книги из ГПНТБ / Геодаков, А. И. Изготовление форм офсетной печати

(оксидной пленки). Процесс образования такой пленки называется о к с и д и р о в а н и е м .

Практика работы с печатными формами, изготовленными на ок­ сидированных алюминиевых пластинах, показала, что тиражеустойчивость их равна 60—80 тыс. оттисков с одной формы.

Формы, изготовленные на оксидированном алюминии, обладают еще и следующими особенностями:

1) способностью передавать самые тонкие и близкорасположен­ ные друг к другу штрихи (большая разрешающая способность), что объясняется малой величиной зерна на их поверхности;

2)способностью удерживать полимер на пробельных элементах, что позволяет минимально увлажнять форму, а это в свою очередь уменьшает деформацию бумаги и, следовательно, улучшает каче­ ство печати;

3)обработанные гидрофилизующим раствором участки формы не «засаливаются»;

4)печатающие элементы на алюминии не «растекаются», как это бывает на цинковых пластинах; штрихи и тонкие линии полу­ чаются с резко очерченными краями.

Алюминиевые пластины можно оксидировать химическим и электрохимическим способами. Но при химическом оксидировании толщина оксидной пленки всего 2—3 мкм 1 и по качеству она зна­ чительно хуже оксидной пленки, полученной электрохимическим путем, поэтому в полиграфии химическое оксидирование алюминия не применяют.

Оксидируют алюминий, как правило, в электролитических ван­ нах с сернокислым электролитом. Он сравнительно дешев и неде­ фицитен.

Если металлическую пластину опустить в качестве анода в ван­

ной пленки такие электролиты, как раствор серной кислоты, на участках непосредственного соприкосновения частично растворяют пленку, придавая ей шероховатую и пористую структуру. Таким образом, оксидная пленка состоит как бы из двух составных час­ тей: внутреннего, так называемого барьерного беспористого слоя, имеющего толщину 0,01—0,03 мкм, и наружного, пористого, слоя, толщина которого может быть от нескольких микрон до нескольких сот микрон.

Необходимо правильно выбрать рецепт электролита для окси­ дирования алюминия, а также соблюдать рекомендуемый режим процесса.

1 мкм— обозначение микрона; микрон равен 0,001 мм.

41

Оксидируют алюминиевые пластины обычно таким образом: зерненную и промытую с обеих сторон пластину вначале поме­ щают на 10 мин в ванну с раствором щелочи для обезжиривания:

Обезжиренную пластину хорошо промывают в проточной воде

тем пластину снова промывают горячей водой и помещают в элек­ тролитическую ванну в качестве анода. Пластины в ванне подве­ шивают при помощи специальных зажимов на штанге.

Кислоту необходимо вливать в воду тонкой струей. Так поступа­ ют во всех случаях при составлении водных растворов серной кис­ лоты.

Если увеличить плотность тока и время оксидирования, то слой оксидной пленки на поверхности алюминия получится более рых­ лым, а следовательно, и менее прочным. Изменяя режим оксидиро­ вания, можно получить требуемое качество оксидной пленки.

Плотность оксидной пленки проверяют так называемым капель­ ным методом, используя следующий реактив:

изменится на зеленую. Чем быстрее это изменение, тем слабее ок­ сидная пленка. Годными для работы считаются такие пластины, на поверхности которых позеленение капли происходит за 2,5— 5 мин.

После оксидирования пластину тщательно промывают с обеих сторон. Если она предназначена для изготовления форм негатив­ ным способом копирования или для изготовления машинных форм «переброской», т. е. монометаллических форм, рабочую поверхность покрывают ровным тонким слоем раствора декстрина, крахмала или другого полимера. После этого пластину сушат в сушильном шкафу при температуре 60—70° С.

42

Оксидированную пластину, подготовленную для изготовления биметаллической печатной формы, после промывки для дальней­ шей электрохимической обработки переносят в отделение с гальва­ нованнами.

§ 15. ПЛАСТИНЫ С ГАЛЬВАНИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ МЕТАЛЛОВ

Использование на крупных предприятиях, выпускающих изда­ ния большими тиражами, офсетных форм, изготовленных способом позитивного копирования с углубленными печатающими элемента­ ми на формном материале (алюминий, включая и оксидированные пластины), не удовлетворяет требованиям производства. Частые смены форм из-за их сравнительно малой тиражеустойчивости сни­ жают производительность печатных машин. Это отражается и на качестве выпускаемой продукции, так как практически не удается изготовить для одного и того же издания совершенно одинаковые формы. Поэтому для печатания больших тиражей применяют би­ металлические офсетные формы с гальваническим покрытием ме­ таллов.

Эти пластины используют как для позитивного, так и для нега­ тивного способа копирования. Печатающие элементы на них могут быть углубленными или несколько возвышенными над поверхностью пробельных элементов, а покрытия для образования печатающих и пробельных элементов — в виде моно- и биметалла.

В первом случае материалом для создания печатающих элемен­

Во втором случае алюминиевая или стальная пластина лишь подложка, на которую наносят гальваническое отложение металлов: меди и никеля или меди и хрома. Медь предназначена для образо­

Подложка может быть и съемной, например при изготовлении офсетных форм из фольги медь — хром.

Материалы подложек и металлических покрытий

В качестве подложки для биметаллических форм, как правило, используют обычные алюминиевые пластины или пластины из тон­ колистовой стали.

Как известно, перед гальваническим покрытием алюминиевые пластины подвергают специальной подготовке. Она сводится ж уда­ лению естественной окисной пленки или созданию такой основы,

43

которая могла бы обеспечить лучшее сцепление осаждаемого ме­ талла с поверхностью пластины. С этой целью поверхность алюми­ ниевой пластины обрабатывают различными способами: механиче­ ским, химическим,электрохимическим.

На ряде предприятий изготавливают биметаллические офсетные формы на гладком алюминии, полностью исключив механическую подготовку поверхности алюминиевых пластин перед гальваниче­ ским покрытием. Они используют новый способ подготовки поверх­ ности алюминиевых пластин — цинкатный. Сущность его заклю­ чается в том, что при погружении алюминиевой пластины в раствор цинката натрия окисная пленка алюминия растворяется и одновре­ менно на поверхности пластины откладывается вытесненный из раствора металлический цинк, который служит подслоем, обеспе­ чивающим прочное сцепление с гальваническим покрытием.

В настоящее время при изготовлении биметаллических офсет­ ных форм на алюминиевых пластинах иногда применяют механиче­ ское шлифование и зернение их рабочей поверхности в зернильных машинах, а после этого электрохимическое оксидирование в гальва­ нованнах. Но в этом случае структура поверхности полученной пленки в точности передает все микронеровности поверхности алю­ миниевой пластины. Поэтому перед подмеднением поверхность омедненной пластины выравнивают в машине.

Стальные пластины значительно лучше алюминиевых не только по механическим свойствам, но и потому, что на их поверхности не образуется окисной пленки. Поэтому нет необходимости вырав­

можность механизировать и автоматизировать процесс. Разработ­ кой технологии использования стальных пластин еще в 1960 г. на­ чала заниматься фабрика офсетной печати № 2 в Ленинграде.

Правда, у стальных пластин есть существенный недостаток — при изготовлении форм и эксплуатации в машине их обратная сторона подвергается коррозии. Для устранения этого дефекта с обратной стороны их покрывают слоем никеля.

Для металлических покрытий чаще всего используют медь. Мед­ ные гальваноотложения наносят на материал основы (алюминие­ вые, стальные или пластмассовые пластины). При электролитиче­ ском осаждении меди на основе формного материала образуется тонкая пленка толщиной 8—10 мкм. Слой меди при изготовлении формы на биметаллической фольге медь — хром примерно равен 0,15—0,20 мм. Структура (микронеровности) поверхности пластины, на которую наращивается металл, постепенно сглаживается; при толщине 5—10 мкм она уже зависит от режима процесса и содер­ жания электролита. Медь по своей природе является хорошим жировоспринимающим (олеофильным) материалом.

Никелевые гальваноотложения предназначены для образования пробельных элементов. Их наносят на поверхность пластины после

44

меднения. Пленка толщиной 3—5 мкм имеет мелкокристаллическую пористую структуру, что придает ей прекрасные гидрофильные свойства. Твердость никеля в 10 раз превышает твердость алюми­ ния (по Бринеллю равна 30—40 кГ/мм2). Никелевые пленки, в ко­ торые введены органические добавки, например нафталиндисульфокислоты — натриевая соль, тверже обычных никелевых отложений более чем в два раза. Формы, изготовленные с применением осадка «твердого» никеля в качестве основы пробельных элементов, имеют тиражеустойчивость более 1 млн. оттисков.

Никелевые отложения на воздухе покрываются тончайшей пас­ сивной пленкой, которая предохраняет их от коррозии.

В 1969 г. ВНИИ комплексных проблем полиграфии вместе с ти­ пографией издательства «Молодая гвардия» провели исследования по совершенствованию технологии изготовления офсетных форм. В качестве основы пробельных элементов был применен электроли­ тический сплав никель — кобальт. Производственные испытания по­ казали, что применение этого сплава на форме из гладкого алю­ миния позволяет уменьшить толщину пленки увлажняющего рас­ твора до 1 мкм, т. е. до такой толщины, которая применяется для форм с хромовым покрытием на пробельных участках. Толщина пленки увлажняющего раствора при печатании на таких же формах,

изображений на репродукциях. Кроме того, износостойкость

Хромовые осадки хорошо закрепляются на медных отложениях. Однако электролитическое осаждение хрома сопровождается боль­ шим выделением водорода, что значительно снижает выход метал­ ла по току, который достигает всего 13—15%.

Структура покрытий

Качество печатных форм во многом зависит от структуры элек­ тролитических осадков, т. е. от размеров и формы их кристаллов.

Структураосадка неодинакова и на поверхности пластины, и в толще самого покрытия. Как правило, в нижних слоях кристаллы по величине более мелкие, чем у поверхности.

45

Как известно, в начале образования электролитических покры­ тий образуются так называемые центры кристаллизации, т. е. соз­ даются первоначальные зародыши в виде мельчайших кристалли­ ков. По мере возникновения этих элементарных частиц вокруг них начинается кристаллообразование. И в результате вырастают груп­ пы кристаллов — зерна. Зарождение центров кристаллизации и само кристаллообразование непрерывны и происходят в течение всего процесса электрохимического осаждения металла.

Причем, если скорость образования центров кристаллизации опережает скорость роста кристаллов вокруг них, то осадок полу­ чается мелкокристаллическим, он состоит из чрезвычайно мелких зерен. Если же кристаллообразование происходит интенсивнее, чем зарождение центров кристаллизации, то покрытие получается круп­ нозернистым. Поэтому очень важно создать такие условия для электролиза, чтобы в начале процесса скорость образования цент­ ров кристаллизации была больше скорости образования кристаллов вокруг зародышей. В этом случае осадки получаются равномерны­ ми, более плотными и обладают значительно большей адсорбцион­ ной способностью, хорошей стойкостью против механических воз­ действий, т. е. большей тиражеустойчивостью.

Выбор толщины покрытия также имеет важное значение, так как по мере ее увеличения скорость образования центров кристал­ лизации уменьшается и поверхность покрытия становится крупно­ зернистой.

кристаллической. Чрезмерное увеличение плотности тока также не­ желательно, так как на поверхности катода может образоваться слой порошкообразного осадка.

Снижение концентрации ионов в растворе ведет к получению осадков с более мелким зерном. Однако очень низкая концентра­ ция может понизить электропроводность раствора, что в свою оче­ редь повлечет прекращение кристаллизации. Чтобы этого не про­ изошло, в раствор добавляют сильно диссоциирующие добавки (при меднении пластин в электролите с медным купоросом — сер­ ную кислоту). Концентрация ионов меди при этом значительно сни­ жается, а электропроводность раствора остается стабильной.

Более мелкую структуру осадка получают при введении в

электролит полимеров (гуммиарабик, желатин) и некоторых орга­ нических веществ (фенол, крезол).

С повышением температуры электролита увеличиваются ско­

46

ция ионов в прикатодном слое. Кристаллы в покрытии становятся крупнее.

Мелкокристаллическую структуру осадков можно получить, периодически переключая полюса постоянного тока, проходящего через электролит, и одновременно повышая его плотность. При этом не только устраняется ионный голод в прикатодном слое электролита, но и в момент переключения катода на анод верхуш­ ки зерен осадка на пластине растворяются, тем самым создается более равномерное покрытие металла на катоде.

Перемешивание раствора (чаще сжатым воздухом) также со­ здает условия для более интенсивного пополнения убыли ионов в прикатодном слое, а значит, и получения пленки металла с мел­ ким интенсивно выделяющимся зерном. При перемешивании нельзя забывать и о фильтровании, иначе мелкие взвешенные час­ тицы металла будут проникать в осадок, делая его хрупким и по­ ристым.

Структура осадка во многом зависит от состояния поверхности пластины, на которую наносится покрытие. В связи с тем что ме­ талл основы пластины имеет кристаллическую структуру, в полу­ чаемом осадке продолжается рост кристаллов, которые воспроиз­ водят кристаллическую структуру поверхности. Понятно поэтому, что электролитические осадки на поверхности металла — подложки достаточно прочно закрепляются, срастаясь с ними посредством межкристаллических связей.

Распределение осадка на поверхности пластин

Электролитические осадки на поверхности пластин распределены неодинаково. На краях толщина покрытия больше, чем посере­ дине. Растворение металла на аноде также более интенсивно про­ исходит по краям. Согласно закону Фарадея количество осажден­ ного металла на катоде или растворенного на аноде строго соот­ ветствует количеству электричества, прошедшего через электролит от одного электрода к другому. Следовательно, толщина покрытия на пластине зависит от распределения силовых линий по ее по­ верхности: по краям они сосредоточиваются гуще, чем в середине.

Способность электролита давать практически равномерные по всей поверхности катода осадки металла в гальванотехнике назы­ вают р а с с е и в а ю щ е й с п о с о б н о с т ь ю ванны.

Равномерность распределения осадков по поверхности катода зависит от многих факторов. Так, форма и размер электродов и со­ суда, в котором происходит электрохимический процесс, а также и то, как расположены относительно друг друга электроды, оказы­ вают большое влияние на равномерность покрытия пластины. Не­ маловажное значение при этом имеет и режим проведения про­ цесса. При увеличении плотности тока и хорошей электропровод­ ности раствора рассеивающая способность ванн повышается, а при увеличении температуры и концентрации раствора снижается. Кроме того, на рассеивающую способность влияет и состав элек-

47

тролита. Если в нем есть соли металла, которые образуют в раство­ ре комплексы ионов, то рассеивающая способность также повы­ шается.

Подобрав соответствующий режим электролиза, обеспечиваю­ щий высокую рассеивающую способность ванн, можно получить необходимую структуру осадка и достаточно равномерный его слой по всей поверхности пластины.

Для изготовления биметаллических офсетных форм применяют сочетания таких металлов, как медь — никель, медь — хром, алю­ миний— медь, сталь — медь и др. Определяющим при выборе ме­ таллов является их способность образовывать устойчивые печатаю­ щие и пробельные элементы формы, которые могут выдержать высокие тиражи во время печатания и давать наиболее точное вос­ произведение оригинала. Это значит, что разница в размерах и конфигурации печатающих элементов изображения в начале печа­ тания и в конце тиража должна быть наименьшей.

Должно быть учтено и то, что при воздействии на печатную фор­ му электролитов во время обработки ее поверхности, а также и во время печатания тиража, когда форма подвергается постоянному увлажнению, и даже в естественных условиях, особенно при непра­ вильном хранении, создается возможность образования гальвани­ ческих пар, а вместе с этим и коррозии поверхности формы. Поэто­ му сочетания металлов должны быть такими, чтобы их контакт в среде с электролитом был связан с крайне малым электрохимиче­ ским воздействием.

Кроме того, для основы и покрытий следует использовать срав­ нительно недефицитные и недорогие материалы, безопасные для здоровья исполнителя.

При применении никеля и хрома или электролитического сплава никель — кобальт для гальванических покрытий на участках про­ бельных элементов отпадает необходимость в искусственном зерне­ нии поверхности формы. Благодаря микрокристаллической струк­ туре отложений этих металлов они хорошо удерживают воду, при печатании тиража в машине форма требует минимального увлаж­ нения и обладает высокой химической стойкостью и механической устойчивостью.

В зависимости от способа изготовления форм используют сле­ дующие виды пластин с гальваническим наращением металличе­ ских осадков:

алюминиевые с медным покрытием для способа, при котором никелевый осадок на пробельные элементы наносят после копиро­ вания и подготовки формы;

алюминиевые (в том числе и на гладком алюминии) и сталь­ ные с нанесенным двойным слоем: медным и никелевым, а также электролитическим сплавом никель — кобальт или медным и хро­ мовым для способа, при котором электролитический осадок после копирования формы и соответствующей ее обработки удаляется с участков, предназначенных под печатающие элементы, либо хими­ ческим, либо электрохимическим путем;

48

меднохромовую фольгу для изготовления форм со съемной основой-подложкой, например цинковой.

Алюминиевые пластины с медноникелевым и меднохромовым покрытиями

Технологический процесс наращивания на поверхность алюми­ ниевых пластин медно-никелевых или медно-хромовых электроли­ тических осадков металла слагается из двух стадий: меднения пластин и последующего их никелирования или хромирования.

Меднение состоит из следующих операций: подготовка пластины; оксидирование; травление; меднение; шлифование; подмеднение.

Последние две операции производят после регенерации (восста­ новления) пластин, бывших в употреблении.

Алюминиевую пластину после шлифования и зернения тща­ тельно при помощи щетки промывают водой в раковине-мойке, пос­ ле чего опускают на 10 мин в ванну с 5-процентным раствором каустической соды. Затем вынимают, промывают горячей водой и обдают 5-процентным раствором серной кислоты. После этого сно­ ва промывают горячей водой, тщательно протирая щеткой.

травлению в ванне с содовым раствором, составленным по следую­ щему рецепту:

Затем пластину промывают водой и опускают в качестве като­ да в гальванованну с кислым электролитом. Анодом служит медная пластина M l (ГОСТ 767—70). Для меднения используют электро­

Сернокислую медь растворяют в горячей воде и через фильтр вливают в ванну, затем тонкой струей вливают серную кислоту,

49