§ 81. Образование пробельных элементов

Во всех способах изготовления печатных форм сначала соз­даются печатающие элементы (за исключением некоторых ва­риантов изготовления биметаллических форм), затем — пробель-наге- элементы. Сущность образования пробельных элементов /' сводится к созданию устойчивой гидрофильной пленки, хорошо ^воспринимающей воду и отталкивающей печатную краску. Гид­рофильная пленка создается путем обработки пластины гидро-филизующим раствором, содержащим водные растворы мине­ральных кислот, солей и гидрофильного высокомолекулярного вещества.

В процессе гидрофилизации происходит взаимодействие кис­лот с алюминием и образование солей

А1₂О₃ -f 2Н₃РО₄ *= 2А1РО₄ + ЗН₂О.

щества прим другие вещества*

Образующиеся пористые слои фосфатов алюминия не обладают необходимыми гидрофильными свойствами. Последние дости­гаются в результате адсорбции на фосфате алюминия гидро­фильного высокомолекулярного вещества, образующего прочные гелеобразные, сильно гидратированные адсорбционные слои. В качестве гидрофильного высокомолекулярного вещества приме­няют крахмал, карбоксилметилцеллюлозу и другие вещест 230

Большую роль при создании печатающих элементов играет рН гидрофилизующего раствора, для алюминия она должна быть менее 2,8.

Гидррфилизация пробельных элементов проводится следую­щим образом: на пластину наносят гидрофилизующий раствор, который смачивает только пробельные элементы, и выдержива­ют его 3—5 мин, затем гидрофилизующий раствор смывают во­дой, далее наносят переводную краску на печатающие элементы, припудривают краску тальком и на готовую печатную форму на­носят защитный слой декстрина. Обработанная таким образом поверхность пробельных элементов приобретает устойчивые гид-,, рофильные свойства.

Кроме фосфорной кислоты в качестве электролитов могут быть использованы смеси солей, например однозамещенный фос­форнокислый натрий с надсернокислым аммонием, однозамещен­ный фосфорнокислый аммоний с азотнокислым аммонием и др.

Физико-химическая устойчивость пробельных элементов, по­лученных на алюминии, зависит от состава гидрофилизующего раствора, микрогеометрии поверхности, от состава гидрофиль­ного высокомолекулярного вещества, концентрации и времени действия гидрофилизующего раствора. Рецептура гидрофили­зующего раствора и время его воздействия определяются инст­рукцией.

Для биметаллических печатных форм гидрофилизующим реактивом служат железистосинеродистый калий (желтая кро­вяная соль) и высокомолекулярное вещество, в качестве кото­рого выступают карбоксилметилцеллюлоза (для никеля) и крах­мал (для хрома).

Железистосинеродистый калий химически взаимодействует с никелем и хромом, образуя устойчивые соли, обладающие вы­сокой адсорбционной способностью к высокомолекулярным со­единениям.

Оптимальной концентрацией железистосинеродистого калия в гидрофилизующем растворе считается 10%, а высокомолеку­лярного вещества — 2%.

Пробельные элементы биметаллических печатных форм вы­держивают тираж до миллиона ч более оттисков.

§ 82. Подготовка поверхности формного материала

Для монометаллических печатных форм применяют алюми- ) ний. Алюминиевые пластины получают прокаткой листового алюминия марки АД1 (ГОСТ 10703—73) толщиной 0,65—0,8 мм. Требования к листовому алюминию регламентирует ГОСТ 2789—73. Листы алюминия содержат 1—2% примеси железа, кремния и меди.

Для создания тиражестойких печатных форм поверхность алюминиевой пластины подвергают зернению, в результате

231

чего значительно увеличивается их удельная (геометрическая) /Поверхность. От качества подготовки поверхности формного ма­териала зависят тиражестойкость печатных форм, разрешаю-I щая способность и графическая точность воспроизведения изо-^бражения. Подготовку поверхности проводят механическим и электрохимическим путями.

" Механическая обработка поверхности пластины алюминия проводится в специально созданных для этих целей /зернильных машинах. Подготовку бывшей в употреблении пла-( стины начинают с удаления краски керосином или скипидаром, ^смешанными с абразивным материалом. Для выполнения этой операции имеются механические щетки «волчки». Далее пла­стину обрабатывают (травят) 6—10%-ным раствором щелочи для разрушения основы печатающих и пробельных элементов 2NaOH + 2А1 + 2Н₂О = 2(A10₂)Na + ЗН₂.

После травления пластину обрабатывают слабым раствором кислоты и промывают водой.

"Затем алюминиевую пластину укрепляют на дне ящика зер-нильной машины и насыпают на нее фарфоровые, стеклянные или металлические шарики в два неполных ряда. Диаметр фар­форовых и стеклянных шариков равен 14 мм, металлических — 8 мм.

На шарики насыпают абразивный материал (пемзу, корунд, электрокорунд, маршалит и др.), форму смачивают водой и включают машину. Оптимальный расход абразива составляет 660—900 г/м².

Ящик зернильной машины перемещается по кругу в гори­зонтальной плоскости с некоторой эксцентричностью для пере­мещения шариков и абразивного материала. Шарики под соб­ственной тяжестью вдавливают абразивные частицы в алюми­ний. В результате зернения поверхность алюминия становится мелкоячеистой (шероховатой).

На качество зернения оказывают влияние радиус вращения ящика, форма и масса шариков, размер и твердость абразив­ного материала, количество абразива и добавляемой воды, а также время зернения.

Радиус вращения ящика должен быть 25—27 мм, шарики Должны иметь круглую форму. Чем мельче абразивный мате­риал, тем более мелкоячеистую поверхность он создает. Твер­дость абразивного материала должна быть выше твердости алюминия. Вода при зернении служит для отделения частиц абразива друг от друга. Излишнее количество воды снижает эффективность процесса. Для ускорения процесса зернения в во­ду добавляют поверхностно-активные вещества, способствующие более равномерному распределению абразива по поверхности пластины. Наилучшее соотношение воды и абразива составляет 1 : 2. В зависимости от размеров абразивный материал разли-232

чают по номерам, причем чем меньше номер, тем мельче абра­зивные частицы.

Процесс зернения алюминиевых пластин продолжается 60^=» 90 мин.

Увеличенная в результате зернения поверхность формы спо­собствует адсорбции и адгезии веществ, применяемых для соз­дания пробельных и печатающих элементов. Создавать слиш­ком крупное зерно не рекомендуется, так как будет снижаться разрешающая способность вос­производимого изображения.

-Al

На аноде:

На катоде: 2Н+2е= НJ

Технология зернения алюми­ниевых пластин регламентирует­ся технологической инструкцией и образцами зерненых пла­стин.

20Н-2е-Н-1₂0+0 2A1 +30= А1₂0,

Рис. 85. Оксидирование алюминие­вых пластин

Для повышения прочности зерненой поверхности алюминия ее покрывают окисной пленкой (оксидируют). Окисная пленка приобретает мелкозернистую

структуру с повышенной адсорб­ционной активностью.

При оксидировании (рис. 85) катодом служит листо­вой свинец, анодом — алюминиевая пластина, поэтому про­цесс называется анодным оксидированием. В качестве элек­тролита используют 20%-ный раствор серной кислоты. При электролизе на катоде выделяется водород, а на аноде — кисло­род. Кислород вступает во взаимодействие с алюминием, обра­зуя окисел.

На качество оксидирования влияют концентрация электро­лита (20%), температура электролита (16—25°С), плотность тока (80—100 А/м²), расстояние между анодом и катодом (10— 15 см), время электролиза (12—15 мин)^ После оксидирования пластина должна быть высушена при температуре 50—60 °С.

В картографическом производстве оксидированные алюми­ ниевые пластины используют для изготовления монометалличес­ ких печатных форм способами негативного и позитивного копи­ рования. л_х Преимущества оксидированных алюминиевых пластин за­ ключаются в том, что белый цвет окисла, созданный в результа­ те обработки пластины 20%-ным раствором азотной кислоты (до электролиза), облегчает корректуру сложного картографическо­ го рисунка непосредственно на печатной форме, оксидированный алюминий имеет большую влагоемкость, что повышает устойчи­ вость пробельных элементов при печати и увеличивает стой­ кость поверхности пластин.

Электрохимическое зернение алюминиевых пла­стин применяется вместо механического зернения, не обеспечи-

вающего равномерности зерна по всей поверхности пластины. Оно включает две основные операции: очистку алюминия и сам процесс зернения.

Очистка поверхности алюминия от загрязнений является от­ветственной операцией, от которой зависит качество образующе­гося зерна. Ее проводят в 5% -ном растворе едкого натра, подо­гретого до 50—60 °С в течение 1—2 мин. При обработке проте­кает экзотермическая реакция, возникающая в результате взаи­модействия алюминия со щелочью. Образующуюся на поверх­ности рыхлую пленку алюмината удаляют 25%-ным раствором азотной кислоты и затем пластину промывают водой.

Электрохимическое зернение алюминия проводят в разбав­ленной соляной кислоте под действием переменного тока. Для этого на катод и анод подвешивают две алюминиевые пласти­ны. Концентрация электролита составляет 0,3—1%, плотность тока—100—150 А/м², напряжение 12—15 В, время зернения 25—30 мин, расстояние между электродами 15— 20 см, темпе­ратура электролита 18—28 °С. Важное значение при зернении приобретает поддержание постоянной концентрации электроли­та. Необходимо следить за тем, чтобы не происходило накопле­ния алюминия в растворе, допустимым пределом считается 0,05 моля/л.

Для поддержания концентрации электролита и уменьшения накопления в растворе алюминия, а также для получения рав­номерного зерна в электролит вводят поверхностно-активные вещества (ОП-7, ОП-10), борную, фосфорную и аминоуксусную кислоты.

Действие добавок электролита различное. Например, ОП-7 в количестве 0,2% замедляет процесс зернения на 25—30%; вво­димые кислоты в количестве 0,5—2% способствуют образованию мелкокристаллической структуры зерна.

При электрохимическом зернении в переменном токе проис­ходит частичное и локальное растворение алюминия сначала на катоде, затем на аноде

НС1 =f* Н⁺ + СГ; 2Н + 2<Г=Щ; 2С1 - 2<Г = Cl₂f; Cl₂ -f Н₂О = 2НС1 + О; 30 + 2А1 = А1₂О₃ + Q.

В приведенном электрохимическом процессе водород выделя­ется на катоде, процесс разрядки хлора происходит на аноде, где он взаимодействует с водой и образует атомарный кислород, взаимодействующий с алюминием и образующий его окисел.

В том случае, когда алюминий становится катодом, происхо­дит растворение окисла, и пленка приобретает пористую струк­туру. В нее проникает кислород, и алюминий окисляется. Далее процесс повторяется, происходит углубление пор. Окисная плен­ка сохраняется постоянно за счет выделяющегося кислорода.

Электрохимическим способом добиваются высокого качества поверхности формного материала. Оптимальными считают мщ-

«34

ронеровности со средней высотой, не превышающей 1,2 мкм; Важной характеристикой считается расстояние между вершина­ми зерна, оно должно быть меньше высоты зерна.

Для обезжиривания поверхности алюминиевых пластин и их зернения можно применять ультразвук. Ультразвуковые колеба­ния создаются генератором УЗ Г-ЮМ мощностью 10 кВт с час­тотой 20 кГц. Для зернения пластину покрывают кашицей, со­держащей абразив, и погружают ее в ультразвуковую машину. Ультразвук, имеющий большую частоту колебаний и более ко­роткие волны, чем обычный звук, передает на кашицу мощную энергию механических колебаний, которые воздействуют на аб­разив и способствуют образованию зерна.

При обезжиривании и удалении пленок с печатающих эле­ментов ультразвуковая волна заполняется слабым раствором щелочи (0,5%), процесс продолжается 1—2 мин.

Перед нанесением меди, никеля, хрома поверхность пласти­ны подвергают декапированию, т. е. обработке слабокон­центрированными растворами кислот в течение нескольких се­кунд. После обработки поверхность пластины становится более/ активной.

В качестве основы биметаллических печатных форм исполь­зуют алюминий и сталь марки 08КП (ТУ М-1-1513-75).

Подготовку алюминиевой пластины проводят так же, как и для монометаллических печатных форм. Отличие состоит в том, что пластину подвергают только шлифованию и исключают про­цесс зернения. После шлифования пластину оксидируют, затем обрабатывают 3%-ным раствором углекислого натрия в течение 3 мин при температуре 50 °С и лишь после этого приступают к наращиванию меди.

Применение стальных пластин в качестве основы для изго­товления биметаллических печатных форм экономически более выгодно, чем использование алюминиевых пластин. Стальные пластины механически более прочные, они выдерживают до 30 двойных перегибов, алюминиевые только 8. Кроме того, техноло­гия подготовки поверхности стальных пластин значительно про­ще. Отпадает необходимость шлифования и оксидирования со всеми необходимыми операциями.

Технология подготовки поверхности стальных пластин вклю­чает: обезжиривание в 0,5%-ном растворе едкого натрия и б%-ном растворе углекислого натрия, обработку в 30% -ном растворе серной кислоты; электрохимическое обезжиривание в электро­лите, содержащем 2% едкого натрия, 5% углекислого натрия, 0,5% фосфорнокислого натрия и 0,3% жидкого стекла. Время электролиза 5 мин, температура электролита 60—70 °С, плот­ность тока — 500 А/м². После электрохимического обезжирива­ния следует обработки в течение 1 мин в 5%-ном растворе соля­ной кислоты. Каждая операция завершается тщательной про­мывкой пластины водой. Далее приступают к нанесению тонкого

235

слоя никеля, меди, а затем вновь никеля. Первое никелирова­ние проводится для более прочного сцепления слоя меди с ос­новой.

г Меднение и никелирование формного мате-\ риала. Медь служит основой печатающих элементов биметал­лической формы. Меднение проводят в электролите, содер­жащем 20—25% сернокислой меди и 5% серной реактивной кислоты. Плотность тока должна быть 100 А/м², температура

Al. На катоде:

Си²

К
	CiiSO4

Си

Ha аноде: Си-2е=Си²⁺

Н			А
Си -	-*-		4-
На катоде:
Sit +2e -^N1° 2H++2e = H2t
	NlSO4

На аноде: NL^J-2e = Ni²⁺

Рис. 86. Меднение формного ма­териала

Рис. 87. Никелирование формного ма­териала

электролита 18—22 °С, продолжительность меднения 1,5 ч. Ано­дом служит медная пластина, катодом—печатная форма. Про­цесс электролиза протекает по схеме, представленной на рис. 86.

При растворении анода в раствор попадают в основном двух­валентные ионы меди, которые разряжаются на катоде, но мо­гут присутствовать и одновалентные ионы меди. В качестве ано­дов применяют чистые катаные медные листы марки М-1. Перед употреблением листы меди травят в 5—10%-ном растворе азот­ной кислоты, чтобы удалить окисные пленки.

Основные компоненты простейшего сернокислого электроли­та выполняют определенную функцию. Серная кислота увеличи­вает электропроводность электролита и растворимость сернокис­лой меди, способствует образованию мелкозернистых отложений и препятствует образованию рыхлых осадков закиси меди.

Сернокислая медь является поставщиком ионов меди к ано­ду. Повышение концентрации меди в растворе требует увеличе­ния плотности тока.

Для получения мелкозернистых блестящих и более прочных отложений меди в электролит вводят органические добавки, на­пример натриевую соль нафталиндисульфокислоты, тиомочеви-ну, фенол, спирт и др. Для меднения применяют и другие элек­тролиты, приведенные в табл. 7.

О качестве медных покрытий судят по структуре осадка, тол­щине и равномерности его распределения по поверхности основы.

Для биметаллических печатных форм никелевые пленки слу­жат основой пробельных элементов. Процесс никелирова­ния проводят в сернокислом электролите. Анодом служит пла­стина никеля, катодом — медь, сталь (рис. 87).

233

В состав электролита входит 25% сернокислого никеля; 3% борной кислоты; 0,5% фтористого натрия; 1,5—2,5% хлористого натрия; 0,4% натриевой соли нафталиндисульфокислоты; рН раствора 5,8—6,3.

Сернокислый никель и хлористый натрий вводят для повыше­ния электропроводимости электролита, борную кислоту — в ка­честве буферного соединения. Натриевая соль нафталиндисуль­фокислоты увеличивает твердость и стойкость покрытия, а сле­довательно, и тиражестойкость пробельных элементов. Отклоне­ние от указанного рН влияет на количество осаждающегося ме­талла и его свойства. При оптимальных условиях в процессе никелирования создается плотная мелкокристаллическая струк­тура металла, при нарушении технологии процесса образуется пористое, непрочное покрытие.

При никелировании: на катоде происходит восстановление ионов никеля до металла, осаждение металла на основе, а также разрядка ионов водорода. При повышении кислотности электро­лита происходит интенсивное выделение водорода, что снижает процесс электролиза никеля и повышает пористость осажден­ного металла.

Повышение плотности тока способствует получению более мелкозернистой структуры никеля. Особым препятствием при никелировании может оказаться пассивирование анода, когда никелевая пластина покрывается темно-коричневой пленкой, препятствующей растворению анода. Пассивирование анодов уменьшают введением добавок, например, хлористого натрия, фторидов и др.

В процессе электролиза анод может повести себя так, что излишнее количество никеля будет переходить в раствор. Это происходит в том случае, когда листы никеля содержат избыток примесей, например серу, железо, цинк, медь. К лучшим сортам анодов относятся катаные листы никеля.

Хромовые покрытия выполняют ту же функцию, что и нике­левые покрытия.

Хромирование осуществляют также электролитическим путем. В электролит вводят 25—30% хромового ангидрида (СгО₃); 2,0% кремнефтористоводородного калия (K2SiF₆); 0,6% сернокислого стронция (SrSO₄). Плотность тока составляет 4000—10000 А/м², температура электролита 50—70 °С.

Кремнефторид калия вводят для повышения производитель­ности электролита. Соотношение сульфата стронция к хромово­му ангидриду 2: 1 считается оптимальным и обеспечивает мак­симальное количество осаждающегося металла.

Повышение содержания хромовой кислоты уменьшает выход по току и рассеивающую способность электролита.

Для хромирования применяют нерастворимые аноды (сви­нец с примесью 10% олова). Растворимые аноды не применяют потому, что в электролит попадает хром различной валентности,

238

который образует непрочные покрытия. На поверхности анода происходит выделение кислорода и окисление трехвалентного хрома до хромовой кислоты. Для свободной циркуляции элект­ролита на листе свинца просверливают отверстия.

На катоде одновременно протекают два процесса — выделе­ние водорода и восстановление хрома до металлического. Катод­ный процесс в хромовых электролитах имеет низкий выход (10—20%), обусловленный обильным выделением водорода. Анод может быть в два раза по площади меньше катода.

В хромовом электролите присутствует трех- и шестивалент­ный хром. Небольшое присутствие трехвалентного хрома оказы­вает положительное воздействие на процесс электролиза, при этом улучшается рассеивающая способность ванны, образующи­еся покрытия имеют повышенную твердость, концентрация трех­валентных ионов хрома должна поддерживаться в ванне посто­янной.

Существенными факторами для процесса хромирования яв­ляются плотность тока и температура электролита. Температура электролита должна быть 45—50 °С, плотность тока 1500— 4000 А/м². Процесс хромирования особенно чувствителен к изме­нениям температуры. С повышением температуры и понижением плотности тока резко снижается количество металла, осажден­ного на форме.

Ввиду того что при хромировании используется нераствори­мый анод, хром осаждается на катоде только за счет металла, находящегося в растворе, поэтому при проведении процесса тре­буется тщательный контроль ванны. Для корректировки ванны применяют поверхностно-активное вещество — хромином.