3 Материалы для трафаретной печати
Одним из основных материалов для реализации печати трафаретным способом несомненно является печатная краска. Прохождение краски через печатную форму и ее количество на оттиске зависят от скорости печатания, вязкости краски, характера сетки, вида ракеля и других факторов. Главное условие для краски - это не разрушать материал трафарета и не высыхать быстрее, чем необходимо для нормального печатного процесса.
Закрепление краски – завершающая операция печатного процесса. Большая толщина красочного слоя, которая свойственна трафаретной печати, создает существенные проблемы при сушке. При печати на ручных станках и полуавтоматах оттиски сушат в помещении цеха на специальных стеллажах. При этом время сушки существенного значения не имеет. А вот при печатании на машинах-автоматах оттиск за время прохождения в сушильном устройстве должен успеть высохнуть.
Первые быстрозакрепляющиеся краски были созданы в конце 40-х годов. Эти краски в своем составе содержали растворители с резким запахом и вызывали забивание печатной формы при перерывах в работе. Отсутствие в то время печатных машин с сушильными устройствами не позволяло использовать приемущества этих печатных красок. Эта проблема была решена с появлением автоматизированного оборудования в начале 50-х годов.
Применяемые в трафаретной печати краски могут закрепляться одним из следующих способов:
за счет окислительной полимеризации связующего;
за счет испарения растворителя;
за счет химического взаимодействия отвердителя со связующими;
за счет отверждения УФ лучами;
Краски первой группы изготавливают из масляно-алкидных связующих. Немодифицированные олифы и жирные алкиды практически вытеснены сополимерами на их основе, отличающимися более быстрым закреплением и улучшенными физико-механическими показателями. Достоинства красок, закрепляющихся окислительной полимеризацией связующего: малая токсичность, отсутствие резкого запаха и хорошая адгезия к различным поверхностям. Краски образуют красочную пленку удовлетворительной прочности и хорошей эластичности. Время закрепления красок этой группы в естественных условиях составляет несколько часов, а повышение температуры сушки значительного эффекта не дает. Они могут использоваться только при печати на ручных или полуавтоматических станках, т.к. имеют время закрепления от нескольких минут до нескольких часов.
Краски, закрепляющиеся за счет испарения летучего растворителя, содержат в качестве пленкообразующего вещества, чаще всего различные эфиры целлюлозы. От вида эфира целлюлозы зависят физико-механические показатели и адгезия красочной пленки к различным материалам. Краски этой группы для печатания на полимерных материалах отличаются высокой прочностью и быстрым закреплением. Исходя из особенностей взаимодействия растворителей, входящих в состав трафаретных красок, с поверхностями синтетических пленок и пластмассовых изделий, происходит некоторое растворение или набухание последних в активных растворителях. Это обеспечивает повышение прочности сцепления красочной пленки с запечатываемой поверхностью.
Краски, закрепляющиеся за счет взаимодействия отвердителя со связующим, изготавливают преимущественно на виниловых и акриловых полимерах и сополимерах, а так же поликонденсационных композициях. Эти краски образуют пленку с хорошей адгезией, высокой прочностью и исключительной устойчивостью к действию агрессивных сред. Перед использованием данной группы красок в их состав вводят отвердитель-катализатор. После введения отвердителя краска должна быть обязательно использована в течении нескольких часов. Недостаток двухкомпонентных красок – необходимость вводить отвердитель непосредственно перед их использованием. Время закрепления таких красок составляет от нескольких десятков секунд до нескольких часов и поэтому их используют преимущественно при печатании на ручных полуавтоматических станках.
Краски в зависимости от связующего можно поделить на следующие группы.
Краски на летучих растворителях закрепляются за счет испарения растворителя и требуют вентиляции рабочего места, а оттиски нуждается в длительной сушке. Такие краски огнеопасны и токсичны из-за разбавителей. Основой связующего является твердая смола, растворенная в определенном растворителе.
Краски окислительной полимеризации содержат связующие на основе высыхающих растительных масел (олифы), которые под действием кислорода воздуха, температуры, освещения и наличия катализаторов затвердевают в результате образования пространственных полимерных структур. Алкидные олифы и алкидные смолы наиболее часто используются для изготовления полиграфических красок для различных способов печати. Окислительная полимеризация обеспечивает высокое качество красочного слоя, но закрепление длится довольно долго. Повышение температуры ускоряет процесс в несколько раз. Для ускорения высыхания в связующем сочетают олифы и растворы твердых смол в органических растворителях.
Двухкомплектные краски представляют собой основной раствор и отвердитель (катализатор), поставляемые отдельно и смешиваемые в нужных пропорциях непосредственно перед использованием. Время употребления такой смеси ограничено несколькими часами. Изменяя дозировку отвердителя, можно регулировать скорость полимеризации в некотором диапазоне. Горячая сушка ускоряет процесс отвердения. Эпоксидные краски, являясь двукомпонентной композицией, нашли широкое применение, так как получаемые покрытия отличаются высокой химической и термической стойкостью, хорошей адгезией к различным материалам, высокими электроизоляционными свойствами. Жидкие эпоксидные смолы во время полимеризации не изменяются в объеме, если в них не добавлены растворители. Для понижения вязкости эпоксидной краски используют растворители: ароматические углеводороды, кетоны, спирты. Растворители замедляют полимеризацию, так как на испарение требуется определенное время.
Полиуретановые краски отличаются от других лакокрасочных композиций уникальной особенностью: сочетанием высокой твердости и эластичности.
Пластизоли – это краски, состоящие из дисперсии поливинилхлорида (синтетического полимера) в пластификаторе, который при комнатной температуре придает краске текучесть и стабильную вязкость, как при печати, так и при хранении. Кроме того, в состав пластизоли входят добавки сополимеров винилхлорида, стабилизаторы и другие добавки, улучшающие свойства красочного покрытия.
Краски УФ-отвердения сохраняют постоянную вязкость и не высыхают при обычных условиях, как в банках, так и на трафарете, что существенно при временных остановках печатного станка. Эти краски закрепляются в течение нескольких секунд под воздействием УФ-излучения, образуя полимерную структуру. Краска не изменяется в объеме, так как не имеет растворитель, в отличие от обычных красок. Небольшие габариты УФ-сушилки, минимальный расход электроэнергии, отсутствие паров растворителей - достаточно веские аргументы в пользу таких красок.
Водорастворимые трафаретные краски на основе акриловых водорастворимых полимеров нашли применение за рубежом в печати авторских произведений художников, иллюстраций для книг и прочих высокохудожественных изданий. Такие работы часто выполняются в небольших студиях и мастерских художников, не имеющих отдельных помещений для размещения станка и системы вентиляции. Чаще всего в термине "водорастворимые" подразумевается, что краска может быть первоначально разведена до необходимой концентрации водой, но после испарения воды, полимер входящий в состав связующего краски, образует монолитное покрытие и вторично уже нерастворим в воде.
В последнее время все большую популярность получают краски УФ-отверждения. Такие краски в своем составе помимо пигмента в качестве связующего содержат фотополимеризующуюся композицию, которая и определяет принцип закрепления краски
Как известно, печатные формы трафаретной печати изготавливаются из рамы-основы, в которой располагается специальная сетка, состоящая из волокон синтетической, либо органической природы. Дальнейшее развитие химической промышленности позволило заменить натуральные волокна на искусственные, а крученую нить на моноволокно.
Ситовая ткань оказывает влияние на следующие технологические факторы:
величину пропускания печатной краски, т.е. толщину или равномерность красочного слоя, скорость закрепления и расход печатной краски;
пригодность сетки для печатания на поверхности того или иного изделия;
точность приводки;
срок службы печатной формы;
себестоимость выпуска продукции;
Ситовые ткани могут быть изготовлены из нитей моноволоконных и из нитей скрученных вместе волокон. Из искусственных волокон наиболее часто применяют в трафаретной печати полиамидные и полиэфирные, реже полипропиленовые.
Полиамидные волокна – продукт переработки каменного угля. Полимеризацией капролактама получают капроновую смолу, из расплава которой вытягивают нити. Легкость, упругость, высокая прочность и износостойкость способствуют их широкому применению. Капрон не разрушается микроорганизмами и плесенью, не растворяется органическими растворителями, применяемыми при химической чистке, стоек к действию щелочей любой концентрации. Растворяется капрон только в концентрированных минеральных кислотах, в муравьиной (50%) и концентрированной уксусной кислотах, а также в феноле. Если нанести каплю концентрированной муравьиной кислоты (87%), то полиамидные волокна мгновенно растворяются. При внесении в пламя капрон плавится, загорается с трудом, горит голубоватым пламенем. Ощущается запах сургуча. Полиамидные волокна имеют торговое название: капрон (Россия), перлон, дедерон (Германия), нейлон 6 (США).
Процессы производства анида и энанта (наиболее прочного и упругого полиамидного волокна), почти не отличаются от производства капрона. Волокно энант более эластично, упруго, устойчиво к многократным деформациям и действию кислот, но менее растяжимо и гигроскопично (2,4%), чем капрон. Размягчается при температуре 200°С. Волокно анид по прочности, растяжимости, гидроскопичности аналогично капрону, но размягчается при температуре 235°С. В США волокно анид называется нейлоном. Полиэфирные волокна – формируются из расплава полиэтилентерефталата. Микроструктура волокон подобна капрону. Превосходят по термостойкости (размягчаются при 235°С, плавятся при 260°С) большинство известных натуральных и химических волокон, мало сминаются, стойки к гниению и плесени. Устойчивы к истиранию, воздействию света, окислителей и восстановителей, обладают хорошими электроизоляционными свойствами. Малоустойчивы к действию горячих растворов кислот и щелочей. Гигроскопичность полиэфирных волокон 0,4%, то есть в 10 раз ниже, чем капрона. Это важно при печати красками на водных связующих, торговое название: лавсан (Россия), терилен (Великобритания), дакрон (США), элана (Польша).
Полипропиленовые волокна формируются из расплава полипропилена, синтетического полимера. Размягчаются при 150°С, а плавятся при температуре 172°С. Нерастворимы в органических растворителях, устойчивы к действию горячей воды и щелочей. Разрушаются в неорганических кислотах. Стойки к многократному изгибу и истиранию, низкая паро- и газопроницаемость. Полипропиленовые волокна используются для изготовления нетонущих канатов, сетей, сетчатого полотна для фильтрации и просеивания сыпучих материалов. Торговое название: геркулон (США), пайлен (Япония), мараклон (Италия), спанстрон (Великобритания). Отличие натуральных и синтетических волокон натуральные шелковые нити, изготовленные из скрученных тончайших паутинок, которые создает гусеница бабочки шелкопряда, имеют шероховатую поверхность, и это влияет на прохождение краски сквозь сито. При повышении плотности переплетения этот фактор возрастает. Натуральный шелк гигроскопичен и под воздействием влаги изменяет свои линейные размеры, что влечет за собой искажения рисунка при печати в несколько цветов. Еще заметнее, когда применяется цветное растрирование. Искусственные шелковые нити прядут из более тонкого волокна, чем натуральный шелк, и это позволило сделать нити менее шероховатыми. Но самые эффективные результаты были получены только после появления тканей из моноволокна, которое уже не состояло из скрученных нитей, а отливалось сразу заданной толщины из расплава полиамида или полиэфира. Гладкая и непроницаемая поверхность моноволокна не впитывает воду и краску, хорошо очищается от печатной краски. Моноволокно мало изменяется от перепадов температуры и влажности, что позволяет сохранить от искажений геометрические размеры рисунка.
Полиэфирные волокна – мало сминаются, устойчивы к гниению и плесени, стойки к истиранию, воздействию света, окислителей и восстановителей. Малоустойчивы к действию горячих растворов кислот и щелочей. Гигроскопичность полиэфирных волокон 0,4%, то есть в 10 раз ниже, чем капрона. Это важно при печати шелкографией красками на водной основе. Торговое название: лавсан (Россия), терилен (Великобритания), дакрон (США).
Уникальной особенностью трафаретной печати является использование печатного ракельного ножа. Ракель – это инструмент, который продавливает краски через сетку, и по своей значимости сравним с порохом, без которого огнестрельное оружие теряет свой смысл. Рабочая часть ракеля изготавливается из эластичных полимеров, устойчивых к растворителям.
Ракельное полотно – это один из ключевых компонентов трафаретной печати, влияющий на качество печатного изображения. Когда-то ракель для трафаретной печати изготавливали из каучука, сегодня для изготовления ракельного полотна используются устойчивые к химическим и механическим воздействиям синтетические материалы – неопрен и полиуретан. Качество работы ракельного полотна зависит от многих факторов, например, его устойчивости к трению или к воздействию агрессивных печатных красок (сольвентных и УФ) и растворителей.
Ракель, изготовленный из современных высокопрочных и износоустойчивых материалов, равномерно распределяет краску и не подвержен разбуханию и размягчению. Прочное синтетическое ракельное полотно используется как на автоматических, так и на полуавтоматических станках для трафаретной печати. Такое полотно способно выдержать длительное и агрессивное воздействие красящих веществ.
Ракели для трафаретной печати представлены на рисунке 3.1:
Рисунок 3.1 – Ракели для трафаретной печати
Печатные ракели продавливают краску, находясь под определенным углом наклона к поверхности запечатываемого материала, обычно 70-75°. Когда ракель надавливает на краску, она проходит через сетку и попадает на запечатываемый материал в результате непосредственного контакта с ракелем, а также благодаря капиллярному эффекту. Изменяя угол установки ракеля, можно регулировать количество продавливаемой краски и, соответственно, толщину красочного слоя. Чем угол наклона ближе к перпендикуляру, тем меньше перенос краски и отчетливее изображение. Чем меньше наклонен ракель к поверхности материала, тем больше перенос краски и заметнее растискивание.
Твердость ракеля – мера измерения твердости по произвольно выбранной шкале А (шкала Шора). Прибор, которым измеряется твердость, называется «дурометр». Твердость ракельного полотна чаще всего находится в пределах от 50 до 90 единиц. Обычно выбор ракеля определяется типом поверхности нанесения, номером сетки и силой натяжения формы.
Мягкие ракели лучше подходят для особенно неровных поверхностей нанесения, перепадов толщины при печати на предметах одежды, а также для различных контуров и переносят большое количество краски на поверхность отпечатка. Их недостатком является склонность к прогибанию под действием высокого давления (при нажиме), отчего зачастую страдает разрешающая способность оттиска. Твердые ракели в обычных случаях лучше и дольше служат и имеют более высокое сопротивление к растворителям. Именно при использовании твердых ракелей получаются мелкие детали и тонкий слой нанесения краски. Использование твердых ракелей необходимо также и при печати высококроющими, густыми пластизольными красками с большой вязкостью. Средняя твердость – это компромисс двух противоположностей.
В зависимости от запечатываемого материала может существенно различаться также форма ракельных ножей. Например, ножи с квадратным краем часто применяют для печати по ровной поверхности, а скошенные с двух сторон лезвия часто используют для прямой печати по искривленной поверхности, например, для отделки бутылок. Лезвия с алмазной гранью переносят изображение на разнообразные емкости для хранения – контейнеры.
Среди предлагаемых на рынке профилей применяются:
прямоугольный;
с V-образной заточкой;
с полукруглым краем;
с односторонней заточкой;
с двух- и трёхслойной заточкой;
композитный со стекловолоконной вставкой.
Прямоугольный – самый распространённый в трафаретной печати, позволяет печатать на плоских и цилиндрических поверхностях. Профиль с закруглённым краем, как правило, используют в текстильной промышленности и там, где необходим большой перенос краски. Типичные сферы применения скошенных лезвий (V-образный и с односторонней заточкой) – печать по скруглённым поверхностям. Двух- и трёхслойные ракели (70/90 или 70/90/70) удобны тем, что при нажатии не изменяется их угол атаки, а перенос краски полностью выполняет кромка твёрдостью 70 ед. по шкале Шора А.
Важный элемент поддержания ракеля в рабочем состоянии - его заточка. Она осуществляется на специальном оборудовании при помощи шлифовального круга с алмазной крошкой и горячего ножа, дающего идеальную высоту отреза (с точностью до 0,1 мм). Одна из потенциальных проблем – плавление ракельных ножей при слишком высокой скорости шлифовального круга.
При работе с агрессивными красками, во избежание впитывания краски в ракельное полотно, каждая его сторона не должна использоваться более 4 часов. И не следует продолжать работу с полотном после того, как оно начнёт крошиться. Деформация и размягчение – последствия слишком долгого нахождения ракеля в краске. Отработанный ракель вытаскивают из держателя и протирают очистителем, удалив все остатки краски. Повторно использовать ракель можно только через 24–48 часов. Ракельные полотна из полиуретана хранятся в сухом прохладном помещении. Поскольку полотна продаются в бухтах (катушках), а иногда и в виде "нарезки", скрученное полотно нужно сразу распрямить, разложив на столе или повесив на стену.
Четырехсторонняя рамка для трафаретной печати поддерживает сеточную ткань, поэтому она должна быть прочной. Рамки изготавливаются из различных материалов, таких как дерево и металлические сплавы. Выбирая рамку для трафаретной печати, нужно учитывать ряд характеристик, включая следующие: формат, прочность, устойчивость, стоимость и метод натяжения. До последних десятилетий рамки для трафаретной печати изготавливались, в основном, из дерева. Было достаточно просто изготавливать деревянные рамки различных размеров. И рамки были прочными; они покрывались лаком и другими защитными средствами. Тканевая сетка прикреплялась к рамке различными способами: скобками, пазами и веревками, а также приклеивалась. Ткань туго (насколько туго, определял техник) натягивалась на рамку. В дерево втыкались скрепки, чтобы удержать сетку. Самый лучший метод закрепления требовал, чтобы с печатной стороны рамки был вырезан паз, в который после закрепления тканевой сетки пропускалась бечевка. Клеящие вещества также могли быть использованы, чтобы удерживать ткань на своем месте. Однако такие рамы было труднее использовать. В большинстве случаев натягивание ткани на рамку было решительно ненаучным. Уровень натяжения сетки был низким и измерялся так: угол рамки роняли и по звуку удара судили о натяжении. Представлялось вполне обычным делом, когда в рамке значительно ослаблялось натяжение еще до начала печатания. Лишь бережное обращение с сеточной тканью могло позволить вновь натянуть ее на рамку. Деревянные рамки, тем не менее, имели свои преимущества. Рамки было легко подогнать под формат практически любого заказа. Доступная древесина представляла собой дешевый легкий материал, который могла изготовить любая мастерская. Рамки были достаточно долговечными, если их обрабатывали составом, защищающим против влаги. Тем не менее, существовали и недостатки. Деревянные рамки чрезвычайно подвержены деформации, когда достигнут высокий уровень натяжения при натягивании ткани на рамку или в процессе печати под давлением ракеля. Изображение может исказиться, ведя к пагубным результатам при многокрасочной печати. Дерево – скорее неустойчивый материал, и даже если рамка пропитана составом, защищающим от влаги, влага может оказать влияние на пространственные характеристики рамки. Остаточная деформация древесины в рамке вызывает неровность, при которой рамка не может лечь ровно на печатный стол, что снова приводит к искажению изображения. Даже при использовании конструкции рамки с пазами и бечевкой, которая позволяет повторно натянуть ткань на рамку с достаточной легкостью, деформированная рамка становится помехой качественной печати. Деревянные рамки имеют ряд характеристик, которые должны подвергаться тщательному рассмотрению при выборе рамки. Стоимость, формат и доступность – позиции, которые могут оказаться главными для печатника, особенно начинающего, который хочет набраться опыта и получить недорогой доступ к трафаретной печати. Неустойчивая природа дерева вносит ограничения в процесс изготовления рамки. Качественная печать с высоким разрешением требует стабильных рамок, которые обеспечивают постоянные, повторяющиеся условия. Короче говоря, деревянные рамки все еще представляют собой вариант для изготовления рамок, но с ограниченной сферой использования.
Металлические рамки представляют собой более прочную, стабильную основу для тканевой сетки. Стальные или металлические рамки могут штамповаться в разнообразии видов и форматов и представляют собой для специалиста по трафаретной печати теоретически неразрушимый компонент. Металлические рамки имеют стабильные размеры. Они также не пропускают большинство растворов и очистителей, применяющихся в трафаретной печати. Новые металлические сплавы представляют превосходную устойчивость. Они могут сопротивляться искривлению даже при нагрузках очень высокого натяжения. При этом рамки весят немного, даже для больших форматов. Выпускаются рамки стандартных форматов согласно спецификациям печатных машин. Для специальных задач рамки можно изготовить на заказ. В отличие от деревянных рамок, металлические не являются сплошными. Они собираются из штампованных деталей. Толщина стенки рамки разрабатывается с целью удовлетворить самым строгим требованиям. В сечении рамки также имеют надежные характеристики. Сечение можно увидеть в поперечном разрезе материала для изготовления рамок. Обычные рамки в сечении квадратные или прямоугольные, но выпускаются и рамки с сечением, зависящим от формата рамки и спецификаций печатной машины. Тканевая сетка крепится на металлической раме с помощью клеящих веществ. Вначале ткань растягивается на специальных устройствах натяжения (как правило, на базе системы пневматических зажимов). Когда необходимый уровень натяжения достигнут, применяется клей. Полный процесс приклеивания может осуществиться мгновенно или требовать определенного периода сушки, который может занимать минуты или более часа, в зависимости от типа клея. Излишки ткани обрезаются по сторонам рамки, и рамка затем помещается на производственный склад трафаретных рамок. Металлические рамки представляют собой превосходную возможность выбора в среднем диапазоне цен, и, пожалуй, наиболее прочный вариант из всех существующих в настоящее время. Выскажем несколько соображений по поводу металлических рамок. Во-первых, рамка должна иметь чистую поверхность для прикладывания сетки. Это подразумевает, что могут потребоваться некоторые дополнительные усилия, поскольку при повторном использовании рамок с их поверхности нужно удалять остатки клея. Во- вторых, необходимо устройство для натяжения сетки, которое требует покупки дополнительного оборудования и устройств подачи воздуха в случае с пневматической 26 системой натяжения. В третьих, требуется определенное время подготовки, чтобы очистить рамку, натянуть сетку, приклеить ткань к рамке, и возможно, потребуется время для сушки. Кроме того, небольшое количество тканевой сетки может быть потеряно, поскольку необходим определенный запас ткани для зажимов в устройстве натяжения. Впрочем, это количество обычно совсем незначительно. Пожалуй, самая большая выгода от использования металлических рамок в сочетании с системой натяжения сетки состоит в возможности контроля натяжения и тем самым выполнения требований производства.
Самонатягивающиеся рамки – еще одна разновидность рамок для трафаретной печати. Эта технология была разработана и внедрена в производство в 1980-х гг. Она основана на том, что каждая из сторон рамки является подвижной независимо от других. Тканевая сетка закрепляется в каждой из сторон рамки до начала процесса натяжения, углы остаются подвижными (мягко скрепленными), чтобы ослабить напряжение и избежать разрыва сетки. Когда каждая из сторон рамки последовательно сдвигается, и ткань туго натягивается. Когда достигаются конечные уровни натяжения, рамка готова поступить в работу. Самонатягивающеся рамки гораздо дороже, чем деревянные или металлические. Но они дают большое преимущество. Во первых, и возможно, прежде всего, сетка может быть быстро натянута на рамку, и уровень натяжения сетки может быть отрегулирован в любое время. В процессе многокрасочной печати рекомендуется, чтобы уровень натяжения сетка к сетке изменялся в пределах не более ± 1 ньютон/сантиметр (единица силы в метрической системе). Значения в пределах данного допуска легко достигаются при помощи самонатягивающихся рамок. Подготовка рамки к производству также не занимает много времени, так как не требует склеивания. Так же, как и для других типов рамок, самонатягивающиеся рамки производятся в различных форматах, и при необходимости производители могут изготовить требуемую рамку по специальному заказу.