σр2 > (σк12 + σа12 + σам2); (2.2)
3) когда
σам1>(σ12 + σа12 +σр1);
4) когда прочность когезии красочного слоя и прочность адгезионных соединений внутри многослойного красочного слоя (например, лак + металл) σк1 и σк2 больше прочности когезии или адгезионных соединений в разделительном слое
σк1 >σр1; σк2>σр2; (2.3)
5) когда прочность адгезионного соединения красочного слоя с адгезионным слоем σка1 иσка2 выше предела прочности при сложном разрыве каждого из слоев
σка1 > σк1; σка1 > σа1;
σка2 > σк2; σка2 > σа2. (2.4)
При выборе исходных материалов для изготовления фольги учитывают еще ряд дополнительных требований. В частности, добиваются максимального значения σам1и такого значения σр1, который бы обеспечил легкий отрыв отработанной фольги от оттиска на автоматических прессах. Очевидно, что σам2 должна быть минимальной.
Резкое уменьшение прочности когезии в разделительном слое и резкое увеличение прочности адгезионного соединения фольги с запечатываемым материалом при переходе от пробельного элемента к печатному обеспечивается разностью температур под ними. Это обусловлено тем, что коэффициент теплоотдачи к пленке-основе от нагретого воздуха по пробельным элементам существенно ниже, чем от плотно прижатого металла по печатным элементам. Таким образом, наряду с рациональным выбором материалов важнейшим условием получения качественного оттиска при тиснении фольгой является правильный выбор теплофизических параметров тиснения, и создание заданных температурных полей под слоями фольги [1].
Слои фольги, за исключением основы-носителя, имеют небольшую толщину, обычно не превышающую 10 мкм. Поэтому экспериментальные измерения температуры в слоях фольги в процессе тиснения не увенчались успехом. Количественное описание температурного слоя представляется возможным лишь на основе применения теории теплопроводности при условии знания теплофизических свойств слоев фольги.
Теоретический анализ [4] процесса теплопередачи на основе теории теплопроводности [5] показал, что под печатным элементом, благодаря высокой теплопроводности материала штампа, температура его поверхности tШв процессе тиснения практически не изменяется. Поскольку толщина фольги существенно меньше ширины печатных элементов, можно пренебречь теплопередачей в продольном направлении в сторону пробелов. При некотором упрощении закономерностей теплопроводности относительная температура Ө1 в слоях фольги под печатными элементами будет равна
Ө1 – [(t1 – t0)/(tШ – t0)] = 1 – [0,563 / √F, (2.5.а)
где t1– температура в слоях фольги под печатными элементами;
to– начальная температура фольги и запечатываемого материала; fo– критерий Фурье
fo = а τ / X2, (2.5.б)
где а – коэффициент температуропроводности слоев фольги, см2 /с;
х – расстояние от поверхности пленки-основы, см;
τ – время контакта штампа с фольгой.
Под пробельными элементами в момент тиснения между штампом и фольгой находится воздушная прослойка переменной толщины. Ввиду низкой теплопроводности воздуха температура поверхности фольги сразу не становится равной 1Ш, а достигает ее по истечении времени. Однако воздушная прослойка не является просто термическим сопротивлением. В результате деформации запечатываемого материала в течение всего периода тиснения толщина этой прослойки непрерывно изменяется. Вытесняемый при этом воздух становится теплоносителем, создавая конвекционный теплообмен между поверхностями пробелов штампа и фольгой [1].
Разность температуры в слоях фольги под печатным и пробельным элементами, обусловленная различием коэффициентов теплоотдачи от штампа к пленке-основе, должна быть реализована следующим образом. Прежде всего, ей должна соответствовать определенная разность термомеханических свойств разделительного и адгезионного слоев. Разделительный слой должен обладать узким температурным интервалом резкого изменения когезионной прочности. Проще говоря, он должен иметь некоторую температуру размягчения tрр, выше которой он становится жидкотекучим. Как указывалось выше, этим требованиям отвечают некоторые воска и восковые композиции с температурой каплепадения 70–90°. Адгезионный слой также должен иметь некоторую температуру поверхностного размягчения tра, выше которой _ он становится липким, вернее, липучим, под некоторым давлением, т.е. начинает проявлять адгезионные свойства.
При разности температур в слоях фольги под печатным и пробельным элементами, т.е. при ω<8, печатно-технические свойства фольги определяются в основном соответствием фактических температур tp и taтемпературам переходов tpp и tpa. При этом возможны следующие варианты:
1) tр < tрр tа < tРа – Разделительный и адгезионный слои еще не размягчились, фольга не печатает.
2) tp < tppta > tpa– Появилась адгезия к запечатываемой поверхности, но восковой слой «с трудом» отдает нижележащие слои, получается непропечатка или выщипывание.
3) tp = tppta < tpa – Разделительный слой размягчился, а адгезионный еще нет: фольга не печатает.
4) tp = tppta>tpa – Фольга печатает. Если ta – tpa ≥ ∆Өa(tш – to), то она «лепит».
5) tp = tppta = tpa – Фольга печатает в оптимальных условиях.
6) tp > tppta <tpa – Разделительный слой «давно» размягчился, а адгезионный еще нет: фольга не печатает.
7) tp >tppta > tpa– Фольга печатает. Если ta – tpa ≥ ∆Өa(tш – to), то она «лепит». Если tp – tpp ≥ ∆Өp(tш – to), то образуются «рваные кромки».
Отсюда следует, что оптимальным условием тиснения является такое, когда
ta = tpa;
tp = tpp;
tp – ta = tpp – tpa. (2.6)
Таким образом, разность температур в восковом (разделительном) адгезионном (грунтовочном) слоях фольги в момент тиснения невелика и практически ею можно пренебречь. Это означает, что температуры размягчения этих слоев могут быть одинаковыми, если их измерять одним н тем же методом. Однако следует обратить внимание па то, что физико-химические процессы, протекающие вблизи температур tрр и tра. совершенно различны и, конечно, измеряются различными методами. В разделительном слое tpp близка к температуре каплепадения, но не равна ей. Для измерения tpp предложен [7] стеклянный поплавковый адгезиометр с термокамерой. И эта величина соответствует температуре, при которой адгезионная прочность соединения лавсановой пленки с лаковым слоем фольги через разделительный слой уменьшается до 0,5 г/см. В адгезионном слое tpa измеряется как температура поднятия фольги концом бумажной трубки со стороны адгезионного слоя под давлением 50г [8]. Такое различие методов определения tpp и tpaобусловливает отличие ∆tp = tpp – tpaот теоретически рассчитанной величины и.необходимость се экспериментального определения.
Результаты измерении температуры размягчения разделительного слоя tpp по предложенной методике показали, что она изменяется вотносительно узких пределах. Для отечественной фольги она равна 78–82°; в некоторых импортных образцах фольги она достигает 95°. Это объясняется тем, что восковые композиции не изменяют своих свойств во времени. Температура поверхностного размягчения адгезионного слоя изменяется в широких пределах от 60 до 150°, что обусловлено составом применяемых адгезионных слоев и изменением их свойств в процессе хранения. По этой причине разность ∆t = tpp – tpaтакже изменяется в широких пределах. Имеются образцы фольги как с положительным, так и с отрицательным значением ∆t. Для определения оптимального значения ∆t необходимо проводить серии испытаний фольги с различными значениями ∆tв конкретных условиях тиснения [1].
Фольга для горячего тиснения представляет собой многослойную систему (рис. 2.1.). В зависимости от своего назначения, число слоев может быть различным (обычно не более 6-ти). Практически все виды фольги содержат основу-носитель, разделительный, красочный и адгезионный слои [9]. Красочный слой, в свою очередь, может быть многослойным. В цветной глянцевой фольге он состоит из защитного лакового и пигментированного слоев или из защитного лакового и рисуночного слоев. Красочный слой металлизированной фольги состоит из лакового слоя, слоя алюминия (или хрома), напыленного в вакууме, и пигментированного слоя. – В металлической фольге функцию красочного слоя выполняет слой металлического порошка (бронзовой или алюминиевой пудры). В некоторых случаях пигментированный слой выполняет также функцию адгезионного слоя, например, в однослойной цветной матовой фольге и цветной глянцевой фольге с рисунком.
Каждый слой фольги имеет свое функциональное назначение. Основа-носитель выполняет дне функции: 1) временной подложки, обеспечивающей необходимую прочность и эластичность в процессе горячего тиснения; 2) матрицы, создающей необходимую микрогеометрию оттиска фольгой (глянцевую или матовую поверхность оттиска). Разделительный слой обеспечивает необходимую прочность соединения красочного слоя с пленкой-основой холодной фольги и под пробельными элементами в момент горячего тиснения. При этом под печатными элементами в момент тиснения она должна «плавиться», снижая прочность соединения до минимума. В некоторых случаях аналогичными свойствами может обладать адгезионное соединение красочного слоя с пленкой-основой без разделительного слоя [7]. Лаковый слой выполняет две функции: 1) защищает оттиск от механических, физических и химических воздействии; 2) придает оттиску необходимый цвет или оттенок, благодаря наличию в нем соответствующих красителей. Если используется абсолютно прозрачный бесцветный лак, то за счет металлизированного алюминиевого слоя получают фольгу серебряного цвета. Если лаковый слон окрашен желтым красителем, то металлизированный слой придает фольге золотистый цвет. Адгезионный слой должен быть наиболее чувствительным к температуре. При достижении tРа = 70–80° он должен приобретать клейкость, в то же время при температурах ниже tpa он должен быть «сухим», неклейким. При температуре tpaэтот слой должен дать прочное адгезионное соединение с переплетным материалом.