Оборудование для травления форм

После сушки формы-копии подвергаются травлению, в ре­зультате которого непечатающие участки углубляются, а печа­тающие элементы приобретают необходимый рельеф. Глубина протравливаемых участков является функцией ширины пробе­лов и колеблется в пределах от 0,04 до 1—1,5 мм.

К операции травления предъявляют следующие основные требования: изображение на форме должно в точности воспро­изводить оригинал; на печатной форме недопустимы стравлен-

 

ные элементы печатающего рельефа; профиль печатающих эле­ментов должен иметь конусообразную форму; на печатающей поверхности не должно быть механических повреждений — за­усенцев, царапин, вмятин и т. п.; на оборотной стороне формы не должно быть протравленных участков; неравномерность трав­ления пластины по глубине не должна превышать 10%.

Главная проблема при травлении формного материала с незащищенными копировальным слоем участками поверхности

состоит в том, чтобы действие травящего раствора в основ­ном направлялось вглубь, а бо­ковые грани были защищены от его воздействия. В настоя­щее время повсеместно внед­рено однопроцессное травле­ние клише, когда весь процесс протекает без промежуточных операций. Это стало возмож­ным в результате решения сле­дующих вопросов:

Рис. 7.1. Схема одноступенчатого травления:

/ — травящееся клише; 2 — задубленный копировальный слой; 3 — боковая грань печатающего элемента; 4 — пробельный участок; 5 — образующийся защитный слой; 6 — направление движения травящей эмульсии

найдены добавки к травя­щему раствору в виде поверх­ностно-активных веществ для защиты боковых граней от под-травливания;

разработаны специальные машины для одноступенчатого травления;

применены формные материалы, не имеющие загрязняющих примесей, что обеспечивает равномерное стравливание ме­талла.

Поверхностно-активное вещество (ПАВ) находится в раст­воре в виде эмульсии «масло — вода». В этом случае боковые грани печатающего элемента смачиваются капельками масла, которое является хорошей защитой против воздействия кис­лоты, в то время как основание травящего участка вследствие особенностей подачи раствора на поверхность клише остается свободным от защитного средства. В настоящее время нет еди­ной теории эмульсионного травления, существуют несколько на­учных гипотез, объясняющих особенности этого процесса. Принципиально особенности эмульсионного травления можно объяснить по следующей схеме (рис. 7.1). При нанесении эмуль­сии на травящееся клише компоненты защитного препарата аб­сорбируются на боковых гранях печатающих элементов, защи­щая их от травления, на пробельных же участках такой защиты

не происходит, и поэтому они подвергаются травлению вследст­вие воздействия азотной кислоты.

На полиграфических предприятиях страны травление пе­чатных форм эмульсионным способом осуществляется в основ­ном в машинах роторного и соплового (струйного) типов, а так­же с системой натекания травящего раствора. Отечественное по­лиграфическое машиностроение выпускает серийно струйные машины модели ФТЭ-50Н, а механические мастерские УНИИППа изготавливают роторные машины ТОР.

Принципиальные схемы построения каждого типа машин представлены на рис. 7.2.

ЧР

X Л X Р-

тжмтнмУт _/2

^

Рис. 7.2. Машины для одноступенчатого травления: а „роторный принцип; б — струйный принцип; в — принцип натека­ния; / — формный материал; 2 — травящий раствор; 3 — насос

\

Из опыта работы и анализа литературных данных следует, что более высокая скорость травления достигается в машинах натекания. Проведенные эксперименты в типографии издатель­ства «ЕИльна Украша» Львовского обкома КПСС Украины по­казали, что максимальная скорость травления форм в машинах натекания равна 128 мкм/мин, в то время как для струйного (соплового) и роторного типов машин скорость травления не превышает 50—100 мкм/мин. Увеличение скорости травления до 120 мкм/мин позволяет сократить время травления газетной полосы до 7—8 мин и получить в машине с объемом травящего раствора 90 л 9—10 пригодных для матрицирования полос.

Однопроцессное травление представляет собой электрохи­мический процесс, протекающий в диффузионной области. В процессе травления раствор интенсивно перемешивается, и значения коэффициентов диффузии обусловливаются характе­ром движения жидкости, от чего во многом зависят качество получаемых форм и скорость их травления.

Установлено, что в роторных машинах при скорости враще­ния ротора свыше 330 об/мин начинает образовываться одно-

 

родная эмульсия, качество которой улучшается по мере возра­стания скорости до 600 об/мин. В этом диапазоне скоростей получается высокодисперсная, однородная эмульсия.

Во всех типах машин технологические результаты, и преж­де всего скорость травления, связаны с интенсивностью подачи эмульсии на обрабатываемую пластину. Так, например, в ротор­ных машинах при 800 об/мин скорость травления составляет 90—95 мкм/мин. Дальнейшее повышение интенсивности подачи раствора не увеличивает скорости травления. Это объясняется «эффектом проскальзывания» лопастей в жидкости.

При работе в эмульсионных растворах кривая скорости травления имеет экстремальный характер. Наблюдается резкое торможение скорости травления (практически прекращение травления) вследствие так называемого эффекта «аномального травления», подробно исследованного В. М. Михайловым. Ана­логичное же явление торможения скорости травления наблюда­ется и в сопловых машинах при повышении давления в раство-роподающей системе.

Таким образом, в роторных и сопловых машинах дальней­шее значительное повышение скорости травления за счет опти­мизации гидродинамических параметров потока представляет определенные трудности.

Большое значение для обеспечения технологических требо­ваний к качеству изготавливаемых клише в травильных маши­нах имеет равномерность подачи эмульсии по всей поверхности обрабатываемой пластины.

На основании проведенных исследований параметрами, оп­ределяющими равномерность подачи раствора, в роторных ма­шинах следует считать: диаметр роторов, скорость их вращения и перемещение пластинодержателя. Для обеспечения технологи­чески необходимых режимов диаметр ротора не должен быть меньше 100 мм. Оптимальное расстояние от оси ротора до по­верхности пластины должно быть в пределах 2,75—3,3 радиуса ротора; уменьшение этого расстояния ведет к снижению равно­мерности нанесения травящей эмульсии, а увеличение — к уве­личению габаритов резервуара травильной машины и снижению ее производительности за счет уменьшения плотности нанесения травящего раствора. Наилучшие технологические результа­ты травления достигнуты при погружении роторов на глубину 7 мм.

Как показало сравнительйое исследование поступательно-вращательного, вращательного и планетарного перемещений пластины в процессе травления, наибольшая равномерность травления достигается при вращении относительно неподвижной оси и планетарном перемещении пластины.

При использовании планетарного механизма передаточное отношение должно быть дробным, так как в противном случае на равновеликие участки будет наноситься неодинаковое коли­чество эмульсии. Установлено, что оптимальными пределами этой дробности следует считать 0,2—0,8.

I в, мл/м-с

/, мм

60 120

-180 -120 -60

i в, мл/м-с

Графики изменения плотности нанесения травящего раст­вора для одного и шести роторов при неподвижной пластине и сложном ее перемещении представлены на рис. 7.3. Характер изменения кри­вых указывает, что ре­шающим фактором для повышения равномерно­сти травления является вращение пластинодер­жателя.

120 240360480600 720840960 в, мл/м-с

0,8 0,4

/, мм

1 ■ I. 1 I I ■ 1» I I I ■ 1 |>

120 240 360 480 600 720 840 960

Рис. 7.3. Графики изменения плотности нанесения травящего раствора на по­верхность пластины: а — при одном роторе и неподвижной пласти­не; б — при шести роторах и неподвижной пластине; в — при шести роторах и сложном движении пластины

С роторными маши­
нами успешно конкуриру­
ют сопловые (или струй­
ные) машины. Эта кон­
куренция объясняется
тем, что при травлении
пластин больших разме­
ров в роторных машинах
равномерность травления
снижается, конструкция
роторных машин несколь­
ко сложнее, затруднитель­
но применять в них ван­
ны переменной емкости
для эмульсии, что приво­
дит к повышенному рас­
ходу последней.

Струйные машины обладают рядом достоинств, к числу ко­торых следует отнести: отсутствие специальных эмульгирующих устройств, широкий диапазон регулирования напора подавае­мого раствора, малую инерционность привода, позволяющую быстро ввести процесс в установленный режим, возможность из­менить объем раствора в зависимости от загрузки машин и ха­рактера изображения на вытравливаемых пластинах.

На предприятиях Советского Союза, особенно в пунктах децентрализованной печати газет, наиболее широкое примене­ние нашли струйные машины марки ФТЭ-50Н, выпускаемые Одесским заводом полиграфических машин. Конструкция маши­ны типа ФТЭ для пластин форматом 50X65 см показана на рис. 7.4.

Струйная травильная машина ФТЭ-50Н (рис. 7.4) предна­значена для скоростного однопроцессного травления плоских печатных форм, используемых в газетном и книжно-журнальном производстве. Машина комплектуется пультом управления, уста­навливаемым непосредственно у машины, а также холодильни­ком и электрошкафом, устанавливаемыми в другом помещении

Рис. 7.4. Принципиальная схема ФТЭ-50Н

с целью защиты их от воздействия агрессивных паров травяще­го раствора, которые выделяются при работе машины.

Машина работает в автоматическом цикле по заданной программе. Травящий раствор подается струями на пластину* (рис. 7.4), закрепленную на пластинодержателе 7, который со­вершает сложное движение.

Травящий раствор находится в ванне 27 и центробежным насосом 17 подается через трубопроводы 14 в распределитель­ную камеру 12. Через отверстия в крышке этой камеры струи травящего раствора под давлением подаются на поверхность

формной пластины, благодаря чему происходит процесс трав­ления.

При перекачивании насосом травящий раствор эмульгиру­ется для поддержания его в рабочем состоянии. Эмульгирование происходит как в рабочем режиме, так и в перерывах между травлениями, когда насос автоматически переключается на ма­лые обороты.

Травящий раствор перед началом работы подогревается до заданной температуры электронагревателем 24. Избыток тепла, выделяющегося в процессе травления, удаляется системой ох­лаждения через испаритель 26 фреона холодильной машины.

Холодильная машина и электронагреватель включаются электронным регулятором температуры, находящимся на пуль­те управления. Датчик этого прибора 25 введен непосредственно в ванну и погружен в травящий раствор.

Для определения объема заливаемого в ванну раствора слу­жит указатель уровня 13, который должен быть выставлен так, чтобы его нижняя кромка касалась зеркала раствора при объ­еме 40 л, при этом- положение верхней кромки соответствует 120л.

Для обеспечения безопасности работы на крышке машины предусмотрен затвор 3, запирающий крышку во время травле­ния и воздействующий при этом на конечный выключатель 2. При срабатывании конечного выключателя 2 происходит авто­матическое переключение привода насоса с малых оборотов ре­жима эмульгирования на повышенные обороты режима травле­ния, при которых струи травящего раствора поднимаются на большую высоту и могут травмировать окружающих, если крышка ванны не будет закрыта. Слив травящего раствора из ванны производится через вентиль 23.

Основным несущим узлом машины является остов 22, име­ющий регулируемые опоры 18. На остове установлена ванна 27, сваренная из нержавеющей стали. Ванна снабжена бортовыми отсосами 29, подсоединяемыми к вытяжной вентиляции для от­сасывания паров травящего раствора, выделяющихся из ванны. Снаружи ванны прикреплен дозатор / для подачи в ванну до­бавки азотной кислоты по мере истощения травящего раствора при травлении пластин.

Ванна закрывается крышкой 9, на наружной поверхности которой установлен привод пластинодержателя, а на внутрен­ней— пластинодержатель. Для обеспечения требуемой равно­мерности травления пластинодержатель в процессе травления совершает сложное круговое эпициклическое движение, получа­емое от электродвигателя 6 через редуктор 5, обгонную муф­ту 4 и планетарный механизм 28.

Для установки на пластинодержатель формной пластины и снятия ее после травления крышку 9 вручную переводят в от­крытое положение. Для уменьшения усилия открывания и за­крывания крышки служит противовес // и ролики 10.

Привод насоса 17 осуществляется от электродвигателя 15 постоянного тока, который связан с насосом 17 и тахогенера-тором 21 клинореметшми передачами 16 и 20. Натяжение пе-

Рис. 7.5. Распределитель ФТЭ-50Н

редачи 16 производится перемещением электродвигателя винта­ми 19, а передачи 20 — перемещением тахогенератора в пазах опорной плиты, установленной на остове.

Распределительная камера (рис. 7.5) представляет собой восьмиугольную закрытую полость и служит для равномерного распределения травящей эмульсии по площади обрабатываемой пластины и подачи эмульсии на пластину струями. Она состоит из крышки 6, дна 7, нагнетательных трубопроводов / и опорных винтов //.

Опорные винты предназначены для выставления распреде­лительной камеры в горизонтальное положение. Это необходимо

для обеспечения одинаковой высоты струй травящей эмульсии. Выставление камеры в горизонтальное положение достигается вращением винтов в резьбовых втулках 13, закрепленных на ка­мере гайками 12. Фиксация камеры в горизонтальном положе­нии обеспечивается контргайками 14. Трубопроводы 1 одеты на штуцера, приваренные к дну камеры.

На другом конце трубопроводов имеются прямые гладкие штуцера 2, которые соединяются с нагнетательными трубопро­водами, идущими от насоса травильной машины. Распорные планки 17 равномерно расположены по площади камеры и кре­пятся винтами 15 и гайками 16. Эти планки обеспечивают тре­буемое расстояние между дном и крышкой ванны. Кроме того, в планках 17 имеется отверстие, через которое в процессе трав­ления сливается избыток раствора, образующийся над плоско­стью крышки при работе насоса.

По периметру камеры имеется прямоугольная полость меж­ду дном и крышкой. Она образована угольниками 9, приварен­ными к дну, и угольниками 4, приваренными к крышке камеры и соединенными винтами 3. В эту полость поступает травящий раствор через трубопроводы 1.

Для защиты от наружних протечек раствора применен уплотнитель 10. Из этой полости травящий раствор через от­верстия 8 в угольниках 4 под давлением попадает в восьми­угольную полость по всей площади распределителя, откуда че­рез отверстия в крышке в виде струй подается на обрабаты­ваемую пластину. К верхней плоскости крышки приварены угольники 5, которые образуют замкнутую наружную восьми­угольную площадку. На ней при работе насоса находится бу­ферный слой травящего раствора, толщина которого постоянна и равна высоте полки угольников 5. Избыток раствора сливается через кромки полок угольников 5 и отверстия в рас­порных планках 17.

Это имитирует затопленную раствороподающую систему и обеспечивает одинаковое давление всех струй на обрабатывае­мую пластину. В то же время такая конструкция распредели­тельной камеры позволяет использовать преимущества незатоп-ленных раствороподающих систем. В частности, в машине ФТЭ-50Н возможно изменение объема травящего раствора в ванне в широких пределах (от 40 до 120 л) в зависимости от загрузки, т. е. от количества печатных форм, которые необходи­мо вытравить.

Все металлические детали распределительной камеры изго­товлены из хромово-никелевой нержавеющей стали, а трубопрово­ды / и уплотнитель 10 — из поливинилхлоридных трубок, стой­ких к воздействию травящего раствора.

Интенсивность травления в машинах струйного типа нахо­дится в прямой зависимости от напора травящей эмульсии на формную пластину.

Однако при увеличении напора раствора свыше некоторого критического значения процесс травления резко замедляется. При этом на поверхности клише возникает множество хаотично расположенных конусообразных возвышений — «пиков», бугри­стостей и участков с недостаточной глубиной пробельных эле­ментов. Это явление называется явлением аномального травле­ния, а напор, при котором происходит это, называется критиче­ским.

На величину критического напора Н_кр влияет температура раствора, его насыщенность растворенным металлом, процент­ное содержание компонентов раствора. Таким образом, величи­на #_кр является своеобразной интегральной характеристикой этих свойств.

Эмульсионный раствор относится к типу дисперсных си­стем, свойства которых во многом обусловлены размером дис­персных частиц, т. е. степенью эмульгирования. Величина крити­ческого напора обратно пропорциональна диаметру дисперсных частиц.

По установленной величине напора H_HV можно произвести выбор технологического напора Я_тех. С целью исключения зон аномального травления и получения клише требуемого качест­ва величина напора Я_тех должна находиться из выражения

**■ тех ⁼⁼ А ' " кр>

где /(=0,8.

Это является основным технологическим требованием к машинам эмульсионного травления струйного типа.

Травильные машины ФТЭ-50Н струйного типа для однопро-цессного эмульсионного травления микроцинковых печатных форм серийно выпускаются на Одесском заводе полиграфиче­ских машин с 1970 г. В 1980 г. проведена модернизация маши­ны с целью обеспечения скоростных режимов травления.

Работа на травильных машинах требует соблюдения требо­ваний техники безопасности и охраны окружающей среды при использовании компонентов травящего раствора. При непосред­ственном контакте с кожей азотная кислота вызывает ожоги. Воздух, содержащий азотную кислоту, раздражает дыхательные пути, вызывает разрушение зубов, конъюнктивиты. По степени воздействия на организм человека защитный препарат «Рубин» является веществом умеренно опасным и относится к веществам 3-го класса опасности: умеренно раздражает кожу и слизистую оболочку глаз. Токсичность защитного препарата «Рубин» объ-

ясняется присутствием в нем органического растворителя — ди-этилбензола. Хроническое отравление парами диэтилбензола характеризуется поражением крови и кроветворных органов. Предельно допустимая концентрация диэтилбензола в воздухе рабочей зоны— 10 мг/м³.

Помещение, где производится работа с азотной кислотой и защитным препаратом «Рубин», должно быть оборудовано об­щеобменной приточно-вытяжной вентиляцией и местными вен­тиляционными отсосами в местах их наибольшего выделения в воздух рабочей зоны. Ежесменно необходимо производить влаж­ную уборку помещения.

При работе с азотной кислотой и защитным препаратом следует использовать индивидуальные средства защиты от попа­дания этих веществ на кожные покровы, слизистые оболочки глаз и органы дыхания и пищеварения. В качестве индивидуаль­ных средств защиты используются резиновые перчатки, спец­одежда, защитные очки, противогаз фильтрующий. Рекоменду­ется для защиты кожи рук применение защитных мазей и паст.

Одним из путей увеличения скорости травления является повышение дисперсности травящей эмульсии.

Отличительной особенностью скоростной машины является то, что в ней применен более совершенный привод насоса, обес­печивающий высокую скорость вращения насоса (до 2000 об/мин) и соответственно более высокую скорость травле­ния. Схема управления нового привода обеспечивает стабиль­ность скорости вращения насоса в режиме травления при ко­лебаниях напряжения в сети от ±10 до 15% с точностью ±1,0%. Новый привод обеспечивает также регулировку скоро­сти вращения насоса в режиме травления в широких преде­лах— от 1000 до 2000 об/мин с интервалом 20 об/мин и в ре­жиме эмульгирования — от 600 до 700 об/мин. Это позволяет выбрать оптимальный режим травления и эмульгирования, обес­печивающий требуемое качество при высоких скоростях травле­ния. Некоторые изменения внесены в конструкцию струйного распределителя травящей эмульсии, в частности диаметр вы­ходных отверстий уменьшен с 5 до 3 мм. Эти изменения поз­волили значительно повысить высоту струй раствора, т. е. на­пор травящей эмульсии, при той же потребляемой мощности.

При указанных режимах скорость травления увеличивает­ся примерно в 1,5 раза и достигает 200 мкм/мин.

Как видно из табл. 7.1, при скоростном травлении умень­шается объем защитного препарата по отношению к объему за­щитного препарата, используемого ранее. При новых режимах травления максимально допустимая насыщенность раствора стравленным цинком увеличивается на 14%, что позволяет в

вначале нейтрализуется азотная кислота, а затем образуется осадок гидроокиси цинка. После полной нейтрализации гидро­окись цинка отфильтровывается в специальных фильтрах, а очи­щенная вода выпускается в канализацию. Техническая характеристика машины ФТЭ-50Н

Машина

7.3. Расчет системы охлаждения травильной машины ФТЭ-50Н Особенностью работы травильной машины является выделе­ние энергии в результате экзотермической реакции травления. В качестве травящей эмульсии используется азотная кислота с защитным препаратом «Рубин». Для поддержания оптималь­ной температуры травления +27°С необходимо постоянно ох­лаждать раствор эмульсии.