"Солнце" для типографии

Активно развивающиеся УФ-технологии дают новый импульс флексографской печати, качество которой зачастую не уступает глубокой и офсетной.

Популярность УФ-технологий растёт с каждым годом. Они позволяют добиться того, что раньше было сложно, а порой невозможно. Один из примеров — обеспечение рентабельности малотиражного производства качественной упаковки. Очевидные плюсы заставляют всё большее количество типографий покупать новые флексографские машины с УФ-секциями или модернизировать старые. Для одних настоящим прорывом становится внедрение УФ-лакирования, другие приобретают новых клиентов благодаря печати УФ-отверждаемыми красками.

Использование УФ-красок и лаков требует специальных сушильных устройств — важнейшего компонента флексографской машины. Надёжность сушки и качество продукции в значительной мере зависят от характеристик установленных в ней ламп. Сушка осуществляется облучением запечатанной поверхности ультрафиолетом. Отверждаемые с его помощью краски и лаки принципиально отличаются от других видов лакокрасочной продукции. Они не содержат испаряющихся растворителей и чаще всего не требуют предварительной подготовки (добавления присадок и разбавителей). Наносимый слой жидкой или вязкой субстанции затвердевает от УФ-излучения и превращается в полимер, не теряя объёма.

Источник излучения — УФ-лампа, помещённая в один из фокусов эллиптического рефлектора. Конструкция такова, что второй фокус эллипса — непосредственно на запечатываемой поверхности. При остановке машины излучение перекрывается специальным затвором, чтобы не перегревалось полотно, оказавшееся в зоне действия лампы. Для закрепления краски при высокой скорости печати нужны лампы большой мощности.

Зеркальная лампа

Стандартная лампа — прозрачная кварцевая колба с газом, по концам которой расположены электроды. При подаче напряжения в ней возникает электрическая дуга, испаряющая ртуть (нагрев до 900 °С), в газообразном состоянии излучающую энергию в виде света.

Все УФ-лампы изготовлены из прозрачного стекловидного силиката, обычно называемого кварцем. Он, хотя и дорог, в данном случае незаменим из-за проницаемости для УФ-излучения. Особенно это выражено в конце коротковолнового участка его спектра: здесь пропускается до 90% генерируемой энергии. Компоненты электрода из высококачественных материалов гарантируют долгий срок службы лампы, её надёжность.

Герметичная печать на концах выполняется с использованием фольги молибдена с платиной, что гарантирует работоспособность даже при высоких температурах.

Диапазон излучения ламп широк. На долю ультрафиолета приходится 17-20% (с максимумом на длине волны 365 нм, что подходит для большинства лаков и красок). Видимый свет — до 5%. Остальное — инфракрасное излучение.

В традиционных системах рефлекторы, как правило, изготавливаются из полированного алюминия. Но всё чаще УФ-сушки оборудуются т. н. «холодным зеркалом», когда поверхность рефлектора покрывается специальным дихроичным фильтром, отражающим до 98% УФ-излучения и пропускающим до 85% инфракрасного и видимого, что значительно увеличивает эффективность устройства. Доля ультрафиолета в спектре падающего на объект излучения возрастает до 72%.

В наиболее развитых системах холодное зеркало дополняет специальный фильтр между излучателем и запечатываемым полотном. Он, наоборот, пропускает УФ-излучение и отражает инфракрасное. Это сводит на нет долю тепла в падающем спектре, минимизируя температуру полотна. Особенно важна такая «холодная» сушка при печати на термочувствительных материалах.

Что внутри?

Лампу, как правило, заполняет инертный газ с небольшим количеством ртути. Поскольку ртуть излучает по всему спектру с максимумами на определённых длинах волн, её свойства корректируют. Сдвиг спектра достигается введением легирующих добавок в состав наполнителя (соли железа, галлия и других металлов). Поскольку реакция полимеризации запускается содержащимися в краске фотоинициаторами, для активизации каждого их типа требуется определённая длина волны. В идеале, «пик излучения» лампы должен совпадать с «пиком чувствительности» краски. В этом причина применения ламп с примесями для некоторых видов красок (табл. 1).

Все рассматриваемые производители (табл. 2) могут изготовить лампу с заданным спектром по специальному заказу. Исключение — GEW, выпускающая только ртутные лампы для своих сушек. Она изначально разрабатывала спецификации совместно с Amba. Сейчас излучатели Heraeus Amba официально рекомендованы для сушек GEW.

Классификация

Лампы обычно классифицируются по диапазону излучения. За образец можно взять принцип, принятый в компании IST Metz:

• CK - 200-380 нм. Ртутная лампа с особенно интенсивным излучением в УФ-C-спектре.
• CK-I. Как правило, галлиево-индиевые лампы. В отличие от предыдущей группы, особенно сильно излучают на длинноволновом участке спектра (420-440 нм).
• CK-II. Металл-галлидные лампы с добавлением железа. Главный спектральный диапазон 360-380 нм.
• CK-III. Пик - 370 нм.

Металл-галлидные лампы с парами свинца. В УФ-A-спектре излучение особенно плотное.

У остальных производителей группы ламп те же, но специальных названий не имеют.

На скорость отверждения краски и лака, кроме совпадения пиков чувствительности и излучения, влияют несколько параметров. Основные — мощность лампы (Вт/см) и конструктивные особенности рефлекторов.

Типичная удельная мощность лампы — 120—160 Вт/см. Но для печати на максимальных скоростях применяются лампы до 240 Вт/см, а иногда и более. В ряде приложений, наоборот, рекомендуются маломощные образцы с выходной мощностью от 60 Вт/см. Под индивидуальный заказ можно приобрести лампу с мощностью до 31 кВт/см.

В табл. 2 представлены основные характеристики, наполнители ламп, графики спектров их излучения для крупнейших производителей.

После изготовления лампы всех производителей проходят тщательное тестирование и сертификацию. Определяются электрические параметры, в т. ч. рабочее напряжение и мощность, сравниваемые с эталонными. Кроме упомянутых, лампы отличаются ещё по полутора десяткам параметров. Например, физическим (длина кабеля с обеих сторон лампы, диаметр колбы) и электрическим — напряжение на лампе (номинальное и зажигания), сила электрического тока и др. Могут быть отличия в кварцевой части лампы. Для ламп Primarc введены следующие обозначения:

HD — с утолщёнными стенками. В идеале, для производства колбы должен использоваться самый тонкий кварц (для лучшей УФ-проницаемости и удешевления). Иногда, для большей стойкости к механическим воздействиям, принцип нарушается.

O/F — не излучающие озон лампы из специального кварца.

Special — применимо к любой лампе, при изготовлении которой использовались специальные материалы или технологии.

Отличаются и цоколи (материалом, формой, размером). И конечно, при заказе лампы нужно знать, на каком оборудовании она будет работать.

Без отказа

И поставщики, и печатники сходятся в том, что лампы отказывают крайне редко. Как правило, поломки случаются по следующим причинам:

• прогорание рефлекторов из-за неправильной эксплуатации или неверного подбора лампы;
• гипервентиляция, вызывающая переохлаждение запечатываемого полотна и, как следствие, плохое отверждение краски;
• недостаточная вентиляция, приводящая к пересыханию краски;
• скачки электрического напряжения.

Обычно специалисты по внешним признакам могут определить причину. Например, почерневшие цоколи, скорее всего, означают, что был скачок напряжения. Изменения температуры видны по тёмным или светлым пятнам на стеклянной колбе лампы.

Износ УФ-лампы и уход за ней

Желательно, чтобы лампа излучала по протяжённому участку УФ-диапазона, т. к. волны разной длины по-разному влияют на закрепление красочного слоя на субстрате. Волны 395—445 нм проникают на максимальную глубину красочного слоя, благоприятно влияя на степень адгезии и отверждение плотных красок (белая, металлики) или более толстых слоёв, как при трафарете. Короткие (до 280 нм) влияют на полимеризацию поверхностных слоёв красочной плёнки. Излучение в данном диапазоне формирует блеск и увеличивает стойкость покрытия к механическим и химическим воздействиям.

Характеристики дуговых ртутных ламп стабильны. Падение их мощности происходит постепенно, по мере снижения прозрачности кварца, всё в большей степени отфильтровывающего ультрафиолет. Норма снижения зависит от ряда факторов — частоты переключения лампы, эффективности её охлаждения, чистоты поверхности и др.

Под сроком службы понимают количество часов, в течение которых лампа излучает достаточную для отверждения краски энергию. Рекомендуемый ресурс — 1000-1500 часов. Постепенно спектр излучения и удельная мощность лампы меняются. Сначала «пропадают» короткие волны (до 290 нм). Результат — липкая поверхность краски на выходе из сушки. К тому же износ ламп неравномерен, во избежание внезапного выхода из строя необходимо выполнять ряд рекомендаций.

Для эффективной и долгой работы УФ-сушек— обязательные профилактические работы. Каждые 2-4 недели протирать поверхность лампы (вынув её и вставив обратно с поворотом на 90°) и рефлекторов салфеткой, смоченной в изопропиловом спирте. Запрещается прикасаться руками к кварцевым частям лампы. Заменять все лампы в секции надо одновременно. Необоснованная «экономия» может привести к поломке других компонентов сушки.

Гарантия и обслуживание

Общепринятая практика на рынке УФ-ламп — гарантия на 1000 часов работы (при надлежащем уходе работают и много дольше). При отказе в течение гарантийного срока лампу, разумеется, возвращают. Замена производится по месту покупки. Но есть отличия между фирмами, специализирующимися на продаже и предлагающими лампы как дополнение к иному оборудованию. В последних часто гарантия — только на машины, а все вопросы по замене ламп — к непосредственному производителю. При покупке ламп у уполномоченного дистрибьютора его специалисты произведут осмотр, выяснят причину отказа и, если он произошёл не по вине типографии, лампу заменят. Поставщики ламп Heraeus Amba заверяют, что сомнения в наличии гарантийного случая будут истолкованы в пользу типографии.

В Primarc — отличия от стандартных условий. Если лампа отработала менее 100 часов, покупателю вернут полную стоимость, если же наработка не превысила гарантированной 1000 — пропорциональную наработке сумму.

Резюме

Эффективность лампы зависит от условий эксплуатации. Очень важно подобрать её именно для оборудования типографии. Иначе — либо избыточные затраты при покупке и замене ламп, либо недолгая и нестабильная работа оборудования и даже повреждение его частей. Не забудьте об ограничениях печатной машины, они определяют длину лампы, электрические параметры, мощность и форму цоколей. Многие поставщики УФ-сушек рекомендуют использовать лампы конкретных производителей. Тип лампы (ртутная или с примесями) зависит от красок (табл. 1). Для наилучшего отверждения «пик излучения» должен совпадать с «пиком поглощения» краски или лака.

Автор выражает признательность специалистам компаний Primarc, «Аквалон», «Би-Пресс», «КОНТ», «Ювитек» за помощь при подготовке статьи.