроволновыми источниками.

Меры борьбы с перетаскиванием (отмарыванием) краски на оттиске

Иногда применение сушильных устройств, особенно при многокрасочной печати

в один прогон, и при высоких скоростях печатания оказывается

недостаточным. Оттиски из печатной машины выходят еще сырыми. Тем более

это может иметь место при печати многокрасочной, да и однокрасочной продукции

на листовых машинах, которые, как правило, не имеют сушильных устройств.

Причины, приводящие к перетаскиванию краски со свежеотпечатанных оттисков на

другую поверхность, смазыванию печатного слоя, состоят в том, что оттиски

контактируют друг с другом в стопе приемно-выводного устройства, контактируют

с поворотной штангой и декелем при запечатывании оборотной стороны, при

фальцевании и т.д. Все эти явления могут иметь место и при оптимальном

проведении печатного процесса - совместимости (подбор) бумаги и краски,

регулировки красочного и печатного аппаратов и т.д.

Решение вопроса отмарывания (перетаскивания, смазывания красочного

слоя) возможно за счет образования разделительного слоя между

свежеотпечатанным оттиском и любой другой контактирующей с ним

поверхностью. В свою очередь свойства и методы по формированию такой

прослойки делятся на средства;применяемые непосредственно в печатной

машине, и средства на выходе из машины при стапелировании, фальцевании,

прессовании и т.д.

К первой группе относятся средства; предотвращающие контакт красочного

оттиска с поверхностями печатной "машины. Так в практике печатания используют

в качестве верхнего листа печатного цилиндра промасленную бумагу, не

воспринимающую краску. С той же целью используют мелкоячеистую ткань из

капрона, которая к тому же передает избыток краски на лист бумаги. Между

бумагопроводящими валиками после поворотной штанги создают «воздушную

подушку» либо наносят на них легко проворачивающиеся диски. Причем диски

контактируют по краям или на внутренних полях с бумажным полотном.

Вторая группа собственно противоотмарывающих средств представляет

собой либо мелкодисперсные порошки (для листовых машин), либо жидкости и

эмульсии. В первом случае их равномерно напыляют по всей поверхности

оттиска с помощью противоотмарывающих аппаратов непосредственно перед

укладкой листов в стопу. В рулонной офсетной (и высокой) печати жидкости

наносят аэрозольным способом (разбрызгиванием) на полотно сразу после его

выхода из сушильного устройства.

В качестве противоотмарочных порошков используют порошки

неорганического происхождения (жесткие) или органические (мягкие). Размер

частиц лежит в пределах 5-30 мкм. Жесткие представляют собой главным образом

карбонат кальция , высаживаемый из пересыщенных водных растворов. Мягкие -

производные сахарозы, крахмал (картофельный, маисовый и т.п.).

В последнее время разработаны эмульсии на основе кремнийорганических

полимеров, при набрызгивании которых на полотно перед фальцевально-

режущим Устройством или перед поворотом полотна для запечатки оборота,

достигается очень хороший эффект. Не следует пренебрегать и чисто

организационными, производственными приемами. Так, при укладке листов в

стопу последняя не

Содержание

Тема 1. Основные условия получения печатных оттисков , 3

Тема 2. Технологическая характеристика красочных и увлажняющих

аппаратов печатных машин основных способов печати 17

Тема 3. Технологическая характеристика печатных аппаратов машин

основных способов печати ........................................ 33

Тема 4. Технологические функции давления в печатном процессе 48

Тема 5. Основные закономерности перехода краски с формы на

запечатываемый материал.................. ... .................. 65

Тема 6. Формирование изображения на оттиске. Критерии качества

печатного изображения.............................................. 89

Тема 7. Подобие воспроизведения изображения в печатном

процессе 101

Тема 8. Технологические основы многокрасочного печатания 124

Тема 9. Закрепление краски на оттиске .................. 148