Несмотря на микроскопические размеры, положительно и отрицательно заряженные ионы могут существенно повлиять на качество печатной продукции и безопасность операторов.
Мало кто знаком с природой статического электричества: разве что испытывал на себе разряд или чувствовал, как встают дыбом волосы. В повседневной жизни статическое электричество безвредно, но в узкорулонной печати становится серьёзной помехой. Понимание этого явления и умение его контролировать сэкономят типографиям время, материалы, средства, избавят от проблем на длинных тиражах.
Статическое электричество — дисбаланс положительных и отрицательных ионов на поверхности материала (каких ионов больше, таков и знак заряда объекта). Возникает оно при трении, разделении материалов, колебаниях температуры. Первые две причины типичны для узкорулонной печати. «Как правило, статика появляется при соприкосновении и последующем разделении разнородных материалов», — рассказывает президент Stopstatic.com (подразделение Alpha Innovation) Билл Ларкин. При печати этикеток это может быть разматывание и наматывание рулона, когда при разделении и повторном контакте материалы обмениваются электронами. Получивший приобретает отрицательный заряд, потерявший — положительный.
 |
| Ионизирующая штанга Ion 360 от Stopstatic.com |
Статическое электричество — реальная помеха при печати этикеток. Первая проблема — загрязнение запечатываемого полотна. Лента со статическим зарядом стремится стать нейтральной, привлекая противоположно заряженные частицы. Шин Фремон из Cole Static Control объясняет, что для пластиковых плёнок характерен отрицательный заряд: они притягивают всё, что заряжено положительно, в первую очередь, бумажную пыль. На любом производстве найдутся коробки, древесина и другие содержащие целлюлозу предметы, частицы которой неизбежно загрязнят полотно.
По словам Ларкина, сильное нестабильное поле (более 3 кВ) притягивает частицы пыли и грязи из воздуха и окружающих поверхностей (в т. ч. с пола). Пыль на заряженном запечатываемом полотне может стать причиной отметин на готовой продукции.
Ещё одна проблема — удар оператора током при разряде свыше 10 кВ. Хотя сам по себе он неопасен, пошатнувшись, человек может что-нибудь повредить. «Выделяющееся при статических разрядах тепло может нарушить и поверхностное покрытие», — предупреждает Ларкин.
Это серьёзный вопрос, особенно для этикеток с метками радиочастотной идентификации (RFID): они чувствительны к статическому электричеству и при высоком напряжении прекращают функционировать. Контакт заряженной RFID-этикетки с металлическими валами приведёт к разрушительному электростатическому разряду, тем более при наличии заземления.
Джей Перри из Simco Industrial Static Control напоминает о другом — статические заряды имеют свойство накапливаться: «Первоначально низкий поверхностный заряд возрастает при прохождении материала через транспортные валы. В конце машины заряд выше, чем в начале».
Заземление не всегда снимает проблемы со статикой при печати этикеток. «Оно помогает при наличии проводника — металла, угольного электрода, человека. Изолирующий материал нельзя заземлить в принципе. Электрический заряд на поверхности пластика не проводится и не уходит в землю», — объясняет Ларкин.
Что делать?
Ситуация сложная, но выход есть: специальные устройства двух типов (пассивные и активные) способны не только контролировать статическое электричество, но и устранять связанные с ним проблемы. К пассивным системам относятся заземлённые «кисточки» из распушённых медных волокон, антистатические щётки и шнуры (струны). Эти недорогие устройства помещают непосредственно над полотном. По словам Мэттью Файффа из Meech Static Eliminators, стоимость модулей пассивного типа приближается к 100 долл., доступность делает их популярными. «На машинах любого производителя упаковки смонтированы антистатические медные “кисточки”», — добавляет Ларкин.
Современные «кисточки» содержат невидимые микроволокна, щётки снимают статику токопроводящими волокнами. Антистатическая струна оптимальна при листовой печати с рулонов. При монтаже над стопой готовой продукции, она снимет статическое электричество и не даст листам слипнуться. Как пояснил Ларкин, основные проблемы со статикой у изготовителей этикеток возникают именно при печати из роля в лист. Stopstatic.com предлагает широкий ассортимент пассивных систем, в т. ч. гибкий антистатический шнур собственной разработки, который можно снять и без проблем вернуть на место.
Пассивные устройства уменьшают заряд движущегося через машину материала, но не снимают его полностью. Перри считает, что главный недостаток в том, что они лишь снижают поверхностный заряд до некоторого порогового значения, после чего бессильны.
 |
| Нейтрализатор статического электричества 915 AC на базе переменного тока от Meech Static Eliminators |
Активные устройства работают по принципу генерации коронного разряда, сводя статическое напряжение к нулю. По словам Перри, системы активной ионизации используют точечный коронный разряд высокого напряжения, формирующий в окружающем воздухе положительные и отрицательные ионы, нейтрализующие статические заряды. Пройдя сквозь ионизированный воздух, полотно притягивает противоположно заряженные частицы и нейтрализуется, а избыточный заряд уходит в землю (система обязательно заземлена).
Два основных типа активных устройств — переменного и пульсирующего постоянного тока. Файфф рассказал, что первые помещают над полотном на расстоянии 2,5–15 см. Зона действия вторых шире (16–92 см), обычно их применяют в намотчиках. Устройства на базе переменного тока генерируют фиксированный поток ионов, распределяемый обдувом. В системах с пульсирующим постоянным током уровень ионов регулируется, воздушные сопла не используются.
К активным устройствам относятся ионизирующие штанги, пушки, нагнетатели, форсунки. Штанги снимают статику при работе с бумагой или плёнкой. Находящееся возле запечатываемого полотна устройство защитит оператора от разрядов. Пушки выстреливают на объект нейтрализующий поток ионизированного воздуха.
Нагнетатели обеспечивают непрерывный поток ионов, защищая чувствительные материалы от электростатических разрядов. Они оптимальны для больших площадей (вентиляторы распределяют ионизированный воздух от источника) и помогают поддерживать чистоту за счёт нейтрализации зарядов, притягивающих и удерживающих частицы пыли на стенах, столах и прочих поверхностях. Форсунки работают на сжатом воздухе и способны загонять ионизированный воздух в труднодоступные места.
Рассказывает Марк Блитштейн, Ion Industrial: «Генерируемые ионизаторами положительные и отрицательные ионы нейтрализуют статические заряды на полотне. Их обязательно устанавливают на модулях размотки, намотки и после устройства обработки коронным разрядом. Рекомендуются и дополнительные системы после каждой печатной секции».
Стоимость активных нейтрализаторов, по словам Файффа, от 500 до 2000 долл., в зависимости от характеристик. Фиксирующая текущие показания система с обратной связью обойдётся в 2-3 тыс. долл. Тип и уровень нейтрализатора зависят от требований компании к качеству продукции.
Нейтрализаторы статического электричества продают Cole Static Control, Ion Industrial, Meech Static Eliminators, Simco Industrial Static Control и Stopstatic.com. В ассортименте Simco и Ion Industrial только активные решения, у остальных — обе разновидности.
Ещё одна форма контроля статики — ядерные нейтрализаторы: фольга испускает альфа-частицы (полониевая радиация), расщепляя окружающий воздух на позитивные и негативные ионы. Такие устройства редко применяются в узкорулонной печати, чаще встречаясь в электронике и при обслуживании взрывоопасных зон.
Спорные моменты
 |
| Модели нейтрализаторов статического электричества Ion Virtual на базе переменного тока от Ion Industrial |
Ларкин упоминает горячие споры вокруг RFID-этикеток и снятия статики при их производстве. Некоторые производители уверяют, что только их оборудование решает проблему, однако он это мнение не разделяет. «Исключительное использование устройств для снятия статического электричества непрактично, ибо чувствительные к статике материалы с RFID-этикетками могут тут же приобрести заряд, а транспортируемая по металлическому валу этикетка через него разрядится. Статические разряды происходят слишком быстро, ионизатор здесь не поможет».
Ларкин предлагает сфокусироваться на предотвращении электростатических разрядов в принципе. Чтобы разряд на металлических валах не повредил RFID-этикетку, её можно защитить изолирующим ламинатом или нанести на валы антистатическое покрытие. Stopstatic.com работает над материалами, перманентно рассеивающими статическое электричество, рассчитывая предотвращать электростатические разряды.
Для устройств вставки RFID-этикеток Блитштейн рекомендует нейтрализаторы на базе переменного тока Ion Virtual от Ion Industrial.
За счёт модульного дизайна нейтрализующие штанги веерно подключаются к единому источнику питания с обратной связью. Это идеально для узкорулонных машин и в особенности для устройств вставки RFID-этикеток, где требуется до 10-ти нейтрализаторов. По его словам, решение эффективное, надёжное и экономичное.
Очистители полотна
Не обойтись без нейтрализаторов статического электричества и в устройствах очистки полотна: именно заряд притягивает пыль. Simco выпускает вакуумные очистители для рулонных и листовых материалов, нейтрализующие и удаляющие частицы с поверхности материала с дополнительной нейтрализацией полотна на выходе из модуля очистки.
В ассортименте компании также контактное чистящее оборудование, справляющееся с частицами размером в 1 мкм (толщина человеческого волоса 100 мкм, частицы менее 50 мкм невидимы невооружённым глазом).
Американская Wandres предлагает очистители на базе технологии Ingromat: на щётки, сметающие грязь и пыль, наносится микроскопическое количество антистатической жидкости, нейтрализующей поверхностный заряд полотна. По словам Джастина Элсли, для машин шириной 40–45 см такое устройство, помещаемое непосредственно перед первой печатной секцией, обойдётся в 17-18 тыс. долл.
Влажность
Появление статического электричества не в последнюю очередь зависит от влажности: чем она ниже, тем больше генерируется статики. По словам представителя Husson Кита Вернона, идеальные условия для типографии — температура 20–22 °С при относительной влажности 40–60%. При нагревании поступающего с улицы воздуха с температурой -12 °С и влажностью 50% до 21 °С влажность падаёт до 8-10%, а это слишком мало: «Проблемы со статическим электричеством на производстве начинаются при относительной влажности 30-35%».
Исправят ситуацию специальные системы увлажнения. Они располагаются на высоте потолка и генерируют туман из водных капель, настолько мелких, что окружающие их просто не чувствуют.
Чаще всего при работе с устройствами увлажнения предприятие разделяют на зоны и устанавливают для каждой свой уровень относительной влажности. Его контролируют приборы, подключающиеся к программируемому контроллеру при падении влажности ниже нужного уровня. Контроллер запускает машину, и генерируемый туман повышает влажность.
Husson предлагает системы увлажнения датской ML Systems, в которых для равномерного распределения влаги используются вентиляторы. По словам Вернона, для систем увлажнения это редкость — как правило, принцип действия основан на притяжении влаги к наиболее сухим зонам. Вентилятор ускоряет процесс, делает его равномернее и эффективнее.
Системы увлажнения можно комбинировать с нейтрализаторами статического электричества — так делают многие типографии. Вернон подчёркивает, что морщины и складки на запечатываемом полотне возникают не только из-за статического электричества, поэтому нейтрализаторы помогают не всегда. По его мнению, справиться с большинством проблем способны именно увлажнители: «Если с влажностью всё в порядке, статическое электричество беспокоить не будет».
Когда без статики не обойтись
 |
| Генераторы зарядов 7020 и 7220 от Ion Industrial |
Статическое электричество — причина массы проблем при печати, но иногда заряд играет положительную роль, в частности, если нужно соединить плёнку и фольгу или вставить промежуточный материал между двумя основными. Блитштейн приводит два примера: «Представьте изделие с тонким купоном 5х8 см, которым воспользуется потребитель. Вместо приклеивания, купон можно зафиксировать статическим электричеством, экономя на отверждении клеящего состава или предварительном проклеивании. Точно так же удерживается в нужном положении прозрачное окно из плёнки перед УФ-обработкой».
Для получения статического электричества используются генераторы зарядов. «Их устанавливают на машинной раме, причём аппликатор находится именно там, где фрагмент первоначально выравнивается по отношению к материалу-основе. Система точечно заряжает поверхность купона ионами воздуха одинаковой полярности, и тот прилипает к материалу, — поясняет Блитштейн. — Генераторы работают по разным принципам. В моделях Ion Industrial 7020 и 7220 предусмотрено два режима: стандартный — постоянного напряжения (по аналогии с большинством генераторов) и дополнительный — постоянного тока для обеспечения стабильных характеристик, не зависящих от условий окружающей среды, загрязнения ионизирующих электродов и отклонений характеристик материала».
Резюме
По мере роста требований к качеству, вопросы статического электричества становятся для типографий узкорулонной печати всё актуальнее. Избавление от нежелательной статики в машине не только снижает риск травматизма, но и помогает бороться с грязью и пылью на запечатываемом полотне, повышая качество готовой продукции. Заряжающие материал генераторы упрощают работу над некоторыми заказами.
Стандарты качества в индустрии совершенствуются; как выразился Перри, контроль уровня статического электричества становится одним из главных требований к производству.
Редакция выражает благодарность Владимиру Кучеренко, генеральному директору компании Penta-Trade, за консультации при переводе статьи.
* Печатается с разрешения журнала Label & Narrow Web, www.labelandnarrowweb.com.
