На правах рукописи

ВАРЕПО ЛАРИСА ГРИГОРЬЕВНА

МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА

ОФСЕТНОЙ ПЕЧАТИ

С УЧЕТОМ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ

ЗАПЕЧАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

(печатные средства информации).

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва – 2014 2

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова» и в ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

Бобров Владимир Иванович доктор техниче

Научный консультант:

ских наук, профессор, профессор кафедры Технологий полиграфического производства ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова»

Кузнецов Юрий Вениаминович доктор тех

Официальные оппоненты:

нических наук, профессор, заведующий кафедрой Технология полиграфического производства, Северо-Западный институт печати ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна»; член американского Общества науки и техники обработки изображений (IS&T) и Технической ассоциации полиграфии (TAGA);

Проскуряков Николай Евгеньевич доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Технологии полиграфического производства и защиты информации ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»;

Беляев Павел Серафимович доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой Переработка полимеров и упаковочное производство ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Защита диссертации состоится «13» ноября 2014 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.147.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова» по адресу: 127550, г.

Москва, ул. Прянишникова, д. 2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова», http://www. mgup.ru

Автореферат разослан « » 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.147. доктор технических наук, профессор Е.Д. Климова

1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Точность цветопередачи, графическая и градационная точность и износостойкость печатного изображения, в значительной мере определяют уровень качества различных видов печатной продукции, ее информационную и эксплуатационную функции и непосредственно влияют на конкурентоспособность. Качество продукции в целом формируется и обеспечивается на всех стадиях ее жизненного цикла.

Качество офсетной печати оценивается показателями, во многом определяемыми особенностями процессов переноса краски на запечатываемый материал и их взаимодействия. Это делает проблему прогнозирования качества печати чрезвычайно емкой, актуальной, требующей для своего решения разработки высокоинформативных методов, как для оценки показателей переноса краски на запечатываемый материал, так и показателей качества компонентов печатной системы и печатной продукции.

Ныне действующий стандарт (ГОСТ Р 547662011 (ISO 12647-2)) регламентирует требования к показателям качества многокрасочной печатной продукции, отпечатанной офсетным способом. Количество видов эталонной бумаги в нем ограничено, что затрудняет оценку качества тиражных оттисков в условиях мелко и среднесерийного производства.

Постоянное обновление на рынке ассортимента компонентов печатной системы (с опережающим ростом запечатываемых материалов по отношению к печатному оборудованию) и отсутствием данных о характеристиках микрогеометрии поверхности новых материалов не всегда позволяет обеспечить стабильность качества печати.

Степень разработанности темы исследования. Тема исследования является продолжением одного из основных направлений прогнозирования качества – применение методов исследования, моделирующих условия взаимодействия компонентов печатной системы. Несмотря на наличие значительного количества работ зарубежных и отечественных ученых по отдельным аспектам исследования и прогнозирования качества офсетной печати, необходимо отметить несоответствие известных моделей и методов современным требованиям. Известные методы моделирования процесса переноса на запечатываемый материал характеризуются ограниченными функциональными возможностями, приводятся данные с упрощенным принятием половинного расщепления краски с нулевой впитывающей способностью, т.е. условно принято, что красочный слой разделяется пополам. Однозначно не решен вопрос, какая часть краски после ее деления остается в каждом цикле на красконесущей поверхности. Остаются открытым вопрос, какие параметры запечатываемой поверхности определяют деление слоя. Отсутствуют данные о количественной оценке пыления краски и коэффициента, характеризующего долю краски иммобилизованной запечатываемой поверхностью. Количественная оценка выше перечисленных показателей во многом предопределяет качество конечного продукта печати.

Сведения о характеристиках поверхности запечатываемого материала, во многом определяющих не только его взаимодействие с краской, но и потребительские свойства печатной и упаковочной продукции для большинства поставляемых на рынок материалов носят чисто рекламный характер. Отсутствует критерий выбора режимов печатания и материала для печати конкретного вида печатной продукции для обеспечения требуемого качества при заданных характеристиках печатной системы.

Принимая во внимание нерешенные вопросы в существующих теоретических и практических подходах к оценке показателей процессов взаимодействия компонентов печатной системы, можно полагать, что проблема методологии прогнозирования качества офсетной печати с учетом микрогеометрии поверхности запечатываемых материалов имеет важное хозяйственное значение и является актуальной.

В настоящей работе, с учетом влияния различных технологических факторов, указанные проблемы решаются теоретическими и экспериментальными исследованиями.

Диссертация выполнена в соответствии с планом госбюджетных научных исследований Московского государственного университета печати имени Ивана Федорова.

Цель и задачи работы. Цель работы – разработка методологии прогнозирования качества офсетной печати с учетом микрогеометрии поверхности запечатываемых материалов.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи, отражающие логику диссертационного исследования:

смоделировать процесс переноса краски на реальную поверхность запечатываемого материала в зоне печатного контакта офсетного печатного аппарата, разработать алгоритм и программное обеспечение для оценки показателей качества процесса переноса и расщепления печатной краски и его визуализации;

на границе раздела «печатная краска – запечатываемый материал»

исследовать глубину проникновения краски и распределение составных частей краски в поверхностных и объемных слоях запечатываемого материала; разработать метод количественной оценки его красковосприятия бумаги (картона) с учетом микрогеометрии поверхности и глубины впитывания краски в поры запечатываемого материала;

разработать метод оценки показателя адгезионной прочности красочного слоя на запечатываемой поверхности с учетом ее микрогеометрии, глубины впитывания в поры и действительной площади контакта;

разработать метод и алгоритм измерений показателей микрогеометрии поверхности запечатываемого материала бесконтактным 3-d принципом; исследовать тесноту взаимосвязи между характеристиками микрогеометрии поверхности запечатываемого материала и показателями качества тиражного оттиска; разработать критерий для выбора режимов печатания и бумаги (картона) с учетом микрогеометрии поверхности для обеспечения высокого качества печатной продукции.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые получены следующие результаты.

Количественная оценка процесса переноса краски на запечатываемый материал, выраженная относительными показателями: коэффициентом возврата краски, характеризующим относительное количество краски на офсетном цилиндре при выходе из зоны печатного контакта; коэффициентом переноса краски на запечатываемый материал, включающим относительное количество краски, впитавшейся в поры бумаги, и относительное количество краски, иммобилизованной запечатываемой поверхностью;

коэффициентом пыления, характеризующим относительное количество печатной краски в виде красочных тяжей, перешедшей в «пыление», дающая возможность прогнозировать качество информационной функции изображения, а также эксплуатационной и защитной функций.

Разработана математическая модель, реализующая метод оценки красковосприятия запечатываемого материала с учетом профиля его поверхности, глубины впитывания и распределения краски в поверхностных и объемных слоях, давления и времени контакта.

Предложен показатель адгезионной прочности красочного слоя на поверхности запечатываемого материала на основе оценки действительной площади печатного контакта, учитывающей реальный профиль поверхности, показатели пористости и режима печатного процесса, характеризующий качество эксплуатационной функции изображения.

Предложен показатель оценки качества покрытия многокрасочного изображения, характеризующий величину потерь передаваемой информации на материале с различной микрогеометрией поверхности.

Для обеспечения высокого качества печати предложен критерий выбора режимов печатания и запечатываемого материала с учетом микрогеометрии поверхности для запатентованного способа подбора компонентов печатной системы.

Практическая значимость работы. Разработанная имитационная модель исследования процесса переноса краски на запечатываемый материал позволяет исключить натурный эксперимент со значительными материальными и энергетическими затратами, включая эксплуатацию производственного оборудования и позволяет прогнозировать не только показатели, определяющие качество оттиска, но и экологическую безопасность производства.

Применение разработанных алгоритмов и программных продуктов с удобными интерфейсами дает возможность оперативно управлять процессом печати в автоматизированном режиме, контролировать показатели качества оттиска на любых запечатываемых материалах и прогнозировать эксплуатационные свойства готовой продукции. Регистрация разработанных программных продуктов произведена в реестре программ для ЭВМ в Федеральной службе интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

Информационная база данных характеристик микрогеометрии поверхности исследованного запечатываемого материала (50 видов бумаги, картона) позволит полиграфическим предприятиям осуществлять его рациональный выбор с учетом особенностей технологического процесса многокрасочной офсетной печати и требований ГОСТ Р 54766 (ISO 12647-2).

Применение показателя, характеризующего величину потерь передаваемой информации при переносе краски на запечатываемый материал с различной микрогеометрией поверхности, и разработка метода его измерения позволяют получить количественную оценку качества покрытия многокрасочного изображения.

Результаты работы реализованы на полиграфических предприятиях:

ЗАО «Полиграф» (г. Омск) и ОАО «Советская Сибирь» (г. Новосибирск).

Адаптированные методы, отличающиеся последовательностью проводимых операций, типом применяемого индентора и режимными параметрами процесса, позволяют оперативно проводить:

оценку характеристик микрогеометрии поверхности запечатываемого материала бесконтактной оптической профилометрии;

оценку адгезии красочной пленки и трибологических показателей (прочности красочного покрытия на истирание) на запечатываемом материале.

Данные методы могут быть использованы также для оперативного контроля при производстве бумаги (картона). Внедрены в лаборатории ЦИСМ ТПУ ФТИ (Центр измерения свойств материалов Физикотехнический институт Томского политехнического университета, г.

Томск).

Разработанные методы исследований использованы в учебном процессе при подготовке специалистов отрасли в условиях Российской Федерации и в диссертационных работах аспирантов, что является важной чаМетодология и методы исследования. Объект исследования пестью практической реализации выполненной работы.

чатная система. Предмет исследования – методология прогнозирования качества офсетной печати, в частности процесса взаимодействия краски с микронеровностями текстуры запечатываемого материала в зоне печатного контакта офсетного способа печати. При решении поставленных задач использовались методы системного анализа, математического моделирования, основные положения теории вероятностей и математической статистики, численные методы, методы электронной микроскопии, бесконтактной профилометрии, скретч-тестирования, трибологических исследований, методы структурирования функции качества, современные программные средства обработки информации (MathCAD, Matlab, Maple).

В работе использовалось метрологически калиброванное оборудование и приборы: офсетная печатная машина Speedmaster SM-102; сканирующие электронные микроскопы JSM7500F JEOL, JSM7001+ X-Max20, Quanta 200; лазерный сканирующий конфокальный микроскоп KEYENCE VK-9700; спектрофотометры UV-2501 PC SHIMADZU, Gretag Macbeth SpectroEye; профилограф MICRO MEASURE 3D station; установки Micro Scratch Tester CSEM, High Temperature Tribometer CSEM.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Методология прогнозирования показателей качества, характеризующих процесс переноса краски в офсетной печати на запечатываемый материал с учетом микрогеометрии поверхности, включающая:

имитационную модель процесса переноса краски, построенную на методах конечно-разностной аппроксимации системы уравнений НавьеСтокса, с учетом характеристик микрогеометрии и деформации контактирующих поверхностей в зоне печатного контакта; впитывания краски в поры запечатываемого материала и режима печатного процесса;

носительными показателями: pо – коэффициент возврата краски, равный количественную оценку процесса переноса краски, выраженную отзоны печатного контакта; pот коэффициент переноса краски на запечаотносительному количеству краски на офсетном цилиндре при выходе из тываемый материал, включающий относительное количество краски в, мобилизованной запечатываемой поверхностью; pпыл относительное впитавшейся в поры бумаги, и относительное количество краски Крп, имколичество краски, перешедшей в «пыление».

2. Теоретические и экспериментальные исследования процессов взаимодействия «краска – запечатываемый материал» с учетом текстуры поверхности запечатываемого материала и режима печатания, включающие:

меру распределения составных частей красочной системы в поверхностных и объемных слоях запечатываемого материала;

метод оценки и математическую модель красковосприятия бумаги (картона);

математическую модель оценки показателя адгезионной прочности системы «печатная краска – запечатываемый материал».

3. Критерии выбора режима печатания и бумаги (картона) для обеспечения качества печати при переносе краски на поверхность запечатываемого материала с учетом действительной поверхности контакта при подборе компонентов печатной системы по запатентованному способу, включающие:

метод оценки характеристик микрогеометрии поверхности;

критерии выбора режима печатания и запечатываемого материала для обеспечения высокого качества печати.

Обоснованность и достоверность результатов. Достоверность положений, выводов и результатов обеспечивается корректностью постановки задач, основана на применении методов математического моделирования, математического анализа и численных методов, положительными результатами внедрения методов, алгоритмов и программного обеспечения, а также достаточно широкой публикацией результатов исследований, полученных с применением высокоинформативных методов, в научно-технических и производственно-технических журналах, их обсуждении на конференциях.

Публикации. Основные результаты диссертации автором самостоятельно и в соавторстве опубликованы в более 100 научных работах в том числе: 37 статей в научных журналах и изданиях, которые включены в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций; 1патент на изобретение; 8 свидетельств о официальной регистрации программы для ЭВМ; монографии – 2. Общий объём публикаций 46,4 печатных листов, из них авторских 28,0 печатных листов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах, опубликованы в печати, в том числе в изданиях, которые индексируются в международной системе научного цитирования: V, VI, VII, VIII Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2004, 2007, 2009, 2012); Международной научно-технической конференции «Визуальная культура: дизайн, реклама, полиграфия» (Омск, 2003, 2004, 2006); Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» (Омск, 2005); Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania nauki i techniki» (Przemys, 2007); Scientific-Practical Conference «Innovations of publishing, printing and multimedia technologies» (Kaunas, Litva, 2008, 2010, 2013, 2014); включены в программу 35-й международной конференции IARIGAI 2008 (Spain, 2008); VIII Международной научно-технической конференции «Визуальная культура: дизайн, реклама, информационные технологии» (Омск, 2009); «China Academic Conference on Printing and Packaging» (Beijing, China, 2010); 42-ой Международной научнотехнической конференции высших учебных заведений в области технологий полиграфического производства (Москва, 2010); VI Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании»

(Варна, Болгария, 2010); Международной научно-практической конференции «Прикладная оптика-2010» (СПб); Международной научнопрактической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (СПб, 2010); Международной научно-практической конференции «Измерения в современном мире» (СПб, 2011, 2013); X, XI Международной научно-практической конференции «Качество, стандартизация, контроль: теория и практика» (Ялта-Киев, 2010, 2011); Международной конференции «Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика» (Новосибирск, 2011); 1-ой Международной научно-практической конференции "Упаковочная индустрия: современные тенденции развития и подготовка кадров" (Львов, Украина, 2012); International Multidisciplinary Microscopy Congress – INTERM 2013 (Antalya, Turkey, 2013);.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографического списка, включающего 300 наименований цитированной литературы. Объём диссертации составляет 300 страниц машинописного текста, в том числе 77 рисунков и 31 таблицу.

В приложении приведены результаты исследований, акты внедрения разработок на предприятиях отрасли, алгоритмы программ.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика диссертационной работы, обоснована актуальность исследуемой проблемы, определены объект и предмет исследования, цель работы и задачи, отмечена новизна и практическая значимость, описана структура диссертации и сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится обзор имеющихся к настоящему времени результатов исследования работ отечественных и зарубежных ученых в области исследования процесса переноса краски на запечатываемый материал в офсетной печати. Проведенный анализ показал, что проблема прогнозирования качества офсетной печати решалась с помощью различных ка запечатываемый материал» внесли отечественные и зарубежные подходов. Значительный вклад в теорию взаимодействия системы «красученые Б. В. Дерягин, В. Г. Георгиевский, Е. Д. Климова, Л. А. Козаровицкий, К. Корте, Д.М. Фляте, Д.М. Ольшанский, Б.Н. Шахкельдян, Д.

Толленаар, A.C. Zettelmoyer, J.M. Fetsko, John MacPhee, C.C. Mill, R.

Riedel, R. Ruder, H. Rech, W.C. Walker, H. Koivula, Saybil Nuray Ercan, В.

Валенски и др., в области механики печатного контакта с учетом физикохимических закономерностей печатного процесса Л. К. Белозерский, С. А. Гуляев, В. С. Лапатухин, П. А. Попрядухин, А. Н. Раскин, П. А. Ребиндер, В. И. Ромейков, К. В. Тир, В. П. Тихонов, А. А. Тюрин, Я. И. Чехман и другие ученые. В области динамических исследований различных узлов печатных машин основополагающими являются исследования Б.И.

Климова, В.П. Митрофанова, В.А. Перова, Ю.В. Пономарева, Б.А. Роева, В.Н. Румянцева, П.Н. Силенко и др.

Однако следует заметить, что данных количественной оценки разделения слоя краски в зоне печатного контакта при условии, что красковоспринимающая поверхность – это материал с микро- и макроструктурой неоднородной текстуры, в поры которого проникает краска, с учетом их парного взаимодействия, не смотря на большой объем ранее выполненных исследований, автором не найдено. Весьма малочисленны литературные источники о количественной оценке пыления краски. Сведения об учете пыления краски носят экспериментальный характер. Методика определения красковосприятия требует модернизации. Ограничена информация о технических характеристиках поставляемой на российский рынок бумаги зарубежными фирмами, включая информацию о характеристиках микрогеометрии. Это вызывает трудности при ее выборе для печатания продукции различного назначения, включая упаковочную с микроштриховыми элементами. Отсутствие сведений о вышеперечисленных показателях качества офсетной печати является препятствием на пути решения вышеуказанной проблемы.

При оценке качества поверхности бумаги (картона) обычно принято определять ее гладкость как некоторую суммарную характеристику поверхности, обеспечивающую контакт ее с красконесущей поверхностью.

Отмечено, что оценка гладкости поверхности запечатываемого материала пневматическим принципом (Бекка, Бендстсена, Шеффилда и др.) носит субъективный характер. Существенным недостатком пневматических приборов является то, что качество оценки зависит больше от наличия крупных выемок или пор и их глубины, чем от эквивалентных им по площади мелких пор, вследствие чего случайные изъяны оказывают большее влияние на окончательный результат измерения. Щуповой метод по различным причинам, например внедрение иглы в материал, деформирование материала под иглой, нестабильность результатов, высокая трудоемкость, волокнистый состав бумаги (картона), не пригоден для определения характеристик микрогеометрии бумаги. Различные подходы к оценке характеристик поверхности представлены в работах Я. А. Рудзит, Ю. Р.

Виттенберг, И. Хусу. Способ оценки неоднородности бумажного полотна с помощью функции, названной функцией рельефа, представленный в работах В. Н. Леонтьева, А.К. Хмельницкого, Д.В. Дунаева, обладает информативностью и наглядностью в интерпретации неоднородного случайного поля, но оценивает только показатель облачности, а не микрогеометрии. Применение фрактального подхода для оценки однородности бумаги рассмотрено в работах М. Кулак. Однако исследования в этом направлении, проведенные автором совместно с В.И. Бобровым и А.В. Голуновым, показали невысокую информативность оценки микрогеометрии поверхности бумаги (картона) с разной степенью развитости ее рельефа.

Учитывая специфику поверхности запечатываемого материала, необходимо развивать бесконтактные методы определения характеристик микрогеометрии поверхности, не требующие внедрения в объем материала и обеспечивающие высокую точность результатов.

Качество печати обеспечивается адгезионным взаимодействием адгезива (краски) и субстрата (бумага, картон). Теоретические основы адгезии изложены в работах А.А. Берлина, С.С. Воюцкого, Б. В. Дерягина, Ю.В.

Горюнова, В.Е. Гуля, А.Д. Зимона, Л.М. Притыкина, Б.Д. Сумма и др.

Особенности адгезионного взаимодействия краски на поверхности запечатываемого материала показаны в работах Н.А. Нечипоренко, К.В. Фаренбруха. Представленные в них методы и закономерности характерны для случая, когда поверхность классифицируется как «невпитывающая»

(металл, полимерная пленка). Проблемой в подборе компонентов печатной системы, в которой запечатываемый материал (бумага, картон), является отсутствие метода, позволяющего прогнозировать прочность красочного слоя на поверхности запечатываемого материала на основе показателей, учитывающих характеристики микрогеометрии поверхности материала, краски и технологические параметры печати, не требующего проведения натурных испытаний. В настоящее время прогнозировать показатели качества процессов взаимодействия в системе «краска – запечатываемый материал», представляется перспективным с использованием аппарата современной теории моделирования.

Таким образом, анализ научных публикаций подтверждает актуальность рассматриваемой проблемы.

Во второй главе представлены результаты количественной оценки переноса краски на запечатываемый материал, выраженной коэффициентом возврата краски, характеризующим относительное количество краски на офсетном цилиндре при выходе из зоны печатного контакта; коэффициентом переноса краски на запечатываемый материал, включающим относительное количество краски, впитавшейся в поры бумаги, и относительное количество краски, иммобилизованной запечатываемой поверхностью; коэффициентом пыления, характеризующим относительное количество печатной краски в виде красочных тяжей, перешедшей в «пыление».

Для оценки показателей предложена имитационная модель процесса переноса краски (вязкой несжимаемой жидкости) на поверхность запечатываемого материала в зоне печатного контакта. Реализация используемого подхода выполнена с помощью разработанного алгоритма численного решения уравнений НавьеСтокса несжимаемой жидкости с применением конечноразностных аппроксимаций дифференциальных операторов на компактном шаблоне с учетом деформации резинотканевого полотна и бумаги офсетного 1 и печатного 2 цилиндров печатного аппарата (рисунок 1).

Уравнения НавьеСтокса для конкретно заданных условий моделировующей системе (, ) = (, )и при наличии углового ускорения этой вания печатной системы при следующем соответствии координат в сопутстсистемы имеют следующий вид:

где оператор Лапласа, – кинематическая вязкость, – плотность жидкости, P – давление, угловая скорость вращения.

Р и с ун о к 1 – Зона печатного контакта Алгоритм программы работает с массивами данных, описывающих двумерное движение жидкости и заданных в расчетной системе коордимый материал производился до определенного значения времени на нат. В данной постановке расчет моделируемого процесса переноса печатной краски между офсетным и печатным цилиндрами на запечатываеразличных стадиях печатного контакта.

Сделаны следующие допущения: слой краски на резинотканевом полотне офсетного цилиндра вне зоны контакта равномерный с нулевой начальной относительной скоростью, первоначально имеет одинаковую толщину и изменяется при прохождении через зону контакта. Создается полный контакт поверхностей (запечатываемого материала на печатном цилиндре с краской (жидкостью)), имеющей свободную границу с атмосферным воздухом при постоянном давлении и без учета динамического взаимодействия с ним. Сила когезии значительно ниже силы адгезии краски. Тип течения – ламинарный. Определены начальные и граничные условия.

С учетом невысоких скоростей относительного движения контактимущений для тонких слоев резины и бумаги деформации их центров по рующих поверхностей по сравнению с распространением волновых возтолщине рассчитывались по уравнению где – величина деформации границы на какой-то момент времени 1, H – начальная толщина деформируемого слоя, S – малая площадка в окрестности рассматриваемой точки деформации слоя, E – модуль Юнга резины или бумаги, P0 – внешнее атмосферное давление, P1 – давление на поверхности деформируемого материала.

Влиянием центробежной силы на деформации ввиду малых толщин бумаги по сравнению с радиусами цилиндров и невысокой скорости вращения цилиндров пренебрегаем.

С учетом впитывания краски в красковоспринимающую поверхность запечатываемого материала поставлено условие на скорость впитывания по нормали в виде где – текущая глубина проникновения жидкости в красковоспринимающий слой от границы с жидкостью при впитывании; – перепад давления от границы жидкости перед красковоспринимающей поверхновнешнему давлению (атмосферному); – радиусы пор;, – концентрастью до внешней границы фильтрации внутри ее, где давление равно ция пор в красковоспринимающей поверхности.

Для расчета в уравнениях движения конвективно-диффузионных члерационным шагом по времени :

нов бралась схема стабилизирующей поправки в следующем виде с итегде где 1, 1, 2, 2 операторы сдвига функции на шаг сетки или вверх или вниз по осям x и y; V вектор скорости;, компоненты скорости; – кинематическая вязкость; – плотность жидкости; p – давление; - градиент давления; = (, ) – координата точки; – угловая скорость вращения; F – составляющие величины ускорений от внешних мени на момент =.

сил и от преобразований системы координат; n – номер итерации по вреДля расчета давления бралось уравнение неразрывности в виде модели слабо сжимаемой жидкости. После замены частной производной по времени от давления на конечно-разностную, уравнение представим в следующем виде:

где p > 0 - параметр, оптимально выбираемый при численных расчетах для сходимости решения и приближения к исходному уравнению, k – номер дополнительных итераций для расчета давления, а дивергенция скорости представлялось с аппроксимацией четвертого порядка в следующем виде ++1,+1 + 4,+1 + 1,1 +1,1 4,1 1,1 /12 + с узловыми индексами (, ), = 1, …, 1, = 1, …, 1 (, размеры расчетной сетки по x и y).

Р и с у н о к 2 – Зависимость количество краски от профиля :

показателя среднего арифметического отклонения контакта и характеристиками а) впитавшейся в поры бумаги в;

С увеличением скорости печатания наблюдается снижение количества перешедшей краски на бумагу и сокращение времени ее расщепления на выходе из зоны печатного контакта. Количественная сторона процесса проникновения краски в бумагу (картон) как результат вдавливания краски в микронеровности (впадины на поверхности) запечатываемого материала и в устья открытых пор зависит, прежде всего, от пористости.

среднего радиуса пор :

Р и с у н о к 3 – Зависимость количество краски от а) впитавшейся в поры бумаги в;

б) иммобилизованной запечатываемой поверхностью в) перенесенное на запечатываемый материал от При печатании на мелованной бумаге (картоне), ввиду малой пористости материала, основная часть краски на поверхности запечатываемого материала это относительное количество краски, иммобилизованной запечатываемой поверхностью, и лишь малую долю (от 3 до 7 %) составляет относительное количество краски, впитавшейся в поры структуры запечатываемого материала. Результаты, полученные с помощью имитационной модели при моделировании переноса печатной краски на запечатываемую поверхность адекватны данным экспериментальных исследований методом электронной микроскопии с предварительной операцией cross-section и EDS-анализ.

Предлагаемый подход оценки показателей качества офсетной печати с помощью имитационной модели, позволяет управлять переносом краски на запечатываемый материал с учётом следующих параметров: шероховатость красконесущей и красковоспринимающей поверхностей; радиусы кривизны свободной поверхности; деформации бумаги и резинотканевого полотна с модулем Юнга; угловая скорость вращения цилиндров; поверхностное натяжение; толщина красочного слоя; плотность краски; толщина резинотканевого полотна и бумаги; давление контакта на резинотканевое полотно и бумагу; длина печатного контакта; радиус пор; время контакта;

кинематическая вязкость жидкости, что составляет его отличительную особенность, наряду с высокой точностью оценки показателей.

Для визуализации изменений течения и переноса жидкости, происходящих в красочном слое в различные периоды времени, разработан алгоритм для графического моделирования. Программа обеспечивает представление осей двумерной системы координат с ее значениями, границ расчетной области в виде прямоугольника и других границ сложной формы, изменяющих область определения решения.

Образование капельно-распыленной краски при разделении ее с контактирующих поверхностей приводит к возникновению эффекта «пыления», оказывающего влияние не только на качество печати (загрязнение оттисков), но и на здоровье и экологическую безопасность (загрязнение рабочих помещений и машин). В работе представлены результаты количественной оценки пыления краски для различных печатных систем, полученные с помощью имитационной модели (таблица 1).

Таблица 1 – Результаты оценки пыления материала поверхности ности зующим пыление печатной краски pпыл и показателем шероховатости Результаты исследования взаимосвязи между показателем, характериповерхности, показывают высокую тесноту связи. Наличие заметной чатной краски pпыл от среднего радиуса пор.

связи наблюдается между показателем, характеризующим пыление пеПредлагаемый метод позволяет количественно оценить показатели переноса краски на запечатываемый материал непосредственно в процессе подготовки заказа к печати, оптимизировать подбор компонентов печатной системы и режим печатного процесса; повышает безопасность и экологичность процесса, уменьшает трудоемкость ввиду использования технических средств обработки информации.

В третьей главе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований предлагается метод оценки красковосприятия бумаги (картона). Для получения оттисков, отвечающих предъявляемым к ним требованиям ГОСТ Р 547662011 (ISO 12647-2), и прогнозирования характера взаимодействия бумаги (картона) и краски в процессе печатания необходимо иметь четкое представление о красковосприятии.

Согласно методу по ГОСТ 2435680 красковосприятие материалов определяют по оптическим плотностям плашечных полей при их одно-, двух- и трехкрасочных наложениях с учетом их последовательности с последующим определением показателя с использованием номограммы.

Основные недостатки – высокая трудоемкость процесса, не учитывается шероховатость поверхности и впитывание краски в поры бумаги; ассортимент бумаги для офсетной печати, для которой на номограмме построены эталонные кривые для определения красковосприятия, не включает бумагу с тиснением поверхности и картон.

ческой плотности от показателя шероховатости поверхности, показыНа рисунках 5, 6 представлены зависимости красковосприятия и оптивающие высокую степень тесноты их взаимосвязи.

0, 0, 0, 0, приятия от показателя шероховатости ской плотности от показателя Р и с ун о к 5 – Зависимость красковос- Р и с ун о к 6 – Зависимость оптичеРазработка метода оценки красковосприятия бумаги (картона) основывается на определении количества краски, воспринимаемого запечатываемым материалом во время печати при заданных условиях контакта и разрыва. Оценка массы красочного слоя осуществляется методом дискретизации с использованием уравнения профиля поверхности, характеризуя особенности распределения краски в поверхностном слое запечатываемого материала и распределение краски в объемных слоях структуры материала ма двух слагаемых M = 1 + 2, первое из которых равно массе красочнос учетом его пористости. Масса краски на образце представляется как сумго слоя 1, лежащего выше деформированной поверхности бумаги, а второе массе краски 2, впитавшейся в поры запечатываемого материала.

Для описания рельефа, который реализуется в процессе изготовления и отделки бумаги (картона), используем уравнение профиля поверхности:

где коэффициент вычисляется по формуле l – длина образца, (, ) = ()|= – функция профиля поверхности при щих преобразований: в сечении = непериодическая функция профификсированном значении у. Уравнение (6) было получено путем следуюля, заданная на отрезке [0; ], была продолжена нечетным образом на промежуток [, 0) и полученная на отрезке [, ] функция (а значит и данная функция на отрезке [0; ]) была представлена в виде ряда Фурье по синусам (с любой заданной степенью точности). Для аналитического представления профиля поверхности и оценки его параметров разработано программно-алгоритмического обеспечение с использованием языка программирования Visual C# и NET Framework 4.0 и программной среды Р и с ун о к 7 – Один из малых поверхности бумаги, находим с помокрасочных слоев запечатанного щью тройного интеграла по формуле образца Оценку массы краски 2 находим по формуле где d - средний диаметр поры, q – средняя глубина впитывания краски в поры, n – количество пор на 1см2, a и b – размеры образца бумаги.

Средняя глубина проникновения краски в поры запечатываемого материала была определена с помощью SEM-изображений поперечных срезов оттисков. На рисунке 8 представлены результаты исследования границы раздела «печатная краска – бумага» и характера распределения краски в толще бумаги с предварительной операцией cross-section на основании SEM-изображений, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа (JSM7001+X-Max20, JSM7500F JEOL, режим SEI и COMPO).

Анализ SEM-изображений поперечного сечения бумаги (картона) с нанесенным красочным слоем и элементный анализ при ускоряющем напряжении 10 кВ и токе пучка 2·10-9 А показали, что в момент печатания некоторое количество краски, определяемое ее способностью удерживаться в неровностях поверхности бумаги (картона) и проникать в глубину пор, абсорбируется поверхностью запечатываемого материала, а распределение красочного слоя на его поверхности имеет различный характер в зависимости от микрогеометрии поверхности (рисунок 8).

Р и с у н о к 8 – Изображение поперечного сечения красочного слоя: 1 – чистоцеллюлозный картон, 2 – мелованная бумага, 3 – картон с тиснением, 4 – бумага с тиснением Это количество краски и оценивается в виде красковосприятия. Толщина слоя составляет от 0,5 до 2,5 мкм, причем разброс по толщине выражен в большей степени на текстурном картоне/бумаге (см. рисунок 8).

Показатели структуры и пористости запечатываемого материала определяли с использованием программного обеспечения лазерного сканирующего конфокального микроскопа.

Распределение элементов краски, в поверхностном и объемном слоях запечатываемого материала (картона с тиснением поверхности и мелованного), а также EDS-спектр выделенной области, показаны на рисунке 8.

Различим красочный слой на EDS-изображениях, отражающих распределение углерода и кислорода (рисунок 9, б, в, д, е).

Распределение элементов в структуре запечатываемого материала Рисунок 9 – Заменяя в формуле (9) q выражением =, а радиус, выражая с учетом коэффициентов извилистости и нецилиндричности пор, окончательно получаем аналитическую оценку красковосприятия образца запечатываемого материал (бумаги, картона) следующего вида:

где 2+1,, 2+1, – коэффициенты ряда Фурье для профилей + и ; r – радиус пор; t – время контакта; – динамический коэффициент вязкости жидкости (печатной краски); P давление; – коэффициент поверхностного натяжения; – равновесный краевой угол смачивания.

Модель является адекватной по критерию Фишера с доверительной вероятностью 0,95. На ее основе разработан программный продукт для количественной оценки красковосприятия запечатываемого материала.

Преимущество метода оперативность, позволяет оценивать красковосприятие материалов с различной микрогеометрией поверхности.

В четвертой главе представлены результаты исследований и количественной оценки показателей качества, характеризующих эксплуатационную функцию красочного изображения: адгезионной прочности красочного слоя на поверхности запечатываемого материала и прочности красочного слоя на истирание, что имеет первостепенное значение для упаковочной и рекламной печатной продукции.

С учетом микрогеометрии поверхности запечатываемого материала рассмотрены три печатные системы: 1) «краска – бумага»; 2) «краска – картон»; 3) «краска – бумага (картон) с тиснением». Разработан алгоритм для определения адгезионной прочности красочного слоя на поверхности запечатываемого материала применительно к бумаге (картону) с различной микрогеометрией поверхности методом скретч-тестирования на установке Micro Scratch Tester фирмы CSEM. За меру адгезионной прочности принята сила нагружения в момент начала разрушения покрытия, которая называется критической силой нагрузки.

На основании экспериментальных данных установлено, что фактическая площадь контакта капли жидкости с шероховатой поверхностью бумаги (картона) зависит от высоты и ширины оснований выступов поверхности, их частоты, формы, угла наклона и других величин, определяющих истинный профиль исследуемой поверхности.

сочного слоя с показателем показали, что имеет место высокая тесРезультаты исследования тесноты связи адгезионной прочности краренная теснота связи наблюдается между показателем и показателем нота связи для систем 1 и 3; умеренной для системы 2 (рисунок 10). Умехарактеризующим ширину пиков или впадин (мера эксцесса), для всех рассматриваемых систем (рисунок 11). Результаты исследований слоя и показателем меры симметрии профиля около биссектрисы тесноты связи между показателем адгезионной прочности красочного показали наличие умеренной тесноты связи для системы 1 и слабой – для системы 2 и 3. Это объясняется неравновесными условиями отрыва красочной пленки, ввиду изменения топологии поверхности в зоне печатного контакта и различной степенью впитывания краски в структуру бумаги.

4, Р и с у н о к 10 – Зависимость адгезионной прочности красочного слоя от :

4, 3, 2, Р и с у н о к 11 – Зависимость адгезионной прочности красочного слоя от :

Предложен показатель для определения адгезионной прочности красочного слоя на поверхности бумаги (картона) с помощью математической модели, отличающейся тем, что оценка действительной площади контакта Sд осуществляется с учетом характеристики профиля поверхности бумаги (картона) и характера впитывания краски в поры запечатываемого материала (глубины впитывания, размера и формы пор). Площадь действительной поверхности контакта системы «печатная краска – бумага (картон)» (рисунок 5) рассчитывали из выражения:

где – число пор на 1 см2 поверхности, d – диаметр поры; t – время контакта; – вязкость печатной краски;

глубину q под давлением P находим из выражения = = 2 2.

Площадь контакта для одной поры при затекании печатной краски на Принимая во внимание нецилиндричность пор бумаги (картона), формула для расчета показателя адгезионной прочности примет следующий вид:

где A – адгезионная прочность; – энергия единичной усредненной адгезионной связи, умноженная на число адгезионных связей, на 1 см2 истинной поверхности контакта; h – шаг разбиения образца на элементарные области;

рования (0 x a); 1, 2 абциссы точек выхода и входа из прямоa – длина образца; bki – коэффициенты ряда Фурье; x – переменная интегрицилиндрических поверхностей; n-й прямоугольник, соответствующий угольника, соответствующего незаполненным впадинам для каждой из m n-й незаполненной впадине.

Экспериментально установлено, что прочность красочного слоя оттиска на истирание, за меру которого принято количество треков или протяженность трека, или время, оцениваемая с помощью адаптированного уменьшением показателя шероховатости поверхности (рисунок 12).

метода на установке High Temperature Tribometer CSEM, возрастает с Как видно из диаграммы, линейная зависимость между этими показателями отсутствует.

Р и с у н о к 12 – Прочность красочного оттиска на истирание В пятой главе представлены методы и результаты оценки показателей качества печати. Качество печати, с одной стороны, определяется количеством перенесенной печатной краски в процессе контактного взаимодействия и разделения красочного слоя между красконесущей и красковоспринимающей поверхностями, с другой – минимизацией объема ощутимых потерь полезной информации в ходе воспроизведения красочного изображения различного по своему характеру, структуре образа и несущего определенную смысловую нагрузку. На основе структурирования функции качества выявлена связь: требования потребителей и показатели качества печати. Наиболее важные требования потребителей различимость микроштриховых элементов изображения и текста, передача цвета.

Представлены результаты количественной оценки характеристик микрогеометрии поверхности 50 видов бумаги (картона) с применением алгоритма адаптированной методики бесконтактной профилометрии на установке Micro Measure 3D station, отличительная особенность которой режимные параметры процесса (шаг сканирования 2 мкм, световой поток освещает поверхность импульсами с различной частотой в зависимости от шероховатости материала). Определены с высокой степенью точностью характеристики микрогеометрии поверхности, выраженные показателями:

Ra, Rq, Rz, Rp, Ry, Rt, Rsk, Rku,. Результаты представлены в виде трехмерного изображения поверхности бумаги (картона) (Рисунок 13, а), визуализиповерхности бумаги в 2-х мерном измерении ( и ) (рисунок 13, б) с рующего вид неровностей на поверхности и отсканированной области расчетом площади пиков и впадин.

Р и с ун о к 13 – Пример профиля поверхности бумаги (картона) Исследуемая бумага (картон) по показателю Rа (мкм) для моделирования печатных систем сформирована в 3 группы: 1) мелованная бумага/картон (1,5 – 4,5), 2) целлюлозная бумага/картон (3,5 – 25), 3) бумага/картон с тиснением поверхности (13 – 35).

Оттиски отпечатаны на машине Speedmaster SM-102 красками различных производителей K+E Novovit (FlintGroup), SC Exact PSO и SKF (Sun Chemical), TOYO Tianjin Ink Orion в диапазоне скоростей 4000- об/ч. Выполнялись процедуры по акклиматизации бумаги (картона), поддержанию климат-контроля и времени стабилизации печатного изображения. Для практики печатных процессов важную роль имеет влажность бумаги при многократных циклах изменения влажности воздуха. Экспериментально установлено, что увеличение относительной влажности воздуха свыше 60 % и температуры более 24-27оС может привести к снижению качественных показателей бумаг и, как следствие к снижению качества печатной продукции.

Представлены результаты определения тесноты связи между показателями качества печатного оттиска и характеристиками микрогеомерии бумаги (картона), определенными бесконтактным 3-d принципом (рисунки 1620, таблица 2).

Таблица 2 – Объем цветового охвата печатных систем

PSO ORION

Подбор печатных систем для оптимальной цветопередачи осуществляли по запатентованному способу сравнением моделируемых в равноконтрастном цветовом пространстве характеристик оригинала и печатной системы. Для оценки цветовоспроизведения разработана программа в среде Maple 13.

Получены графические и аналитические интерпретации зависимостей между одним из ключевых показателей качества печати – объемом тела цветового охвата ( ) печатной системы и показателями микрогеометрии теснота взаимосвязи между показателями и. Наибольший объем тела запечатываемого материала (таблица 2, рисунок 14). Имеет место высокая цветового охвата свойственен печатной системе 1 (краска ORION).

Vтцо ед. Е Р и с у н о к 1 4 – Зависимость от показателя шероховатости Рисунок 15 – SEM-изображение штриха (0,15 pt) Методом электронной микроскопии с помощью сканирующего электронного микроскопа Quanta 200 в режиме низкого вакуума определены размеры штриха, отпечатанного «вывороткой» для различных печатных систем (рисунок 15). Результаты исследования показали, что графическая шей степени определяется амплитудным параметром микрогеометрии точность воспроизведения штрихового элемента изображения в наибольи параметром ассиметрии. Аналитические зависимости, интерпретирующие данную взаимосвязь, представлены на рисунке 16 (штрих 1,0 pt).

Экспериментально подтверждено, что при воспроизведении на оттиске тель, тем больше отклонение его размера на оттиске от нормируемой микроштриховых элементов, чем меньше размер штриха и выше показавеличины (слабая теснота связи).

приращением тона, имеет высокую тесноту связи с амплитудными поГрадационная точность воспроизведения изображения, оцениваемая казателями шероховатости, показателями формы и размеров пиков и впадин, пористости поверхности запечатываемого материала. Вид регрессионных зависимостей приращения тона от перечисленных показателей, показан на рисунке 17.

P, мкм P = -14,729Rku2 + 87,094Rku - 113, щения тона от показателей: шероховатости Ra, Rku и радиуса пор r p, Для количественной оценки качества красочного покрытия разработан метод и программный продукт с учетом микрогеометрии поверхности запечатываемого материала, заключающийся в том, что, с помощью методов математической статистики, в контролируемой зоне печатного изображения определяют площадь контрольного участка запечатанной поверхности материала, имеющий наибольшую вероятность дефектности, в пикселях; выделяют этот участок; сканируют его изображение; с помощью программного обеспечения оценивают площадь печатного изображения на рассматриваемом участке в пикселях и рассчитывают показатель качества покрытия поверхности красочным слоем (укрывистость), как отношение количества пикселей печатного изображения к суммарному количеству пикселей на контрольном участке.

Установлено, что показатель качества покрытия поверхности красочным слоем в большей мере определяется амплитудными и пиковыми показателями шероховатости поверхности, показана высокая теснота связи между ними (см. рисунок 18).

Исследование поверхности методами электронной микроскопии выявило, что несоответствие тиражного оттиска при воспроизведении микроштриховых элементов требованиям, нормируемым ГОСТ Р 54766 (ISO 12647-2), является следствием наличия различных по виду микродефектов (рисунок 19) как на поверхности, так и на запечатанных краской участках, ввиду неравномерного или частичного покрытия их краской.

Р и с у н о к 19 – SEM-изображения дефектов красочного слоя каплевидные дефекты; открытые поры; увеличе- трещины в красочном слое;

Предложена методика определения единого нормированного критерия Gr с учетом нескольких промежуточных критериев, взятых с весами, полученными методом экспертных оценок или методом предельных и номинальных значений на основе решения многокритериальной задачи. В качестве иллюстрации рассмотрены критерии для выбора оптимального режима печатания и для выбора оптимального вида бумаги (картона) из множества видов запечатываемого материала данного класса для печатной системы при заданных характеристиках ее других компонентов. Значения единого критерия Gr должны принадлежать отрезку [0,1]. Оптимальным является тот режим печатания или тот вид бумаги, значения ванной бумаги (критерий = 0,943) с показателями: шероховатость единого критерия для которого наиболее близко к 1. Например, для меломкм; средний радиус пор 55 нм; белизна 98,66 %, рекомендуется следующий режим печатания: скорость печатания: 4000об/ час, давление 60 Н/см2, вязкость краски 35 Пас; подача увлажняющего раствора по дукторам 27 %.

В результате выполнения научно-квалификационной работы решена научная проблема, имеющая важное хозяйственное значение разработана методология прогнозирования качества офсетной печати с учетом микрогеометрии поверхности запечатываемого материала. Решение научной проблемы заключается в совокупности следующих результатов:

1. Разработана имитационная модель и программное обеспечение для прогнозирования показателей офсетной печати в процессе переноса краски на запечатываемый материал с различной микрогеометрией поверхности с учетом деформаций в зоне печатного контакта:

– имитационная модель позволила сделать количественную оценку относительных показателей, характеризующих процесс расщепления краски: коэффициента возврата краски, характеризующего относительное количество краски на офсетном цилиндре при выходе из зоны печатного контакта; коэффициента переноса краски на запечатываемый материал, включающего относительное количество краски, впитавшейся в поры бумаги, и относительное количество краски, иммобилизованной запечатываемой поверхностью; коэффициента пыления, включающего относительное количество краски в виде красочных тяжей, перешедшей в «пыление»;

установлена сильная и заметная теснота взаимосвязи между показателем «пыление», характеристиками микрогеометрии поверхности и показателями качества печатного оттиска, что позволяет производить выбор режимов печатания и материала для конкретного вида полиграфической или упаковочной продукции, снизить расходные материалы при отладке процесса, способствует повышению качества продукции, экологической безопасности и культуры труда на производстве.

2. Разработан и экспериментально проверен метод для расчета красковосприятия бумаги (картона) на основе математической модели с учетом текстуры поверхности запечатываемого материала, вязкости, глубины впитывания и распределения краски в поверхностных и объемных слоях запечатываемого материала, давления и времени контакта:

экспериментально установлено, что концентрация краски при распределении ее составных частей в поверхностных слоях микропористой поверхности мелованной бумаги (картона) выше, чем в объемных слоях, и более равномерна по сравнению с дизайнерской и макропористой целлюлозной бумагой (картоном), что позволяет прогнозировать качество красочного покрытия изображения на запечатываемом материале с различной микрогеометрией поверхности;

метод оценки красковосприятия реализован в программном продукте, применение которого в производственных условиях позволяет оперативно определить красковосприятие запечатываемого материала при подборе компонентов печатной системы по запатентованному способу и обеспечить в дальнейшем качество информационной функции воспроизводимого изображения на полиграфической и упаковочной продукции.

3. Для прогнозирования эксплуатационной функции печатной продукции разработан метод определения показателя адгезионной прочности печатной системы «печатная краска – запечатываемый материал» и математическая модель, на основе оценки действительной площади контакта, с учетом профиля поверхности запечатываемого материала, его текстуры, вязкости, глубины впитывания и распределения краски в поверхностных и объемных слоях, давления и времени контакта.

Для оценки эксплуатационных свойств наносимого на поверхность запечатываемого материала красочного слоя разработан алгоритм измерения и адаптированы:

метод скрейтч-тестирования показателя адгезионной прочности красочного слоя на поверхности запечатываемого материала с различной микрогеометрией поверхности на установке Micro Scratch Tester CSEM;

метод оценки прочности красочного слоя на истирание, основанный на трибологических испытаниях на установке HighTemperature Tribometer фирмы CSEM; износостойкость на истирание выше для тиражных оттисков, отпечатанных на более однородной микрошероховатой поверхности бумаги (картона).

4. Разработаны методы оценки характеристик микрогеометрии поверхности запечатываемого материала и показателей качества готовой печатной продукции:

адаптирован к материалам для печати метод измерения параметров микрогеометрии поверхности на установке Micro Measure 3D station бесконтактным оптическим 3-d принципом. Получена количественная оценка показателей амплитудных, пиковых, формы, размеров и ассиметрии впадин/пиков профиля для 50 видов бумаги (картона), которые включены в информационную систему запатентованного способа подбора компонентов печатной системы. Наиболее информативными являются характеристики соответственно,,,, что позволяет оперативно осуществлять высоты, размера выступов и впадин профиля и его ассиметрии, выбор запечатываемого материала для обеспечения требуемого качества печатной продукции. Разработано программное обеспечение для аналитического представления профиля поверхности бумаги (картона), практическая реализация которого используется при оценке красковосприятия и адгезионной прочности;

для оценки качества красочного покрытия изображения на запечатываемом материале с различной микрогеометрией поверхности предложен и апробирован метод его определения и программное обеспечение. В качестве меры качества покрытия многокрасочного изображения принято отношение количества закрашенных пикселей на цифровой копии контрольного участка тиражного оттиска к количеству пикселей контрольного участка цифровой копии оригинального изображения;

определены аналитические интерпретации степени взаимосвязи между объемом цветового охвата и характеристиками микрогеометрии поверхности запечатываемого материала. Получено сужение цветового охвата печатной системы за счет уменьшения насыщенности воспроизводимых цветов при печати на материалах с низкой однородностью поверхности, воспринимающей краску. Разработан способ подбора компонентов печатной системы для обеспечения оптимальной цветопередачи при многокрасочной печати (патент на изобретение № 2468922) и апробирован программный продукт для оценки цветовоспроизведения;

– показано, что точность воспроизведения на оттиске микроштриховых печатающих элементов по отношению к нормируемой величине возрастает с уменьшением показателей, поверхности бумаги (картона). Экспериментально установлено, что при воспроизведении на оттиске та и выше показатель запечатываемой поверхности, тем больше веромелких печатающих элементов, чем меньше размер печатающего элеменятность того, что он может либо не пропечататься полностью, либо пропечататься частично, т.к. есть вероятность его провала в микронеровности поверхности бумаги;

разработаны критерии для оптимального выбора режима печатания и запечатываемого материала для запатентованного способа подбора компонентов печатной системы.

5. Практическое внедрение разработанных методов в производственных условиях ОАО «Советская Сибирь» (г. Новосибирск) и ЗАО «Полиграф» (г. Омск) для печати полиграфической и упаковочной продукции показало их оперативность (подтверждено актами внедрений).

Материалы диссертационной работы использовались в учебном процессе Омского государственного технического университета по дисциплине:

реальных процессов взаимодействия в системе «краска – запечатываемый «Информационные технологии в печатных процессах». Визуализация материал», позволяющей фиксировать изменения в красочном слое в различные временные периоды в конкретной печатной системе в виртуальном пространстве, на основе разработанных алгоритма и программного продукта, способствует повышению уровня усвоения теории печатного процесса при обучении студентов.

4. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в ведущих отечественных и (или) зарубежных рецензируемых научных журналах и изданиях, включенных в перечень ВАК:

1. Варепо, Л.Г. Исследование структуры бумаги и картона // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 12. Ч. 2. – С. 279280. (0,2 п.л.) 2. Варепо, Л.Г. Модель абсолютного качества печатного оттиска / Л.Г.

Варепо, А.С. Борисова, А.В. Голунов // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 12. Ч. 2. – С. 365366. (0,1 п.л. / 0,05 п.л. / 0,05 п.л.) 3. Варепо, Л.Г Исследование свойств бумаг методом ИК спектроскопии // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 12. Ч. 3. – С. 463464.

(0,125 п.л.) 4. Варепо, Л.Г Оценка в системе 3D микрогеометрии поверхности бумаги // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 12. Ч. 3. – С.

475476. (0,125 п.л.) 5. Варепо, Л.Г. Кинетика впитывания уайт-спирита различными видами бумаги. Сообщение 4. Показатели шероховатости поверхности образцов бумаги и картона / Л.Г. Варепо, Г.С. Чиликина, В.А. Наумов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2008. – № 1. – С. 5661. (0,35 п.л. / 0,15 п.л. / 0,05 п.л.) 6. Варепо, Л.Г. Оценка цветопередачи оттисков в процессе воспроизведения изображения на упаковочных картонах / А.В. Голунов, Л.Г.

Варепо // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2009. – № 5. – С. 39. (0,15 п.л. / 0,35 п.л.) 7. Варепо, Л.Г. Оценка влияния на качество изображения комплекса адгезионно-адсорбционных взаимодействий в системе «носитель – окрашенные и неокрашенные компоненты красок (чернил)» / С.П. Гнатюк, А.Б.

Лихачев, Л.Г. Варепо, А.С. Борисова // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. – 2010. – № 3 (93). – С. 312314. (0, п.л. / 0,05 п.л. / 0,05 / 0,05 п.л.) 8. Варепо, Л.Г. Влажность бумаги и ее печатные свойства. Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела.

– 2010. – № 1. – С. 8-15. (0,5 п.л.) 9. Варепо, Л.Г. Исследование прочностных характеристик картонов.

Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2010. – № 2. – С. 312. (0,63 п.л.) 10. Варепо, Л.Г. Определение неоднородности поверхности картонов бесконтактным методом // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2010. – № 3. – С. 39. (0,45 п.л.) 11. Варепо, Л.Г. К вопросу улучшения качества воспроизведения изображений полиграфическим способом / А.В. Голунов, Л.Г. Варепо // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. – 2010. – № (93). – С. 231235. (0,5 п.л. / 0,5 п.л.) 12. Варепо, Л.Г. Аналитическое представление оценки профиля поверхности материалов для печати / Л.Г. Варепо, А.С. Борисова, О.А. Колозова // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2010. – № 5. – С. 1623. (0,15 п.л. / 0,25 п.л. / 0,1 п.л.) 13. Варепо, Л.Г. Изучение поперечного среза запечатанного материала методом растровой электронной микроскопиии // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. –2011. – № 1. – С. 311. (0,5 п.л.) 14. Варепо, Л.Г. Анализ связи показателей качества оттисков с параметрами микрогеометрии поверхности / В.И. Бобров, Л.Г. Варепо, А.В. Голунов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2011. – № 4. – С. 315. (0,1 п.л. / 0,7 п.л.

/ 0,2 п.л.) 15. Варепо, Л.Г. Прогнозирование качества печати на основе структурирования функции качества / А.С. Борисова, Л.Г. Варепо // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2011. – № 4. – С. 2735. (0,28 п.л. / 0,28 п.л.) 16. Варепо, Л.Г. Анализ взаимосвязи однородности поверхности запечатываемого материала и качества оттиска / Л.Г. Варепо, В.И. Бобров, Г.А.

Еремеев // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2011. – № 6. – С. 312. (0,4 п.л. / 0,1п.л. / 0,13 п.л.) 17. Варепо, Л.Г. К вопросу распределения печатной краски в структуре запечатываемого материала // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. – 2011. – № 2 (100). – С. 230232. (0,2 п.л.) 18. Варепо, Л.Г. Оценка адгезионной прочности комбинированных материалов на установке Micro Scratch Tester / А.С. Борисова, Л.Г. Варепо // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. – 2011. – № 1 (97). – С. 227230. (0,25 п.л. / 0,25 п.л.) 19. Варепо, Л.Г. Моделирование оценки красковосприятия на основе аналитического представления профиля поверхности / Л.Г. Варепо, А.С.

Борисова, О.А. Колозова // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. – 2011. – № 3 (103). – С. 323325. (0,12 п.л. / 0, п.л./ 0,12 п.л.) 20. Варепо, Л.Г. К вопросу оценки неоднородности поверхности материалов для печати / А.В. Голунов, Л.Г. Варепо, С.З. Ихлазов // Известия вузов Северо-кавказский регион. Технические науки. – 2011. – № 6. – С.

132135. (0,2 п.л. / 0,2 п.л. / 0,1 п.л.) 21. Varepo, L.G. Influence of surface geometry of paper on colour rendering of impression / L.G, Varepo, A.V. Golunov // Advanced Materials Research.

– 2011. – Vol. 174. – P. 366369, www.scientific.net/AMR.174.366. (0,125 п.л. / 0,125 п.л.) 22. Варепо, Л.Г. Численное моделирование течения печатной краски между вращающимися цилиндрами в процессе офсетной печати / Л.Г. Варепо, А.В. Паничкин // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2012. – № 2 (110). – С. 332336. (0,16 п.л. / 0,16 п.л.) 23. Варепо, Л.Г. Моделирование переноса краски в зоне печатного контакта / Л.Г. Варепо, А.В. Паничкин, В.И. Бобров // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2012. – № 3. – С. 919. (0,3 п.л. / 0,3 п.л. / 0,1 п.л.) 24. Варепо, Л.Г. К вопросу расчета площади поверхности контакта при оценке адгезии/ Л.Г. Варепо, А.С. Борисова, О.А. Колозова // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. – 2012. – № 2 (110). – С.

337339. (0,1 п.л. / 0,05 п.л./ 0,05 п.л.) 25. Варепо, Л.Г.Численное моделирование переноса краски в зоне печатного контакта листовой офсетной печати / Л.Г. Варепо, А.В. Паничкин, В.И. Бобров // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2012. – № 5. – С. 3036. (0,28 п.л./ 0, п.л. / 0,1 п.л.) 26. Варепо, Л.Г. Моделирование оценки красковосприятия пористого запечатываемого материала в процессе листовой офсетной печати // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2012. – № 5. – С. 38. (0,28 п.л.) 27. Варепо, Л.Г. Влияние на расширение цветового охвата печатной системы микрогеометрии поверхности запечатываемого материала / А.В. Голунов, Л.Г. Варепо // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. – 2012. – № 3 (113). – С. 353359. (0,2 п.л. / 0,25 п.л.) 28. Варепо, Л.Г. Моделирование зависимости адгезионной прочности от параметров структуры запечатываемого материала/ Л.Г. Варепо, О.А.

Колозова // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. – 2012. – № 3 (113). – С. 360364. (0,15 п.л. / 0,15 п.л.) 29. Варепо, Л.Г. Исследование взаимосвязи между свойствами поверхности бумаги (картона) и цветовоспроизведением /Л.Г. Варепо, А.В.

Голунов, О.В.Трапезникова//Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2012. – № 6. – С. 3040. (0, п.л./0,25 п.л./ 0, 05) 30. Варепо, Л.Г. Конечно-разностная аппроксимация системы уравнений переноса печатной краски в процессе листовой офсетной печати /Л.

Г. Варепо, А.В. Паничкин, В.И. Бобров // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2013. – № 2. – С. 813. (0,14 п.л. / 0,13 п.л. / 0,05 п.л.) 31. Варепо, Л.Г. Численный расчет свободного движения малого объема вязкой несжимаемой жидкости между вращающимися цилиндрами / А.В. Паничкин, Л. Г. Варепо // Вычислительные технологии 2013. – Т. 18. – № 2. – С. 6271. (0,325 п.л. / 0,3 п.л.) 32. Варепо, Л.Г. Математическая модель расчета красковосприятия материалов для печати / Л. Г. Варепо, А.С. Борисова, О.А. Колозова // Известия вузов Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2013.– № 2. – С. 58. (0,1 п.л. / 0,1 п.л. / 0,05 п.л.) 33. Варепо, Л.Г. Расщепление краски на выходе из зоны печатного контакта / Л.Г. Варепо Л.Г., В.И. Бобров, А.В. Паничкин // Известия Тульского государственного университета. – 2013.– Вып. 3. – С. 189193. (0, п.л. / 0,05 п.л. / 0,13 п.л) 34. Варепо, Л.Г. Анализ связи показателей укрывистости и микрогеометрии поверхности в печатной системе «краска-картон» // Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2013. – № 3. – С. 2123. (0,2 п.л.) 35. Варепо, Л.Г. Реализация алгоритма для аналитического представления профиля поверхности / Е.В. Трапезников, Л.Г. Варепо, О.А. Колозова // Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2013. – № 3. – С.

6165. (0,1 п.л. / 0,1 п.л. / 0,1 п.л.) 36. Варепо, Л.Г. Расширение цветового охвата многокрасочных печатных систем / А.В. Голунов, Л.Г. Варепо // Омский научный вестник.

Сер. Приборы, машины и технологии. – 2013. – №3 (123) – С. 313318.

(0,18 п.л. / 0,18 п.л.) 37. Варепо, Л.Г. Методика статистической оценки укрывистости многокрасочного изображения полиграфической и упаковочной продукции / В.И.

Бобров, Л.Г. Варепо, Л.О. Горшкова // Лакокрасочные материалы и их применение. – 2014. – № 1–2. – С. 2831. (0,1 п.л. / 0,1 п.л. /0, 1 п.л.) Патенты и свидетельства отраслевой регистрации 38. Пат. 2468922 РФ, МПК B 41 М 1/14. Способ подбора компонентов печатной системы для оптимальной цветопередачи при многокрасочной печати / Л.

Г. Варепо, А.В. Голунов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ОмГТУ. – № 2011106636/12; заявл. 22.02.2011; опубл. 27.08.2012, Бюл. № 24.

39. Варепо, Л.Г. Программный продукт для аналитического представления профиля поверхности и оценки параметров шероховатости материалов для печати / Л.Г. Варепо, А.С. Борисова, О.А. Колозова, Е.В.

Трапезников // Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2011610392 от 11.01.2011 г. – М. : ФИПС, 2011.

40. Варепо, Л.Г. Программный продукт для численного моделирования течения вязкой несжимаемой жидкости со свободными границами между вращающимися цилиндрами / Л.Г. Варепо, А.В. Паничкин // Свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ № 2011613372 от 29.04.2011. – М.: ФИПС, 2011.

41. Варепо, Л.Г. Программа для оценки полноты укрывистости полиграфических оттисков / Л.Г. Варепо, А.С. Борисова, А.В. Голунов, И.В. Демченко // Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 17067 от 10.05.2011г. – М.: ОФЭРНИО ИНИМ РАО, 2011, № 50201150621 от 10.05.2011.

42. Варепо, Л.Г. Программный продукт для графического представления результатов расчета течения вязкой несжимаемой жидкости в двумерной области определения / Л.Г. Варепо, А.В.Паничкин // Свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ № 2011613725 от 13.05.2011. – М.: ФИПС, 2011.

43. Варепо, Л.Г. Программа для оценки красковосприятия запечатываемого материала / Л.Г. Варепо, А.С. Борисова, О.А. Колозова, Е.В. Трапезников // Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2011618158 от 18.10.2011 г. – М. : ФИПС, 2011.

44. Варепо, Л.Г. Программа определения фрактальной размерности профиля полиграфических материалов / А.В. Голунов, Л.Г. Варепо, С.З. Ихлазов // Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 16110 от 06.09.2010 г. – М. : ОФЭРНИО ИНИМ РАО, 2011, № 50201001494 от 01.09.2010.

45. Варепо, Л. Г. Программа оценки цветовоспроизведения печатной системы / Л. Г. Варепо, А. В. Голунов, О. В. Трапезникова // Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 17108 от 30.05.2011 г. – М. :

ОФЭРНИО ИНИМ РАО, 2011, № 50201150701 от 27.05.2011.

46. Варепо, Л. Г. Программа расчета течения жидкости между контактирующими цилиндрическими поверхностями с деформацией границ/ Л. Г. Варепо, А. В. Паничкин // Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 19840 от 10.01.2014 г. – М. : ОФЭРНИО ИНИМ РАО, 2014, № 50201450038 от 17.01.2014.