УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ ДРУКАРСТВА

В Е Л И Ч К О

Олена Михайлівна

УДК 655.3.022.11:655.344:022.65.022.73:655.326.1:043.3

ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ
ВЗАЄМОДІЇ ІНФОРМАЦІЙНОГО,

ЕНЕРГЕТИЧНОГО І МАТЕРІАЛЬНОГО ПОТОКІВ

У ДРУКАРСЬКОМУ КОНТАКТІ

Спеціальність 05.05.01 – Машини і процеси

поліграфічного виробництва

А ф т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Львів-2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Видавничо-поліграфічному інституті

Національного технічного університету України

„Київський політехнічний інститут”

Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант:

Заслужений діяч науки і техніки України,

доктор хімічних наук, професор

Дорош Анатолій Кузьмич, Національний технічний університет України

„Київський політехнічний інститут”, завідувач кафедри репрографії

Видавничо-поліграфічного інституту

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Гавенко Світлана Федорівна, Українська академія друкарства,

завідувачка кафедри технології друкованих видань та паковань

доктор технічних наук

Нечипоренко Микола Арсентійович, компанія „Sun Chemical –

Москоские печатные краски”, технічний директор

доктор технічних наук, професор

Сенченко Микола Іванович, Книжкова палата України, директор

Провідна установа:

Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, кафедра технічної механіки і пакувальної техніки, м. Київ

Захист відбудеться „30” червня 2006 р. о 1400 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.101.01 в Українській академії друкарства (вул. Підголоско, 19, м. Львів, 79020, Україна), ауд. 101.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Української академії друкарства (вул. Підвальна, 17, м. Львів, 79006).

Автореферат розісланий „23” травня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В. Ц. Жидецький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Процес входження України у світове співтовариство, а разом з тим — і у світовий інформаційний простір, знаменує подальший розвиток науки, техніки, освіти. Одним із визначальних чинників соціально-економічного поступу України, як наслідок загальної демократизації суспільства, сьогодні і в майбутньому є і буде різноманітна друкована інформація, яка забезпечує існуючі потреби науки й виробництва, суспільного життя, культури та побуту.

Науково-технічні розробки техніки й технологій друкування контактними способами друку, в основі яких лежать як традиційні, так і не традиційні способи енергетичної дії, визначають прогрес видавничо-поліграфічної галузі в забезпеченні суспільства друкованою продукцією.

Класичні способи друку не втратили своїх вирішальних позицій, тому подальше їх удосконалення має велике практичне значення. Технологія та техніка друку з використанням тиску та кінетичної енергії ще не вичерпали своїх можливостей і мають велику перспективу. Однак існуючі принципи класифікації способів виготовлення друкованої продукції на сьогодні вже застаріли.

У звязку з розробкою нових принципів опису взаємодії матеріалів у технологічних процесах та використання їх у новітніх способах друку; розвитком цифрових технологій; використанням нетрадиційних видів енергії; нових типів друкарських апаратів та форм, які мають якісні параметри принципово видозмінені від традиційних, необхідне докорінне переосмислення та перегляд основ теорії друкарських процесів.

Накопичений різнорідний фактичний матеріал нині в повній мірі не задовольняє потреби вирішення багатьох важливих науково-практичних завдань. Залишаються невирішеними проблеми: ідентичності репродукування; експлуатації комплексних систем; стохастичності у використанні допоміжних технологічних матеріалів. Практично відсутнє комплексне дослідження всіх складників друкарського контакту з позицій взаємовпливу трьох потоків — інформаційного, енергетичного, матеріального, які є головними у формуванні друкованої продукції.

У зв’язку з цим актуальною науково-прикладною проблемою стала розробка теоретичних основ друкарського процесу як способу взаємодії інформаційного, енергетичного і матеріального потоків для продукування відбитків.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась: у межах держбюджетних тем науково-інженерного центру проблемно-орієнтовних інформаційних технологій Видавничо-поліграфічного інституту Національного технічного університету україни „Київський політехнічний інститут” (НІЦ ПОІНТ ВПІ НТУУ „КПІ”): № 2395 „Дослідження характеристик волокнистих матеріалів та розробка композиційного складу паперу для друку офортів”, в якій здобувачкою розроблено методику і проведено експериментальні дослідження, узагальнено результати та розроблено рекомендації щодо друкарсько-технічних властивостей новоствореного офортного паперу; № 2653 „Створення нових очищувальних технологічних розчинів для якісного багатофарбового репродукування”, в якій здобувачкою обґрунтовано проблему, розроблено методику, проведено експериментальні дослідження, узагальнено результати, розроблено склад нових очищувальних засобів;

тематики Українського науково-дослідного інституту спеціальних видів друку (ВАТ „УкрНДІСВД”), в якій під керівництвом здобувачки та за її особистою участю було здійснено пошук, аналіз, узагальнення інформації, обґрунтування наукової ідеї та розробку головних теоретичних напрямків роботи, постановку досліджень та аналіз отриманих результатів. При цьому безпосередньо досліджено вплив параметрів навантаження, технологічних режимів і властивостей середовищ на зміну складу і фізико-механічних та фізико-хімічних властивостей контактувальних поверхневих шарів форм, полімерних плівок, паперу, інших задруковуваних матеріалів: 2ф-85.00.00 „Провести НИР по созданию технологи предварительно запечатываемого рулонного обложечного материала флексографским способом” (1985); 6ф-88 „Провести НИР по прогнозу развития спецвидов печати до 2010 г.” (1988); 30ф-89 „Провести НИР по созданию технологи интенсивной ИК-сушки оттисков трафаретной печати” (1990); 82ф-91 „Провести НИР по созданию легкоудаляемого защитного покрытия и технологию его нанесения” (1992, ДСК); етапи Т2-Т6 теми 2ф-85.86.89 „Разработать технологический процесс предварительного запечатывания рулонного обложечного материала ” (1986); 3ф-84.86.89/1 „Организация специализированных участков по выпуску товаров культбыта с применением трафаретной печати — на Минской фабрике “Красная звезда”” (1989); 3ф-84.86.89/2 „Организация специализированных участков по выпуску товаров культбыта с применением трафаретной печати — на производственном комбинате (ПК) Музфонда СССР (Москва)” (1989); етап Т2 „Разработать ИТ для проектирования участка трафаретной печати” по темі 38ф-88 для Лієпайської фабрики паперово-білових виробів (1988); 67ф-90 „Разработать комплект оборудования трафаретной печати для выпуска листовой крупноформатной продукции” (1990); 47ф-89 „Разработать технологию интенсивной ИК-сушки применительно к трафаретной печати на полимерной таре — НПО “Полиграфмаш”, Москва” (1991); 39-92 „Впровадити устаткування і технологічний процес трафаретного друку і сушки листової продукції — „ЮТА”, Санкт-Петербург” (1993); матеріали досліджень здобувачки по взаємодії елементів друкарського контакту флексографічного друку використані при підготовці та виконанні теми 15фр-99 „Розробити та освоїти виробництво 4-фарбової рулонної флексографічної машини 4ФДР-600” (1999);

планів наукової роботи кафедр репрографії та технології поліграфічного виробництва, що відповідає Концепції національної інформаційної політики України, Закону України „Про пріоритетні напрямки інноваційної діяльності в Україні” № 433-IV від 16 січня 2003 р. та Основним напрямам науково-технічного розвитку книговидання і преси до 2010 р., затвердженим Наказом Держкомтелерадіо № 180 від 21 липня 2003 р.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи — розроблення та експериментальне обґрунтування теоретичних основ взаємодії інформаційного, енергетичного і матеріального потоків у друкарському контакті для продукування друкарських відбитків.

Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати такі завдання:

1. Проаналізувати сучасний стан технології друкування, визначити загальні тенденції розвитку, створення та удосконалення всіх складників друкарського процесу;

2. З позицій системного аналізу дослідити друкарський процес і розробити структурну модель розподілу енергетичного потоку, на основі яких запропонувати нову класифікацію способів друку, що відображає сучасний стан розвитку технологічних процесів;

3. Провести експериментальні дослідження елементів і процесу друкарського контакту та визначити загальні закономірності їх зміни під впливом технологічних режимів і середовищ;

4. Розробити нові методи визначення властивостей друкарських форм, які б сприяли їх стабілізації та давали можливість прогнозувати поведінку в контакті;

5. Встановити аналітичні вирази інформаційного, енергетичного і матеріального потоків у друкарському контакті й узагальнити принципи тиражної якості елементів друкарського контакту;

6. Розробити науково обґрунтовані рекомендації зі стабілізації, нормалізації та інтенсифікації способів друку, які застосовують механічну енергію декодування інформації в друкарському контакті.

Об’єктом дослідження є процеси взаємодії інформаційного, енергетичного і матеріального потоків у друкарському контакті офсетного плоского зі зволоженням друкарських форм і флексографічного способів друку.

Предметом дослідження є взаємодія інформаційного, енергетичного і матеріального потоків та закономірності їх змін під впливом технологічних режимів і середовищ у друкарському контакті; інтенсифікація закріплення фарби на відбитку.

Методи дослідження. На основі системного аналізу, теорії графів, термодинаміки незворотних процесів розроблено комплексну методику вивчення взаємодії елементів друкарського контакту. Застосовано: стендове моделювання друкарського контакту на базі лабораторного прободрукарського пристрою ЛП-2; виробничі друкарські процеси на базі провідних підприємств України і Росії; ІЧ- та мас-спектроскопія; диференційний термічний аналіз; фотоколориметрія; спектрофотометрія; електронна мікроскопія; визначення фізико-механічних та фізико-хімічних властивостей матеріалів контактувальних пар; статистичну обробку експериментальних даних в пакетах прикладного пограмного забезпечення MahtCard 2000 Professional, Excel 2000, дисперсійний та регресійний аналізи у пакеті ПРИАМ на базі ПЕОМ Pentium IІІ; фрактальний аналіз у пакеті TalyMap Expert 2.0.15.

Наукова новизна одержаних результатів. За результатами виконання роботи уперше:

1) обґрунтовано друкарський процес як спосіб взаємодії інформаційного, енергетичного і матеріального потоків для відтворення інформації на друкованому відбитку та продукування елементами друкарського контакту енергетичного, матеріального і інформаційного потоків з новими параметрами;

2) з позицій термодинаміки незворотних процесів теоретично обґрунтовано стан і поточні властивості друкарського контакту як часову структуру, яка реалізується в кожній точці постійних елементів друкарського контакту і компенсується змінними елементами для забезпечення перенесення інформаційного потоку, відновлення властивостей друкувальних та проміжних елементів та підтримки незворотних процесів обміну енергією; визначено межі її поточної рівноваги;

3) комплексно експериментально досліджено структуру і властивості елементів контакту — друкарських форм флексографічного і офсетного плоского друку зі зволоженням, офсетних гумовотканинних полотнищ (ОГП), фарбових валиків з гуми і поліефіруретану, трикотажних чохлів зволожувальних валиків, задруковуваного матеріалу (паперу, картону, полімерних плівок) та встановлено закономірності їх зміни під впливом технологічних режимів і середовищ контакту;

4) розроблено та обґрунтовано нову класифікацію способів друку;

5) встановлено аналітичні вирази енергетичного, інформаційного і матеріального потоків, що описують взаємодію всіх складників друкарського контакту;

6) розроблено і обґрунтовано модель розподілу енергетичного потоку в друкарському контакті механічних способів друку, яка характеризує його передачу від первинного джерела до вторинного, яке створюється безпосередньо у контакті і здійснює процес декодування інформаційного потоку матеріальним;

7) експериментально встановлено вплив інтенсивних енергетичних потоків на задруковуваний матеріал і обґрунтовано технологічні режими інтенсифікації закріплення фарби і стабілізації відбитків.

Практичне значення одержаних результатів. На основі єдиної методологічної концепції обґрунтовано розрізнені визначальні фактори та розроблено методики діагностики стану і прогнозування меж поточної рівноваги взаємодії елементів друкарського контакту. За результатами здійсненої аналітичної діагностики друкарського процесу розроблено принципи управління межами стану поточної рівноваги.

Розроблено і запатентовано нові: способи виготовлення друкарських форм; раціональної експлуатації ОГП; склад очищувальних розчинів. Розроблено нові рекомендації: по вдосконаленню технологічних процесів контактних способів друку; раціональному застосуванню розчинників та змивних засобів для поліпшення друкарсько-технічних властивостей контактувальних пар, які впроваджені у виробництво фарбових валиків у ТОВ „Десса” (Україна) та застосовуються на поліграфічних підприємствах галузі, що підтверджено актами.

Розроблено: оперативні методики визначення властивостей формних матеріалів, а саме активності фотополімеризаційноздатних матеріалів і композицій та оцінки ступеня термообробки світлочутливих монометалевих пластин, що запобігає зниженню їх тиражної якості і дає можливість прогнозувати поведінку в процесі друкування, які застосовуються на поліграфічних підприємствах; принципи, методи і засоби інтенсифікації закріплення відбитків, що підвищує продуктивність виробництва, які реалізовано у конструкціях сушильних пристроїв, розроблених ВАТ „УкрНДІ СВД”.

Головні науково-практичні здобутки спрямовані на розвиток і впровадження нових технологічних процесів, обладнання і матеріалів контактних способів друку, технології інтенсивної сушки відбитків для підвищення їх якості, продуктивності та забезпечення духовних і господарських потреб суспільства, що підтверджено актом ВАТ „УкрНДІ СВД” про економічну ефективність і народно-господарське значення розробки.

Основні положення роботи використано в навчальному процесі підготовки фахівців у ВПІ НТУУ „КПІ” в теоретичних лекційних, практичних і лабораторних курсах з дисциплін „Основи технології поліграфічного виробництва”, „Проектування технологічних процесів”, „Матеріалознавство (загальне, поліграфічне)”, „Матеріалознавство технологічних і конструкційних матеріалів АСПТГІ”, „Проектування і розрахунок виробничих процесів”, курсовому і дипломному проектуванні освітньо-кваліфікаційних рівнів бакалавра, спеціаліста, магістра напряму 0927 „Видавничо-поліграфічна справа”.

Особистий внесок здобувача. Наукові теоретичні і експериментальні результати, наведені в дисертації, виконані здобувачкою особисто. В роботах [2—4, 15—17, 22, 29, 30, 35—41, 47—51, 56—58, 60—63, 66] здобувачці належать ідеї, обґрунтування, розробка теоретичних напрямків, постановка та аналіз результатів досліджень, в роботах [18, 20, 24, 33] пошук, аналіз, узагальнення інформації та постановка і аналіз результатів досліджень, в роботах [19, 25—28, 32, 35] розробка теоретичних напрямків, аналіз і узагальнення результатів дослідження.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались та обговорювалися на науково-технічних конференціях: „ІХ-й Всесоюзной по специальным видам печати” (м. Київ, 1990), науково-виробничому семінарі „Прогрессивные технологии и материалы в производстве печатных плат” (м. Міас, Челябінська обл., Росія, 1990), звітних наукових конференціях професорсько-викладацького складу УАД (м. Львів, 1993, 1995), „Квалілогія книги” (м. Львів, 1998–2000), „Друкотехн” (м. Львів, 2000, 2002), „Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва” (м. Київ, 1998), Першій заочній міжнародній науковій конференції „Проблемы современной полиграфии” (Омськ, Росія, 2002), Першій міжнародній науково-технічній конференції „Технологія і техніка друкарства. Друк-2004” (м. Київ, 2004).

Публікації. Результати наукових досліджень дисертації опубліковано в 67 роботах, в тому числі одна монографія, один конспект лекцій, одна брошура, 2 свідоцтва на винаходи і 2 патенти України, 44 статті у фахових наукових виданнях, тези чотирьох доповідей у матеріалах міжнародних науково-технічних конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку науково-технічних джерел, додатків. Обсяг рукопису 391 сторінка, у тому числі 84 рисунки, 14 таблиць, 16 додатків. Список використаних науково-технічних джерел нараховує 357 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У ВСТУПІ обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано її мету і завдання, наведено головні наукові й практичні результати досліджень та результати апробації роботи.

У першому розділі — „Друкарський процес — складник інформаційних технологій” — проаналізовано світові тенденції та напрями розвитку інформаційних технологій і технології друкарства в Україні. Розроблена узагальнена блок-схема технологічного процесу видавничо-поліграфічної справи показує особливе значення друкарства в інформаційних технологіях і в суспільній сукупності інтелектуальної власності.

Увесь видавничо-поліграфічний комплекс характеризується взаємодією з навколишнім середовищем, стохастичністю поведінки, ієрархічною структурою, взаємозвязком та взаємозумовленністю структурних елементів. Стохастичність зумовлена процесом друкування при наявності багатьох змінних факторів, а ієрархічність може розглядатися як система друкарської пари нижчого рангу при друкарському контакті в системах вищих рангів — друкарського апарата, друкарської машини, цеху, підприємства, видавничо-поліграфічного комплексу. Система на всіх рівнях має складну структуру і виконує визначену функцію — сприйняття, перенесення та багатократне відтворення інформації. Розроблена принципова схема опрацювання інформації видавничо-поліграфічною системою визначає головні складники друкарського процесу: енергію, інформацію та матеріали, і показує їх взаємодію між собою у загальному продуктивному пересічному потоці та з навколишнім середовищем.

Друкарський процес можна реалізувати лише шляхом механічної, хімічної, електричної, магнітної та іншої взаємодії елементів у друкарському контакті, які здатні нанести зображення на задруковуваний матеріал за допомогою визначеної енергетичної дії.

На основі теоретичних, термінологічних і технологічних аспектів сучасних класифікацій способів друку обґрунтовано нову дефініцію терміну „друкарський процес” як способу взаємодії у визначений проміжок часу інформаційного, енергетичного та матеріального потоків для відтворення інформації на друкованому відбитку, та запропоновано нову класифікацію способів друку за трьома головними ознаками: 1) видом енергії перенесення зображення; 2) засобом енергетичної дії; 3) конфігурацією енергетичної дії (способом просторово-графічної будови друкувальних елементів на формі) і одною додатковою визначально-пояснювальною характеристикою.

Розроблено енергетичну модель друкарського контакту, яка відображає перетворення, нагромадження, перерозподіл і розсіювання енергетичного потоку елементами контакту (рис. 1).

Рис. 1. Енергетична модель друкарського контакту. Перетворення, накопичення, перерозподіл енергії: E0 — мережі (електроенергії); E1 — двигуна; E2 — відбитка; E 3 — друкарського контакту; E 4 — форми; E 5 — декеля; E 6 — технологічного середовища; Eрозс. — розсіяна; Eакт. — активації; Eпас. — пасивації; OM — обертальний момент; швидкості: vд.м. — обертання деталей машин; v — друкарського контакту; P — тиск на ділянці друкарського контакту; n — кількість складників друкарського контакту (n = 1,2,3,...); у — напруження; е — деформації; с — щільність дефектів кристалічної структури; ц — мікродефекти; уп.н. — коефіцієнт поверхневого натягу; з — в’язкість; Qи — розсіяна теплота; Qn — накопичена теплота елементами контакту; Qp — теплота трибохімічних реакцій; Q — загальна теплота; ДW — зміни внутрішньої (нетеплової) енергії; ДS — зміна ентропії за рахунок довільного обміну складників з навколишнім середовищем; Sакт. — ентропія активації; И — теплопровідність; C — теплоємність; T — робоча температура; Tн.с. — температура навколишнього середовища.

У другому розділі — „Методи дослідження” — розроблено концептуальний підхід до методики дослідження взаємодії енергетичного, інформаційного і матеріального потоків у друкарському контакті на підставі сучасних наукових класичних і стандартних поліграфічних методів і засобів контролю: складу; структури; властивостей складників технологічного процесу репродукування відбитків. Розроблено узагальнену блок-схему здійснення досліджень і алгоритм прийняття рішень за результатами статистичної обробки експериментальних даних.

Розроблено комплексну методику експериментальних досліджень друкарського контакту системи „оригінал—фотоформа—друкарська форма—відбиток” в лабораторних, стендових і виробничих умовах, яка включає візуальні та інструментальні засоби оцінки технологічних параметрів і якісних показників шляхом: моделювання друкарського процесу в лабораторіях ВПІ НТУУ „КПІ”; Жешувської політехніки (Польща); Штутгартської вищої школи медіа-технологій (Німеччина); використання тест-форм у виробничих умовах на підприємствах України і Росії.

Для дослідження властивостей контактувальних пар застосовано сучасні: класичні фізичні методики ІЧ і мас-спектроскопії; диференційного термічного аналізу; електронної просвічуючої і растрової мікроскопії; стандартні засоби контролю якості для визначення умов та вивчення процесів взаємодії елементів друкарського контакту — вимірювання оптичної густини; твердості; розтискування; розривного зусилля; міцності на згин за числом подвійних перегинів; метод фрактального аналізу поверхнево-просторових геометричних структур в системі 3D графіки.

В роботі досліджені поширені марки: формних матеріалів, офсетних гумовотканинних полотнищ (ОГП); друкарських фарб; паперу; зволожувальних розчинів (ЗР); змивних та очищувальних засобів; полімерних плівок товщиною 200...1200 мкм з поліетилену (ПЕ), полівінлхлориду (ПВХ); покривних палітурних матеріалів; фарбових валиків з поліефіруретану „Монотан” та гуми; трикотажних чохлів.

Вперше випробувано модельні зразки нових: фарб подвійного механізму закріплення; технологічних очищувальних розчинів; паперу офортного на основі модифікованих ефірів целюлози.

Моделювання умов контакту в механічному плоскому друці з переконтактом зі зволоженням (МПДПЗ) — за традиційною термінологією: у офсетному плоскому друці зі зволоженням друкарських форм — здійснено на лабораторному друкувальному пристрою „ЛП-2” ВНИИ полиграфии за стандартними методиками отримання відбитків в постійних режимах.

Здійснено експериментальні дослідження у виробничих умовах на друкарських машинах „Планета-Варіант”, Hamada B452A, Adast Dominant 745C та Speedmaster 74 з середньою продуктивністю 5000...12000 об./год. та ризографі RA5900.

Проведено моделювання режимів друкарського контакту в механічному друці прямого контакту з рельєфно-випуклих еластичних форм (МДПКЕ) (за традиційною термінологією — флексографічний друк) в друкарських машинах: ярусної побудови „Ультрафлекс А 106” та планетарної побудови Lemo Meisterflex.

Розроблено, теоретично обґрунтовано і практично реалізовано нові оперативні методики оцінки активності широкого кола фотополімеризаційноздатних композицій (ФПК) і контролю колірних характеристик друкарських форм на основі монометалевих пластин на алюмінії з копіювальним шаром з похідних діазосполук.

Дослідження технологічного процесу відтворення градацій у глибоких тінях у МДПКЕ здіснювалося в лазерному гравірувальному апараті СDI Spark (Barco Graphics) з растровим процесором FlexRip C 5.2 для виготовлення фотополімерних друкарських форм (ФДФ) за технологією CTP.

У третьому розділі — „Аналіз елементів триботехнічної системи контактних СПОСОБІВ друку” — здійснено теоретичний і експериментальний аналізи стохастичності елементів триботехнічної системи контактних способів друку (друкувальних елементів (ДЕ), ОГП, фарбових і зволожувальних валиків, задруковуваних матеріалів) у процесі експлуатації під дією технологічного середовища. Визначено вплив кожного зі складників друкарського контакту на перебіг технологічного процесу репродукування, закономірності зміни їх властивостей та розроблено науково обґрунтовані рекомендації щодо експлуатації.

Дослідження впливу режимів термообробки ДЕ монометалевих форм виявили зв’язок між зростанням колірних відмінностей та насиченості С копіювального шару і ступенем хімічних перетворень у ньому, що уможливили прогнозування властивостей форм для забезпечення високої якості продукування відбитків.

Встановлено зміни крайового кута змочування ДЕ форм МДПКЕ: поступове після 100 тис. відбитків, а після 500 тис. — стрімке зростання, що зумовлено як енергетичною дією, так і агресивним середовищем.

Встановлено інтенсивні зміни структури ДЕ з гуми і ФДФ — нагромадження кисневмісних груп в початковий період друкування, які зумовлені деструкцією. Певну стабілізацію змін впродовж 60...500 тис. відбитків зумовлено конкуруючими процесами деструкції і нарощування молекулярної маси та розгалуження ланцюгів. Після 500 тис. відбитків деструкція переважає, що виявляється в зменшенні інтенсивностей усіх характеристичних смуг на спектрограмах ІЧС. Адсорбція і хемосорбція призводить до зміни змочування.

Для поліпшення друкарсько-технічних властивостей ФДФ запропоновано їх обробку у водному розчині оцтової кислоти з додаванням заліза щавлевокислого та гексаметилентетраміну впродовж 5...10 хв. з наступним нагрівом при 70...120 оС тривалістю 5...10 хв. В результаті обробки зникає липкість ФДФ, знижуються: на 20 % спотворення відбитків, на 10 % ступінь набрякання в розчинниках флексографічних фарб, на 0,2 Б підвищується оптична густина відбитків. Зміни структури носять більш стабільний характер порівняно з необробленими ФДФ, скорочується період припрацювання ДЕ і, крім того, зменшуються відходи виробництва і кількість браку. Запропоновано монолитну конструкцію ДЕ МДПКЕ, яка складається з ДЕ і основи, виконаної у вигляді нез’єднаних опор растрової структури з лініатурою Lp 10...20 лін/см і відносною площею растрових елементів Sвід. 40...45 %.

Узагальнено результати дослідження друкарсько-технічних властивостей ОГП та закономірності перенесення фарби і ЗР, пов’язані зі змінами у поверхневих шарах зі збільшенням числа циклів друкарського контакту, застосуванням змивних засобів, впливом ЗР. Компоненти останнього, зокрема ізопропіловий спирт, як показали результати мас-спектроскопічного аналізу десорбцією полем, адсорбуються в поверхневих шарах ОГП, що виявляється у появі у спектрах спрацьованих ОГП смуг 19 і 29, які ідентифікуються з іонами С2Н5+ і Н3О+. Це призводить до порушення фарбоперенесення та емульгування фарб.

За результатами поверхнево-параметричної оцінки встановлено, що характер геометричних структур ОГП — ізотропний випадковий. Зменшення параметрів висоти мікронерівностей і ступеня розвинутості поверхні ОГП та збільшення показника величини утримання мастила залишковими впадинами доповнює й підтверджує виявлений характер перенесення фарби і ЗР, спричинених упливом факторів друкарського контакту.

Розроблено технологію раціональної експлуатаії ОГП, на яку отримано патент України. Запропоновано здійснювати обробку поверхні ОГП потоком ІЧ-випромінювання впродовж 3...7 хв на віддалі від джерела до поверхні 15...25 см та періодично контролювати коефіцієнт поверхневого натягу для забезпечення стабільної роботи ОГП офсетного декеля.

Встановлено фарбомісткість паперу нового композиційного складу з карбоксиметилцелюлози (КМЦ) і фосфорного ефіру целюлози (ФЕЦ) залежно від параметрів друкарського контакту і електрокінетичних властивостей сировини. Найбільша фарбомісткість у паперу ФЕЦ, що пояснюється складом волокна, його електрокінетичними властивостями за -потенціалом, який становить –0,0061мв, та капілярно-пористою структурою паперу.

Доведено, що взаємодія матеріального та інформаційного потоків продовжується й після друкарського контакту. Від її енергетики і фізико-хімічної сутності залежить якість інформації на відбитках. Розкрито значення технологічних процесів остаточного закріплення фарби на задруковуваних матеріалах — пористих (всотувальних) і непористих (невсотувальних) носіях інформації, для збереження інформаційної місткості відбитків упродовж тривалого часу. Узагальнено методи і засоби інтенсифікації закріплення фарби на відбитках, розроблено їх класифікації та схему енергетичних процесів теплообміну у задруковуваному матеріалі. Розроблено рекомендації щодо застосування методів інтенсифікації закріплення відбитків.

Розроблено і експериментально випробувано метод інтенсивного закріплення відбитків за допомогою ІЧ-випромінювання щільного енергетичного потоку, який сприяє підвищенню продуктивності друкарського контакту і який було реалізовано у розробках ВАТ „УкрНДІ СВД” і впроваджено у виробництво.

Здійснено комплексну оцінку технологічного середовища друкарського контакту. Вивчено схему розподілу фарби і ЗР у системі друкарського контакту МПДПЗ. Визначено матеріальний баланс контакту, який відповідає виразу:

(1)

де товщина шару фарби: hф —на формі;

h1 — що залишилася на формі після контакту з ОГП;

hогп — перейшла на ОГП;

h4 — що залишилася на поверхні ОГП після контакту з папером.

За постійних умов друкування шар фарби з форми переходить на ОГП і задруковуваний матеріал рівномірно і розподіляється по їх граничних шарах. Товщину граничного шару на ОГП, що лежить в межах 56,4...89,7 нм, визначено на підставі закону Гука.

Виявлено суттєві відмінності у якості водогінної води, яка застосовується для розбавляння фарб МДПКЕ; приготування ЗР у МПДПЗ і змивних розчинів, що змінює їх характеристики та призводить до значного набрякання валиків. Це зумовлено впливом заряду поверхні пігменту на стійкість коагуляційної структури.

Встановлено ступінь емульгування сучасних фарб МПДПЗ, яка знаходиться в межах 53…67 %, модельних фарб подвійного механізму закріплення — 16…31 %. Вузькі межі ступеня емульгування передбачають коректне ведення процесу зволоження друкарської форми і застосування ОГП.

Визначено вплив якості поверхневих шарів ПрЕ на їх взаємодію зі ЗР; узагальнено чинники якості друку, зумовлені ЗР, взаємозв’язок складу і властивостей ЗР, енергетичні чинники розподілу ЗР на ПрЕ. Визначено характер когезійно-адгезійних зв’язків на межі „ЗР—ПрЕ” і „ЗР—ОГП” та показано їх зміни упродовж друкарського циклу, зумовлені змінами поверхневих властивостей контактувальних пар.

На підставі аналізу визначеної структури поверхні ПрЕ пластин марки „УПА” встановлено відмінності від європейських пластин за рельєфом. Адсорбована плівка з’являється під час друкування накладу і утримується впродовж деякого часу, відповідно тиражестійкості цих пластин, що коливається в межах 70...150 тис. відбитків залежно від ступеня термообробки. Це зумовлено процесом виготовлення друкарських форм на них, де обов’язковим є оброблення поверхні ПрЕ гідрофілізуючим розчином після проявлення копій та способом наповнення анодної плівки. Негативний вплив силікату натрію, як наповнювача анодної плівки, та додаткової обробки у гідрофілізуючому розчині є причиною порушення відновлення плівок ЗР у процесі друкування.

Встановлено збільшення еластичних і залишкових деформацій поліефіруретану, втрату пружності, збільшення часу релаксації напружень, що спричинюються розривом поперечних зв’язків, зменшенням просторово-сітчастої і збільшенням просторово-розгалудженої структури, зростанням молекулярного ланцюга. Зазначені явища зумовлені деструкцією поверхневих шарів, що узгоджується із виявленою зміною їх морфології — появою чітко вираженої текстури та значних ділянок асоціатів глобул без чітко визначених границь.

Встановлено: фарбомісткість; коефіцієнт поверхневого натягу поліефіруретанових і гумових валиків; вплив змивних засобів на набрякання матеріалу валиків; визначено проблему коректного застосування водогінної води для розведення змивних засобів. Для змивних засобів побудовано ряд за найменшим ступенем їх впливу на набрякання поліефіруретанових валиків: (Rotowash 60; Hydrowash 60; Boettcherin 60) < уайт-спірит < WVM-111 < Rotowash 60 + водогінна (дистильована) вода (1:1) < Boettcherin 60 + водогінна (дистильована) вода (1:1) < Hydrowash 60 + дистильована вода (1:1) < WVM-111 + дистильована (водогінна) вода (3:1) < Hydrowash 60 + водогінна вода (1:1). За ступенем найбільшого впливу на набрякання гумових валиків встановлена така послідовність: WVM-111+ водогінна (дистильована) вода (3:1) > WVM-111 > WVM-111 + дистильована вода (3:1) > Hydrowash 60 + водогінна вода (1:1) > Hydrowash 60 + дистильована вода (1:1) > Hydrowash 60 > уайт-спірит > Boettcherin 60 + водогінна вода (1:1) > Rotowash 60; Rotowash 60 + водогінна (дистильована) вода (1:1); Boettcherin 60; Boettcherin 60 + дистильована вода (1:1).

На підставі наведених ступеневих рядів: розроблено і впроваджено у виробництво технологічні рекомендації щодо раціонального застосування сучасного асортименту змивних засобів; розроблено і експериментально апробовано нові комбінації розчинників для очищення поверхні ОГП і фарбових валиків. Розроблено новий змивний засіб, на який отримано патент України.

Визначено поглинання води і ЗР зволожувальними трикотажними чохлами. Встановлено чітке розділення чохлів за поглинанням води на дві групи: перша характеризується інтенсивним всотуванням вологи, друга — повільним. Стрімке поглинання ЗР свідчить про короткий період припрацювання чохла і встановлення балансу зволоження ПрЕ. За характером кінетики та досягнення зрівноваженого поглинання води і ЗР побудовано технічні ряди досліджуваних марок чохлів. За водопоглинанням: Z-RS > Red Mol > ZL-204 > УкрНДІПВ > EL-P > P > PL > EL-Z > ZG-KS > PNG > ZKS; за поглинання ЗР: Z-RS; Red Mol > УкрНДІПВ > ZL-204> EL-P > P > EL-Z > PL > ZKS > ZG-KS > PNG.

У четвертому розділі — „АНАЛІЗ ІНФОРМАЦІЙНОГО ПОТОКУ У ПРОЦЕСАХ РЕПРОДУКУВАННЯ” наведено результати аналізу системи „фотоформа—друкарська форма—відбиток” за яким встановлено майже ідеальна градаційна передача у всіх досліджуваних фотоскладальних апаратах (ФСА): Screen FT–R 3050; Agfa SelectSet Avantra 30; CreoScitex Dolev 800+; ECRM Mako; FujiFilm Luxel F–6000; ScanGraphic Othello; Purup–Eskofot (ImageMaker B1 CtF); Heidelberg Primesetter CD 102.

Всі ФСА виводять шрифт кеглів 6 і 8 зі значними спотвореннями. При нормі ±1 %, вони сягають 20 %, а у ФСА CreoScitex Dolev 800+ ще й кегль 10 має спотворення 5 %.

За гістограмами чорної фарби модельного тесту фотоформи, записані у ФСА: ScanGraphic Othello, Purup-Eskofot ImageMaker B1 CTF, Heidelberg Primesetter CD більш контрастні у порівнянні з іншими. Найменш контрастні фотоформи ФСА Screen FT-R 3050 i Agfa SelectSet Avantra 30. Хоча в цілому, розподіл градацій подібний між собою на всіх фотоформах чорної фарби і залишається таким й на друкарських формах.

Розтискування на відбитках чорної фарби становить межі 6...36 % при допустимих 15...20 %. Градаційні спотворення в межах накладу не перевищують допустимих відхилень: 0...16 % при нормі 20 %.

Аналіз якості відтворення інформації за технологією CTP за порівнянням гістограм чорної фарби виявив подібність розподілу градацій так, як і на традиційних друкарських формах. Проте, за контрастністю друкарські форми, виведені у CTP-пристроях, можна розташувати у такий технічний ряд від найбільшої:

Fujifilm Luxel Vx-9600, ( форма Fujifilm Brillia LP-NV) > Highwater Pyton (Lastra LV-2); Screen Plate Rite 4100 (Lastra LT-2) > Esko-Graphics PlateDriver 8HS Auto (Lastra LV-2); Agfa Palladio (AGFA Lithostar Ultre); Screen Plate Rite Micra (AGFA); Trendsetter 3244 (KPG Electra Excel) > Heidelberg Prosetter 74 (AGFA Lithostar Ultre).

За оцінкою розподілу градацій та відносної площі растрових елементів найбільші (20 %) спотворення виявлено на відбитках друкарських форм, виведених у CТP-апаратах Highwater Pyton і Agfa Palladio.

Конструкційні особливості фарбового апарата друкарської машини Hamada B 452 A суттєво впливають на розподіл фарбового шару по площині відбитка. Виявлені межі оптичної густини чорної фарби Dч 1,47...1,89 Б не суперечать прийнятим нормам (1,55...1,85) ± 0,15 Б. Проте у площині відбитків відхилення оптичної густини по ширині друкарських аркушів складає 0,18...0,40 Б, що дещо перевищує нормовані значення 0,15...0,20 Б.

Відсутність суттєвої різниці у експериментальних даних можна пояснити однаковою роздільною здатністю практично всіх порівнюваних фотоформ і друкарських форм. Тільки на друкарських формах, виведених у CТP-пристрої Screen Plate Rite 4100, роздільна здатність вдвічі вища. З іншого — встановлення стандартних технологічних режимів виводу недостатньо реалізує можливості апаратного і програмного забезпечення різних CТP-пристроїв.

Аналіз результатів растрування з нетрадиційними растровими структурами у МДПКЕ виявив значні відмінності у рельєфі поверхні Sвідн. ф. 100 % ДЕ та у характері розподілу оптичної густини відбитків Dвідб. залежно від градаційного поля. Зміни Dвідб. на відбитках, отриманих з форм за традиційним алгоритмом растрування, носить лінійний характер і досягає значень в межах 1,14...1,47 Б. Натомість, Dвідб. відбитків за експериментальними варіантами растрування носить екстремальний характер і значно менші за традиційні.

Для варіанту Groovy_5 при відстані між формним і анілоксовим циліндрами 60 мкм екстремум кривої Dвідб.=f(Sвідн. ор.) знаходиться в точці 94 %, але значення Dвідб. в межах 90...94 % співпадають з традиційним варіантом, а потім стрімко падають. Збільшення відстані між формним і анілоксовим циліндрами призводить до збільшення Dвідб. в точці екстремуму до 1,35...1,56 Б.

Проведені дослідження показують, що рекомендації стосовно поліпшення якості тоно- та кольоропередачі в процесі друкування в глибоких тінях зображення з відносною площею растрових елементів у межах 90...100 % шляхом збільшення роздільної здатності на цих ділянках в кожному конкретному випадку вимагають індивідуального підходу. Варіант Groovy_5 з растровими елементами Eccentric 1 в три рази перевищує традиційну лініатуру (48 лін/см) і забезпечує оптичну густину відбитка 1,56 Б на ділянках полів 94 %, що недосяжно за однакових умов друкування з традиційним раструванням.

У п’ятому розділі — „принципи ВЗАЄМОДІЇ ІНФОРМАЦІЙНОГО, МАТЕРІАЛЬНОГО І ЕНЕРГЕТИЧНОГО ПОТОКІВ” розглянуто і узагальнено функціональну схему системи „оригінал—відбиток” („І0—Ів”) як робочий потік відтворення інформації, до складу якої (рис. 2) входять технологічні об’єкти (ТО) керування: виготовлення друкарських форм (ТО1) та друку (ТО2). Ці два обєкти є головними складниками всієї системи, де відбувається взаємодія трьох потоків і які стають головною метою управління технологічним процесом.

Інформаційний потік можна записати як послідовне перетворення інформаційної місткості з різним ступенем передачі щільності інформації у вигляді:

, (2)

де I0, I1, I2, I3 — інформаційна місткість: оригіналу, зображення у форматах операційної системи опрацювання інформації, фотоформи (друкарської форми), відбитка;

G1, G2, G3 — оператори перетворень, які характеризуються факторами управління і впливу технологічних режимів і середовищ на етапах перетворень від оригіналу до репродукції.

Оператор G1 зумовлює ступінь перетворень, який залежить від програмного і апаратного забезпечення видавничої системи, G2 — від властивостей фототехнічної плівки, формної пластини, параметрів виводу і запису за допомогою лазерного випромінювання, режимів копіювання; G3 — режимів друкарського процесу, властивостей фарби і задруковуваного матеріалу.

Рис. 2. Схема функціонування системи відтворення інформації „оригінал (І0)—відбиток (Ів)”: X1, X2, X3 — вхід у систему; Е0 — енергія; М0 — матеріали; І0 — аналогові та цифрові оригінали; Y1, Y2 — виходи із системи; ДФ — друкарська форма; Ів — відбиток; А0 — імпульсний квантувач реєстрації аналогового сигналу; АЦП — аналогово-цифровий перетворювач; ЕОМ — комп’ютер (зберігання і транспортування файлів); ЦАП — цифрово-аналоговий перетворювач; ВЕДК — взаємодія елементів друкарського контакту;

взаємодія енергетичного, інформаційного і матеріального потоків для: У І1, Е1, М1 — продукування друкарських форм; У І2, Е2, М2 — продукування відбитків; У І3, Е3, М3 — закріплення зображення на відбитку;

технологічні об’єкти керування: ТО1 — процесу виготовлення друкарських форм (CTF, CTP); ТО2 — процесу виготовлення відбитків.

Критерієм оцінки змін інформаційного потоку є ентропія, яка визначає ймовірність стану системи. Друкарська форма переносить інформацію на відбиток впродовж певного тиражу. Структуру зображення на формі можна характеризувати як дискретну, що складається з окремих символів x1, x2, x3, ..., xn з певним інтервалом або розподілом інформаційної місткості, яка залежить від інформаційної місткості оригіналу з урахуванням операторів перетворень G1, G2.

У процесі друку форма є джерелом сигналів, а задруковуваний матеріал — приймальником інформації. Це взаємозв’язані об’єкти, передача інформації в яких здійснюється матеріальним потоком. З урахуванням операторів перетворень G1, G2, G3, цей взаємозв’язок зумовить появу як ідентичних, так й спотворених сигналів на відбитку. При однаковій ймовірності появи ідентичних та спотворених сигналів їх ентропія визначається формулою К. Шеннона, за якою її нульове значення Н(х)=0 характеризує ймовірності одного зі станів, що дорівнює одиниці і свідчить про визначеність, стабільність процесу. При ймовірності появи ідентичних сигналів на відбитку Н(х)=0, і навпаки, при появі тільки спотворених сигналі Н(х)=0. Отже, застосування цієї формули для оцінки інформаційного потоку у друкарському контакті некоректне, так як ймовірність появи спотворених сигналів не має чіткого визначення і характеру розподілу. Крім того, і на самій формі, як джерелі постійної передачі сигналів, закономірна поява з повною ймовірністю спотворених сигналів, які при передачі на відбиток продукують ймовірність появи як ідентичних спотвореним, так і додатково спотворених. На підставі припущення про співпадання кількості інформації на один відлік сигналу з їх ентропією при будь-якому співвідношенні ймовірностей окремих реалізацій випадкових сигналів для друкарського контакту, кількість інформації, що переноситься з форми на задруковуваний матеріал з урахуванням умовної ентропії та інформаційної місткості оригіналів поліграфічної репродукції, швидкості друку, накладу описується аналітичним виразом:

, (3)

де L — лініатура растру; N — число субелементів у растровому елементі; t — час контакту; T — наклад.

Вираз (3) є узагальненим визначенням характеру руху інформаційного потоку, який укладається в принципи Пригожина-Гленсдорфа, де нелінійний характер протікання процесів і кооперативна поведінка їх елементів зумовлюють стан поточної рівноваги, яка буде характеризуватися мінімальним виробництвом ентропії.

Обґрунтовано матеріальний потік друкарської системи, який переносить інформацію на задруковуваний матеріал з ДЕ, які мають постійний шар фарби, у вигляді множини елементів:

(4)

де множина елементів: M —матеріального потоку; А — фарбового апарата, ; B — друкарської форми, ; C — відбитка, ; N — розсіяного матеріального потоку, .

Після перетворень матеріальний потік буде мати вираз:

(5)

де b – ширина смуги контакту при фарбоперенесенні;

товщина шару фарби: d1 — у фарбовому апараті; d2 — на формі; d3 — на відбитку; d4 — накопичується на формі; інформаційна місткість: I1 — форми; I2 — відбитка.

Вираз (5) характеризує матеріальний потік друкарської системи з урахуванням розсіювання фарби