ЗАВИСИМОСТЬ КАЧЕСТВА ПЕЧАТИ С УЧЕТОМ СВОЙСТВ ЗАПЕЧАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА

АННОТАЦИЯ

В статье использовано многофакторное планирование для прогнозирования качества флексографской печати на полиэтиленой пленке, в составе которой гранулы низкомолекулярного полиэтилена Шуртанского газохимического комплекса, одного из крупнейших предприятий в Республике Узбекистан.  Для оценки качества печати, с точки зрения получения на ней четких оттисков и точного цветовоспроизведения, на исследуемых пленках отпечатаны тест-объекты флексографским способом печати. Методами математической статистики определена корреляционная связь между оптической плотностью оттиска и свойствами пленки, в данном случае толщиной, глянцем и термостабильностью. Анализ полученных результатов позволяет прогнозировать качество печати, например, для получения оттиска с оптической плотностью 1,485 нужно использовать пленки толщиной 70г/м², глянцем 26%, термостабильностью 38%. Полученную на базе современного математического аппарата при использовании теории вероятностей и математической статистики математическую модель можно использовать для управления качеством флексографской печати с учетом свойств полиэтиленовой пленки.

ABSTRACT

The article uses multi-factorial planning to predict the quality of flexographic printing on polyethylene film, which includes low molecular weight polyethylene granules of the Shurtan Gas Chemical Complex, one of the largest enterprises in the Republic of Uzbekistan. To assess the quality of printing, in terms of obtaining clear prints on it and accurate color reproduction, test objects were printed on the studied films using a flexographic printing method. The methods of mathematical statistics have been used to determine the correlation between the optical density of the print and the properties of the film, in this case, thickness, gloss and thermal stability. The analysis of the obtained results allows predicting the print quality, for example, to obtain a print with an optical density of 1.485, it is necessary to use films with a thickness of 70 g/m2, a gloss of 26%, and a thermal stability of 38%. The mathematical model obtained on the basis of modern mathematical apparatus using the theory of probability and mathematical statistics can be used to control the quality of flexographic printing, taking into account the properties of a polyethylene film.

Ключевые слова: качество флексографской печати, оптическая плотность, полиэтиленовая пленка, свойства пленки, корреляционная связь, математическая модель

Keywords: quality of flexographic printing, optical density, polyethylene film, film properties, correlation, mathematical model

Введение. При создании готовой продукции повышение эффективности производства и вопрос гарантированного качества продукции являются важнейшим вопросом любой экономики. Применение научных методов исследования и математического моделирования технологических процессов производства являются одним из оптимальных решений этой проблемы.

При печати этикеточно-упаковочной продукции флексографским способом используется широкий спектр различных запечатываемых материалов, среди которых лидирующие позиции занимает полимерный материал, так как их использование обеспечивает сохранность при высоком качестве упакованных в них товаров в течении длительного срока, имеют минимальную массу, толщину и стоимость.

При печатании на невпитывающихся полимерных материалах осложняется обеспечение точности совмещения основных печатных красок, что напрямую влияет на привлекательность упакованного товара, поэтому производители полиэтиленовых пленок при производстве должны учитывать требования полиграфических предприятий, где осуществляется сам процесс печати.

Для решения этой проблемы зарубежные и отечественные ученые и специалисты этой отрасли ведут научные исследования по производству полиэтиленовой пленки с прогнозируемыми свойствами [1-4]. Ведутся научно-исследовательские работы, посвященные проблеме обеспечения и прогнозирования качества флексографской печати на невпитывающихся сильно тянущихся материалах, какими являются полиэтиленовые пленки [5-8]. В результате разработаны технологии производства пленок с учетом требований процесса печати, исследованы их свойства и выработаны рекомендации по улучшению качества воспроизведения, что способствует повышению эффективности производства, снижению себестоимости и полному удовлетворению потребностей общества.

Разработанная автором программа [3] позволяет управлять физико-механические свойства пленок, изменяя режимы ее производства. Автор работы [9] предложил аппарат комплексного прогнозирования свойств при получении пленки, разработал методику количественной оценки эффективности обработки полиэтиленовых пленок коронным разрядом, позволяющей объективно и целенаправленно контролировать адгезионные свойства к печатным краскам.

Для прогнозирования качества флексографской печати авторы работы использовали регрессионный анализ и математическое моделирование [10-12].

Экспериментальная часть. В данной работе используется многофакторное планирование эксперимента для выявления наиболее активных (весомых) свойств запечатываемого материала, для того чтобы не исследовать те из них, которые оказывают незначительное воздействие на объект исследования [13-15].

Объектом исследования служила полиэтиленовая пленка из местного сырья, то есть гранулы низкомолекулярного полиэтилена Шуртанского газохимического комплекса, одного из крупнейших предприятий в Республике Узбекистан. Критерием оптимизации является  - оптическая плотность оттисков,отпечатанных флексографским способом. Значения оптической плотности косвенно характеризуют толщину красочного слоя на поверхности запечатываемого материала, то есть качество воспроизведения.

По данным исследований физико-механических и деформационных свойств исследуемой полиэтиленовой пленки, полученных в условиях предприятий ООО «Briz» и ЧП «ASILBEK NURLI KELAJAK» на экструзионном оборудовании “FULL AUTOMATIC” (Корея) из гранул низкомолекулярного полиэтилена Шуртанского газохимического комплекса методом рукавной экструзии, выявлено, что пленки относятся к высшему сорту (ГОСТ 10354), что позволяет использовать их в широком диапазоне, в том числе в качестве упаковочного материала в различных отраслях народного хозяйства; для изготовления товаров народного потребления.

Основными варьируемыми факторами, влияющими на оптическую плотность оттиска и на качество печати, выбраны: толщина, мкм; глянец (оптические свойства)^%; термостабильность пленки, % (табл.1).

После выбора основных факторов и их уровней варьирования было определено, по каким основным выходным параметрам можно судить и оценивать работу, а также оптимизировать технологический процесс флексографской печати (табл.1). Рабочая матрица многофакторного эксперимента 2-го порядка для 3-х факторного процесса представлена в табл.2.

Таблица 1.

Основные факторы и уровни варьирования

В соответствии с матрицей планирования проведено 8 опытов в трехкратной повторности.

Таблица 2.

Матрица планирования

Среднеквадратичное отклонение определяли во формуле

где  - среднее арифметическое значение параметра оптимизации из трех кратного опытов (значения приведены в табл. 2). Данные расчетов приведены в табл.3.

Таблица 3.

Результаты статистической обработки эксперимента

Для статистической проверки дисперсий во всех вариантах используем G-критерий Кохрена:

0.431

G=0,431<0,516= G_0.05

Сравнение с табличным G_0.05 {f_N= N =8,  f_m= m-1=3-1=2}=0,516 показало, что расчетное значение критерия Кохрена меньше табличной величины, поэтому дисперсия считается однородной, а процесс воспроизводимым.

Проверку однородности дисперсий можно выполнять по критериям Фишера. Пример проверки по F–критерия Фишера:

F_табл.=19 (см приложение 3).

 дисперсии однородны.

Уравнение с кодированными переменными с участием проверки статистической значимости коэффициентов имеет вид:

Коэффициенты регрессии при полном факторном эксперименте подсчитаны по следующим формулам

где      u – порядковые номера вариантов;

i – порядковые номера факторов;

(iu), (ju), (ku) – условные обозначения сумм.

Коэффициенты регрессии, рассчитанные по вышеприведенным выражениям, равны:

где  b₀ – свободный член;

b₁* b₂* b₃* – линейные коэффициенты;

b₁₂* b₁₃* b₂₃* – коэффициенты двойного взаимодействия факторов;

b₁₂₃….. – коэффициенты тройного взаимодействия факторов

Уравнение регрессии примет следующий вид:

Значимость коэффициентов регрессии проверяли с помощью критерия Стьюдента, причем по формуле определили границы доверительных интервалов для коэффициентов регрессии с доверительной вероятностью а=0,95:

=

Cравнивая значения коэффициентов регрессии с границами доверительных интервалов видим, что коэффициент b₂ незначим.

Теперь уравнение математической модели имеет следующий вид:

Проверяем адекватность полученного уравнения.

Вычисляем теоретические значения параметра оптимизации величину ошибки , результаты занесены в табл. 4.

Таблица 4.

Результаты статистической обработки эксперимента

Далее по формуле определим следующие относительные величины R₀ расхождения фактических  и расчетных  данных (%):

;

Из табл. 4 видно, что ошибка эксперимента составляет 1.44%, поэтому адекватность модели 98.56%.

Рассчитаем дисперсию адекватности

где  f=N-(k+1) – число степеней свободы.

Для проверки адекватности линейной модели по критерию Фишера находим дисперсию неадекватности, или остаточную дисперсию.

Сам критерий Фишера

При уровне значимости ß=0,05 критерий Фишера F_0.05 {число степеней свободы дисперсии неадекватности f_на=N-k-1=8-3-1=4 и числа степеней свободы f_у  =N(m-1)} по табличным данным равен 3.01.

Поскольку F_расч.=2.002<3.01=F_0.05, то c 95%-ной доверительной вероятностью можно утверждать, что полученное уравнение регрессии является математической моделью исследуемого объекта.

Переходя от кодированных х₁, х₂ х₃ значений факторов к натуральным, получим зависимость оптической плотности оттисков. Кодированные значения факторов связаны с натуральными следующими зависимостями:

где  Т₀, Г_0, Тс₀– основные уровни факторов в натуральных выражениях; ε_1, ε₂ ε₃– интервалы варьирования факторов.

Подставив выражения в уравнение получим

D_отт=-23.87+0.768T+0.4845Г+0,6354Tc-0,0285ТГ-0,006ГТс-0.0195TTc+0,00075ТГТс 

Уравнение адекватно, описывает модель для прогнозирования качества печати. Поэтому его можно использовать как интерполяционную формулу для вычисления величин оптической плотности оттисков D_отт. Таким образом, при полученное уравнение следует использовать для установления рациональных значений толщины, глянца и термостабильности пленки (табл. 5).

Таблица 5.

Прогнозирование качества печати в зависимости от толщины, глянца и термостабильности полиэтиленовой пленки

Используя результаты табл.5, можно управлять и регулировать процессом печати, то есть получение при печати конкретного значения оптической плотности возможно при использовании пленки с заданными значениями толщины, глянца и термостабильности. Например, для получения оптической плотности 1,485 желательно использование пленки толщиной 70г/м², глянец 26%, термостабильности 38%.

Выводы: анализ полученных результатов позволяет прогнозировать качество печати при использовании пленки с заданными свойствами. На базе современного математического аппарата при использовании теории вероятностей и математической статистики, а также методов цифровой обработки изобразительной информации исследование влияния свойств пленки на качество печати позволило получить математическую модель, которая может быть положена в основу управления качеством флексографской печати с учетом свойств полиэтиленовой пленки.

Список литературы:

1. Крыжановский В.К., Кербер М.Л., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д. Производство изделий из полимерных материалов: Учебн.Пособие. СПб.: Профессия. 2004. 464 с.
2. Н.С.Шмакова Влияние ультразвука на получение полиэтиленовых пленок с антимикробными свойствами// автореферат дисс. канд.тех.наук: МГУПП. М. 2021. 17 с.
3. Мандрусов А.А. Минимизация несовмещения красок при флексографской печати путем получения пленки полиэтилена с заданными свойствами: автореферат дисс. канд.тех.наук: МГУП. М. 2007. 18 с.
4. Ефремов Н.Ф., Мандрусов А.А. Проблемы флексографской печати на упаковке из полиэтилена // Вестник МГУП. 2006. №7. С. 50-65.
5. Баканов В.А. Свойства полимерных пленок, активированных коронным разрядом и особенности их применения в производстве упаковки: автореферат дисс.канд.тех.наук. М.: МГУП. 2008. 20 с.
6. Марикуца К.С. Разработка методов управления цветовоспроизведением на допечатной стадии при синтезе изображения на невпитывающихся материалах: автореферат дисс.канд.тех.наук. М.: МГУП. 1999. 15 с.
7. Сорокин Б.А. Запечатываемые материалы и их подготовка к тампонной печати // Мир этикетки. 2003. №1. С.46-49.
8. Колесниченко М.Г. Исследование взаимодействия процесса производства пленок полиэтилена и печати на них // Вестник МГУП. М.:МГУП. 2009. №7. С. 163-176.
9. diss.seluk.ru/av-mashinostroenie/710631-1-povishen...emimi-svoystvami.php86% tekhnosfera.com/povyshenie-kachestva-upakovki-iz-p...ziruemymi-svoystvami35%]
10. Хакназарова О.Д., Ташмухамедова Ш.Ш., Бабаханова Х.А. Флексография босма сифатини баҳолашда математик моделлаштириш усулини қўллаш // Композиционные материаллы. Ташкент. №3. 2019. С. 75-79.
11. Хакназарова О.Д., Ташмухамедова Ш.Ш., Бабаханова Х.А. Флексография босма сифатини баҳолашда регрессион таҳлил // Композиционные материаллы. Ташкент. №4. 2019. С. 117-119.
12. Хакназарова О.Д., Ташмухамедова Ш.Ш., Бабаханова Х.А. Статистическая характеристика для оценки тесноты зависимости между качеством флексопечати и свойствами запечатываемого материала // Universum:Тех-нические науки. 2019. 11(68). С. 54-58.
13. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. М.: Легкая индустрия, 1974. 263 с.
14. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Изд.2-е перераб. и испр. М.: Наука. 1976. 279 с.
15. Чаплыгина О.Ю. Влияние технологических параметров флексографской печати на графическую точность изображения: автореферат дисс. канд.тех.наук: МГУП. М. 2012. 18 с.