СТАНОК ДЛЯ ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ НА ВОЗДУШНЫХ ШАРАХ

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области полиграфии, а более конкретно к шелкографской печати по резине (трафаретной печати) и может быть использовано в полиграфической промышленности при изготовлении рекламной и сувенирной продукции путем нанесения рисунков и текста на воздушные шары.
Одной из главных проблем трафаретной печати на воздушных шарах является ограничение ассортимента красок, которые могут быть использованы для нанесения на поверхность латексных изделий, вследствие малой прочности шаров в раздутом состоянии и высокой чувствительности их долговечности (времени до разрушения в напряженном состоянии) к действию органических растворителей и иных компонентов красок, в которых материал шара (латексная пленка, натуральная резина, синтетический эластомер) интенсивно набухает. Для обеспечения конкурентоспособности сегмента полиграфических производств, осуществляющих печать на воздушных шарах и иных деформируемых изделиях из эластомеров, необходимы тщательный подбор рецептуры используемых материалов и совершенствование устройств трафаретной печати. На решение последней задачи направлено данное предложение.
Уровень техники
Известен станок для трафаретной печати на воздушных шарах [Тест лаборатория, Шарм-арт, Издательский дом «Шарм-арт», 2008, №2, с.14] Известный станок состоит из одного штатива на массивном основании, одного винтового подъемного механизма с фиксатором вертикального положения и одного держателя трафарета.
Недостаток известного устройства заключается в отсутствии средства для фиксации оптимального размера шара в момент нанесения рисунка, который предусмотрен технологией трафаретной печати и обусловлен габаритами, толщиной и физическими свойствами латексной заготовки (шара) и как следствие этого снижение точности воспроизведения изображений по размерам и увеличение доли брака за счет разрушения части заготовок раздутых без соблюдения технологических рекомендаций под действием механического напряжения и агрессивных компонентов краски.
Сущность предложения
Решаемой технической задачей является повышение точности воспроизведения изображений по размерам и выхода готовой печатной продукции за счет сокращения числа разрушенных заготовок, расширение технологических возможностей трафаретной печати, цветового разнообразия и себестоимости используемых красок за счет увеличения числа допустимых ингредиентов.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве (станке) для трафаретной печати на воздушных шарах, состоящем, по крайне мере, из одного штатива на массивном основании, по крайне мере, одного винтового подъемного механизма с фиксатором вертикального положения и, по крайне мере, одного держателя трафарета, согласно предложению, на массивном основании штатива располагают ложемент с углублением полусферической формы, а на вертикальной стойке по крайне мере, из одного штативов закрепляют консольно с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси, по крайне мере, две калибровочные пластины с соосными отверстиями в форме круга, диаметр которого на первой пластине составляет 80-90% от предела деформируемости запечатываемых шаров, а диаметр отверстия на второй пластине составляет 30-70% от предела деформируемости запечатываемых шаров и совпадает оптимальным размером шара при печати.
Диаметр отверстий в пластинах составляет указанную долю от предела деформируемости запечатываемых шаров стандартного размера, установленного фирмами-производителями латексных шаров. Предел деформируемости запечатываемых шаров и оптимальные размеры отверстий определяются опытным путем при получении каждой партии шаров. Калибровочные пластины являются съемным заменяемым элементом конструкции.
Предложение иллюстрируется схемой устройства станка и примером его использования при трафаретной печати.
Фиг.1 Схема расположения основных узлов станка. Вид сбоку.
1 - массивное основание; 2 - калибровочные пластины; 3 - штатив для калибровочных пластин; 4 - трафарет; 5 - винтовой подъемный механизм с фиксатором вертикального положения; 6 - штатив для трафарета; 7 - латексный шар; 8 - ложемент с углублением полусферической формы
Фиг.2. Диаграмма растяжения воздушных шаров. Петля гистерезиса.
1, 2 - одноосная деформация шара из натурального латекса;
3, 4 - деформация шара из натурального латекса с фиксированным поперечным размером (двухосная);
1, 3 - растяжение шаров до 330%; 3, 4 - сокращение до исходных размеров
Фиг.3. Диаграмма одноосного растяжения материала воздушных шаров до фиксированной деформации с последующим смачиванием (контактом) участка поверхности тетрахлоридом углерода.
1 - растяжение «на воздухе» до разрыва (1050%),
2 - растяжение до относительной деформации 1000% с последующим касанием тампона с тетрахлоридом углерода;
3 - растяжение до относительной деформации 900% с последующим касанием тампона с тетрахлоридом углерода;
4 - растяжение до относительной деформации 650% с последующим касанием тампона с тетрахлоридом углерода
Пример выполнения конструкции в статике. Устройство состоит из 1 - массивного основания (1) на котором размещены два вертикальных штатива (3 и 6), на одном штативе закреплены калибровочные пластины с различными отверстиями, а на другом трафарет (4); держатель трафарета имеет винтовой подъемный механизм с фиксатором вертикального положения (5). Под трафаретом находится латексный шар (7), уложенный в ложемент с углублением полусферической формы (8).
Устройство функционирует следующим образом.
Раздув шара осуществляют потоком сжатого газа, обеспечивающего относительное увеличение линейных размеров шара до диаметра отверстия в первой калибровочной пластине, составляющем 80-90% от предела деформируемости запечатываемых шаров. Примеряют раздутый шар в первой калибровочной пластине с большим отверстием (2), затем выпускают из него часть воздуха и примеряют шар во второй калибровочной пластине с малым отверстием (2). Калиброванный шар после примерки укладывают в углубление полусферической формы ложемента (7) расположенного на основании (1) штатива, сдвигают в сторону калибровочные пластины вращением вокруг оси стойки штатива (3) и над шаром (7) устанавливают рамку трафарета (4), закрепленную механизмом (5) на стойке второго штатива (6). Прижимают рамку трафарета к шару, заливают на трафарет краску и производят печать.
Положительный эффект, заключающийся в повышение точности воспроизведения изображений по размерам достигается за счет точной калибровки габаритов шара рамкой.
Положительный эффект, заключающийся в снижении числа разрушенных заготовок и возможности использования «агрессивных» красок обусловлен использованием эффекта Патрикеева - Маллинза [Патрикеев Г.А., Д.И.Байдаков, ДАН СССР, 1976 г], сущность которого состоит в физической модификации (необратимой перестройке) структуры резины в результате деформирования и иллюстрируется диаграммой циклического растяжения воздушных шаров. Перестройка структуры резины при однократном (первом) растяжении приводит к ее «размягчению» и значительному снижению напряжения в материале, как при частичном сокращении до определенной степени раздува, так и при повторном растяжении до такой же степени раздува. Графически эффект Патрикеева - Маллинза выглядит как петля гистерезиса на диаграмме циклического растяжения резины (фиг.1). Ширина петли зависит от свойств материала и условий проведения деформации (температура, скорость и вид деформации). Воздушные шары при печати подвергают двухосной деформации до значительных величин со скоростью, определяющейся расходом и давлением сжатого газа. В момент печати в шарах возникают напряжения близкие к пределу прочности, что обуславливает их разрушение при нанесении краски.
Различие между напряжениями, возникающими в оболочке воздушного шара при одноосной вытяжке и при раздуве (двухосной деформации) весьма существенны, что отражается диаграммой растяжения (фиг.3). Петля гистерезиса при двухосной деформации значительно шире, чем при одноосной вытяжке и разность между напряжением, соответствующем определенной деформации при растяжении и при сокращении тем больше, чем больше поперечный размер шара.
На диаграмме растяжения образца с фиксированным поперечным размером приведенном на фигуре 1 (фиг.3) видно, что при одной и той же степени раздува шара (относительной деформации), например, 270% (кривая 3, 4 при двухосном растяжении) соответствует напряжение 51 МПа при растяжении и 20 МПа при сокращении. Таким образом, шар в стадии раздува более чем в 2,5 раза напряжен, чем в стадии сокращения и вероятность его разрушения (с потерей заготовки и дорогостоящей краски) существенно выше.
Влияние «агрессивных» компонентов красок на разрушение шаров в процессе печати иллюстрируется примерами осуществления предлагаемого способа печати и диаграммами растяжения воздушных шаров с кратковременным односторонним контактом с органическими растворителями (фиг.4). В качестве моделей «агрессивных» компонентов красок при разработке данного способа использовали летучие органические растворители: тетрахлорид углерода, хлороформ и бензин. Образцы материала воздушных шаров растягивали с постоянной скоростью на разрывной машине типа РМ-50 до деформации, составляющей 90, 83 и 60% от предельной деформируемости материала, что составляет 1000, 900 и 650% относительной деформации линейного растяжения соответственно. При нанесении ватным тампоном тетрахлорида углерода на образец, деформированный на 90% от предельной деформируемости материала (кривая 2, фиг.4) обрыв последнего происходит практически мгновенно, поверхность шара разрушается за 2-4 с.
При нанесении ватным тампоном тетрахлорида углерода на образец, деформированный до 83% от предельной деформируемости материала (кривая 3, фиг.2) обрыв последнего происходит через 20 с, что несколько больше, но недостаточно для нанесения и сушки краски, содержащей агрессивный компонент.
При нанесении ватным тампоном тетрахлорида углерода на образец, деформированный на 60% от предельной деформируемости материала (кривая 4, фиг.4) обрыв последнего происходит через 120 с, что может быть достаточно для нанесения и сушки краски. Напряжение в данном образце, который не разрушился при контакте с агрессивной жидкостью, вдвое меньше, чем в предыдущем (фиг.4) и может быть достигнуто путем предварительной обработки заготовки по предлагаемому способу (фиг.3).
Время до разрушения изделий из эластомеров (долговременная прочность или долговечность) зависит от величины механического напряжения. Эта зависимость описывается степенной функцией [Г.М.Баргенев, Ю.С.Зуев, Прочность и разрушение высокоэластических материалов, М.Химия, 1964. 387] следующего вида:
где τ - время до разрушения изделий, с;
σ - напряжение, Па;
b - константа (2,7÷3,4 для резин)
Если напряжение, при котором находится воздушный шар, раздутый до необходимой для печати величины, может быть снижено в 2 раза за счет применения предлагаемого способа, то его долговечность возрастает в 8 раз. Если снижение напряжения кратно 3-м, то долговечность шара возрастает в 27 раз и т.д.
Изобретение иллюстрируется графиками - диаграммами растяжения воздушных шаров и примером осуществления способа.