7.1 Офсетные формные пластины

В современной офсетной печати используются десятки различных материалов и технологий получения печатных форм. Наибольшее распространение нашли следующие материалы:

- монометаллические предварительно очувствленные пластины;

- полиэфирные материалы;

- серебросодержащие и электростатические материалы на бумажной и полимерной основе;

- полимерный формный материал, получаемый прямо с фотонаборного аппарата.

Для изготовления ФОПП используются такие металлы: алюминий, магниевый сплав алюминия, углеродистая и нержавеющая стали.

К механическим свойствам металлов, определяющим эксплуатационную надежность процесса печатания, относятся прочность, пластичность, сопротивление усталости и износостойкость. Прочность металла характеризуется максимальным условным напряжением, которое выдерживает металл при растяжении до разрушения. Пластичность определяется как относительное удлинение при растяжении. Сопротивление усталости характеризуется максимальным напряжением, которое выдерживает материал, не разрушаясь при повторно-переменных нагрузках. Износостойкость металла оценивается по объему сошлифованого металла с учетом условий вытирания. Кроме указанных металлов, при изготовлении офсетных форм используются медь, никель и хром в виде электролитических осадков толщиной 1...8 мкм.

Поверхность офсетных формных пластин должна соответствовать таким требованиям: быть очень твердой и износоустойчивой для обеспечения тиражестойкости элементов формы; иметь определенную микрогеометрию, шероховатость для обеспечения высокой адгезии печатающих элементов формы; хорошо смачиваться копировальным слоем для обеспечения высокой адгезии между слоем и поверхностью пластины.

Формы, в которых печатающие элементы создаются на меди, а пробельные на каком-либо другом металле (хроме, никеле, алюминии, нержавеющей стали), называются биметаллическими.

На отечественных полиграфических предприятиях до появления предварительно сенсибилизированных (очувствленных) пластин (начало 90-х годов XX ст.) использовались шесть разных вариантов конструкций металлических форм. На основу (углеродистая сталь, алюминий) наносили гальванопокрытия: сначала никеля (4 мкм), потом меди (10 мкм), хрома (1 мкм) или никеля (4 мкм). Полученные полиметаллические пластины служили основой при изготовлении биметаллических печатных форм способом химического или электрохимического (анодного) травления верхнего покрытия на печатающих элементах до слоя меди. Процесс производства этого типа пластин был довольно сложным и требовал постоянного контроля. Тем не менее, все эти сложности и неудобства, значительная материало- и энергоёмкость были оправданы высокой тиражестойкость форм, изготовленных на биметаллических пластинах, которая превышала 1 млн. отпечатков.

7.1.1 Монометаллические пластины

Как основной материал для изготовления монометаллических форм в качестве основы используется алюминий, который занял ведущее положение в полиграфической промышленности всего мира. Это объясняется тем, что алюминий обладает рядом достоинств: небольшим весом, хорошими гидрофильными свойствами получаемых на нем пробельных элементов. Увеличение прочностных свойств металла возможно за счет легирования его магнием, марганцем, медью, кремнием, железом, однако при этом ухудшается пластичность алюминия. Обработка поверхности алюминия, необходимая для плоской офсетной печати, может производиться как на отдельных листах, так и непрерывной обработкой в рулоне. Чаще всего используется обработка с рулона для того, чтобы изготавливать пластины с постоянными физическими и механическими характеристиками.

Изготовление каждой предварительно очувствленной пластины с алюминиевой основой представляет собой серию сложных и точных производственных процессов. В настоящее время используется технология комплексной электрохимической обработки алюминия, включающая следующие последовательные операции: обезжиривание, декапирование. электрохимическое зернение, анодирование (анодное оксидирование и наполнение оксидной пленки), нанесение копировального слоя (полив слоя), сушка.

Рассмотрим основные стадии изготовления предварительно очувствленной пластины.

Обезжиривание. Эта фаза обработки заключается в тщательной очистке металла, который может содержать консервирующую смазку, масляные следы, шлаки. Качество конечной продукции зависит не только от чистоты химического процесса, но и от абсолютной чистоты металлической основы. Для удаления всех загрязнений с поверхности алюминия используют раствор едкого натра, нагретого до 50-60 С. Процесс протекает в течение 1-2 мин и сопровождается бурным выделением водорода и растравливанием поверхности.

Декапирование. Процедура декапировая проводится для удаления шлама и осветления, при этом используют 25-процентный раствор азотной кислоты с добавкой фторида амония для дополнительной равномерной затравки.

Электрохимическое зернение. После обезжиривания обрабатываемой поверхности производится электрохимическое зернение алюминия, которое позволяет получить равномерный микрорельеф, развитую мелкокристаллическую структуру, после чего поверхность пластины приобретает “губчатую” структуру. При этом контактная площадь поверхности увеличивается в 40-60 раз по сравнению с начальной площадью поверхности необработанного алюминия. Микрошероховатая структура поверхности металла, полученная в результате электрохимического зернения, позволяет увеличить адгезию копировального слоя и лучше удерживать воду, необходимую для увлажнения в процессе печати.

Термин «зернение» появился по аналогии с механическим зернением шариками, которое заменила электрохимическая обработка. Электромеханическое зернение производится в разбавленной соляной или азотной кислоте (0,3-1 %) под действием переменного тока. В результате образуется микрошероховатая поверхность металла. Выбор раствора кислоты определяется необходимой степенью развития поверхности. Величина напряжения электрического тока, пропускаемого через кислоту, составляет несколько десятков тысяч вольт. Пластины, которые зернятся в азотной кислоте отличаются более развитой мелкопористой структурой поверхности алюминия, а пластины, обработанные в соляной кислоте, характеризуются более крупной структурой зернения. Структура зернения во многом влияет на свойства печатных форм, изготавливаемых на офсетных пластинах. Значение показателя шероховатости (Ra - среднее арифметическое отклоние микронеровностей от средней линии профиля, мкм) может повлиять на разрешающую способность формной пластины, на возможность появления дефекта «непрокопировки» в формном процессе, на гидрофильные свойства пробельных элементов, на различное время для достижения баланса краска-вода в печатном процессе.

Фирмой Fuji были проведены эксперименты по влиянию различных типов зернения на такие характеристики форм, как поведение при печати, тиражестойкость, воспроизведение полутонов и простота изготовления форм. Эксперименты показали, что ни один «простой» метод зернения не обеспечивает в полной мере всех потребностей при печати разнообразной полиграфической продукции.

В результате исследований была разработана комбинированная технология зернения Multigrain, в которой крупное зернение обеспечивает качественное воспроизведение полутонов и отличное восприятие воды, среднее отвечает за тиражестойкость получаемых форм, а баланс «краска-вода» и износоустойчивость поверхности формы достигаются благодаря мелкому зернению.

Формы, сделанные при помощи такой технологии зернения, позволяют уменьшить подачу увлажняющего раствора и печатать с большей толщиной красочного слоя, получая при этом оттиски повышенной насыщенности. На этих формах снижается растискивание растровых точек, что особенно важно для правильной градационной передачи при высоколиниатурном регулярном или стохастическом растрировании.

Анодирование поверхности. Осуществляется для увеличения твердости и улучшения устойчивости офсетных форм к механическим воздействиям и химическим веществам, которые используются в процессе печати. Данный процесс состоит из двух стадий: анодного оксидирования и наполнения оксидной пленки.

Анодное оксидирование шероховатой поверхности алюминия проводится с целью получения прочной и пористой оксидной пленки определенной толщины с мелкозернистой структурой. Анодные оксидные пленки к тому же хорошо защищают алюминий от коррозии и устойчивы к трению и износу. Оксидирование алюминия можно проводить и сернокислом или хромовокислом электролитах. Анодная пленка состоит из двух слоев: тонкого барьерного слоя, непосредственно прилегающего к металлу, и пористого наружного. Наружный слой образуется в результате частичного растворения барьерного слоя под действием серной кислоты. Чем больше концентрация кислоты, тем выше пористость пленок.

В процессе оксидирования наружный слой утолщается вследствие непрерывного превращения глубинных слоев металла в оксид. Толщина оксидной пленки растет пропорционально времени оксидирования, но пленка при этом становится более пористой. Большая пористость нежелательна, так как может стать причиной возникновения брака в формном процессе (неполное удаление копировального слоя при проявлении копни, тенение форм (в процессе печати).

Наполнение оксидной пленки предусматривает снижение пористости пленки, уменьшение ее активности и улучшение гидрофильных свойств поверхности. Для наполнения оксидной пленки используют горячую воду, пар или раствор жидкого стекла.

После каждой из рассмотренных стадий подготовки подложки проводится тщательная промывка. Таким образом, можно сказать, что электрохимическое зернение ответственно за микрогеометрию (шероховатость поверхности); анодное оксидирование - за износостойкость и адсорбционную активность; наполнение - за гидрофильные свойства поверхности н полноту удаления копировального слоя при проявлении копий.

Нанесение копировального слоя. Оно необходимо для создания на поверхности подложки гидрофобного слоя, выполняющего в дальнейшем роль печатающих элементов. Копировальный слой представляет собой тонкую (1-7 мкм) полимерную воздушно-сухую светочувствительную пленку, растворимость которой в соответствующем растворителе либо снижается, либо возрастает в результате действия лучистой энергии в диапазоне от 250 до 460 нм. В соответствии с этим по характеру действия различают негативные (растворимость снижается) и позитивные (растворимость возрастает) копировальные слои.

Характеристики копировальных слоёв:

1. стабильность копировальных слоёв и их способность к плёнкообразованию;

2. свето- и спектральная чувствительность;

3. разрешающая способность (зависит от светорассеивающей способности материала, коэффициента преломления, толщины материала, характеристик источника света, уровня освещенности, микрогеометрии основы), выделительная способность, возможность передачи градаций растрового изображения;

4. адгезия к поверхности основы;

5. скорость проявления;

6. стабильность при хранении непроявленных пластин и экспонированных копий;

7. стойкость элементов форм после проявления;

8. поверхностные свойства;

9. диффузионные свойства;

10. токсичность;

11. стоимость.