A decisão de investir em uma impressora flexográfica raramente é motivada por um único tipo de substrato. Os convertedores de impressão que atendem mercados de embalagens flexíveis sabem que uma impressora parada porque não consegue atender um pedido recebido é um capital que não está ganhando seu sustento. A questão não é se uma máquina pode imprimir em um material-, mas sim se ela pode alternar entre materiais sem tempo de inatividade excessivo, desperdício ou comprometimento da qualidade.
A Máquina de impressão flexográfica de seis cores de alta velocidadefica no meio do espectro de equipamentos: mais capaz do que uma unidade web de quatro{0}}estreitas-cores, mas menos especializada do que uma configuração de tambor central-impress (CI) de oito- ou dez{3}}cores projetada exclusivamente para trabalhos-de alta qualidade em filmes. Compreender o que esta máquina pode suportar-e onde estão seus limites-requer observar a interação entre o projeto mecânico, as propriedades dos materiais e os parâmetros do processo.
A Arquitetura de Impressão Central
A maioria das impressoras coloridas de-seis{1}}velocidades de alta velocidade usa um design de cilindro de impressão central (CI). Nesta configuração, todas as seis estações de impressão são dispostas radialmente em torno de um cilindro de impressão comum de grande-diâmetro. A teia envolve esse cilindro à medida que passa por cada estação, o que significa que o substrato é suportado pelo tambor CI em todos os pontos onde a tinta está sendo transferida.
Essa arquitetura é extremamente importante para a versatilidade do substrato. Uma prensa do tipo pilha-(onde as estações são empilhadas verticalmente umas sobre as outras) submete a teia à tensão cumulativa à medida que ela sobe através de vários nips. Filmes finos esticam. Papéis delicados enrugam. Uma prensa CI, por outro lado, mantém a teia sob tensão relativamente estável porque o comprimento do caminho entre as estações é curto e o cilindro CI fornece suporte de apoio contínuo.
Uma pesquisa publicada na Polymer Engineering & Science examinou o comportamento da tensão da rede em sistemas multi-roll-to{2}}roll, demonstrando que as configurações de CI exibem menor variação de registro do que designs de pilha ou{3}}em linha ao executar substratos extensíveis. É por isso que as prensas de tambor CI são geralmente consideradas a opção mais versátil para ambientes de produção de-substratos mistos.
Manuseio de substrato: o que entra na máquina
Webs-baseadas em papel
Papel e papelão representam a categoria-de substrato de nível básico para a maioria das operações flexográficas. Papel de jornal, forro kraft, meio corrugado, cartão sólido de sulfato branqueado e papelão dobrável revestido passam diariamente pelas prensas flexográficas.
O que torna o papel gerenciável do ponto de vista do equipamento é a sua estabilidade dimensional. O papel não se alonga significativamente sob tensão normal de produção, portanto o controle de registro em seis cores é mecanicamente simples. O desafio está em outro lugar-na resistência e absorção da superfície. Papéis-de baixa gramatura-podem soltar fiapos durante o contato com a chapa, depositando fibras na chapa que degradam as impressões subsequentes. TAPPI T 499 (teste de seleção de cera) e TAPPI T 456 (medição de suavidade) fornecem métodos padronizados para avaliar se um determinado tipo de papel sobreviverá às pressões de contato flexográfico sem degradação da superfície.
Classes de placas acima de aproximadamente 400 g/m² apresentam problemas-relacionados à rigidez. A placa espessa não se adapta facilmente à curvatura do cilindro CI, o que cria uma pressão de aperto irregular em toda a largura da banda. Algumas prensas incorporam um cilindro de impressão segmentado com setores ajustáveis para compensar este efeito; outros contam com coberturas de manta compatíveis no cilindro de impressão para distribuir a pressão uniformemente sobre substratos mais espessos.
Filmes de poliolefina
Polipropileno orientado biaxialmente (BOPP), polietileno de baixa{0}densidade (LDPE), polietileno linear de baixa{{1}densidade (LLDPE) e polipropileno fundido (CPP) juntos respondem pela maior parte do volume de filmes para embalagens flexíveis impresso em todo o mundo.
Esses filmes apresentam um conjunto de desafios diferente do papel. Eles têm energia superficial mais baixa, o que significa que a tinta não os molhará, a menos que a superfície tenha sido tratada. Eles também são mais sensíveis à temperatura-: um filme de BOPP começa a encolher se o túnel de secagem exceder aproximadamente 120–130 graus, e os filmes de PE amolecem em temperaturas ainda mais baixas.
Portanto, o tratamento de superfície não-é negociável. Unidades de descarga corona instaladas em linha antes da primeira estação de impressão ionizam a superfície do filme, criando grupos polares que aumentam a energia superficial de cerca de 30 dinas/cm para 38–42 dinas/cm-a faixa na qual as tintas flexográficas à base de água-ou à base de solvente-alcançam umedecimento e adesão adequados. ASTM D2578 especifica o método de teste de caneta dyne usado para verificar o nível de tratamento antes de prosseguir com a impressão.
Para conversores que utilizam papel e filme na mesma linha, uma máquina de impressão flexográfica de seis cores de alta velocidade equipada com uma estação corona opcional que pode ser acoplada ou desengatada dependendo do substrato oferece flexibilidade operacional significativa. Sem esse recurso, alternar entre papel kraft não tratado (que não requer corona) e BOPP não tratado (que exige isso) exigiria o pré-tratamento de filmes off-line ou a aceitação de resultados de adesão inconsistentes.
Filmes de poliéster e barreira
Os filmes de tereftalato de polietileno (PET) e de poliamida (PA, náilon) ocupam o segmento de-desempenho mais alto do mercado de filmes para embalagens flexíveis. O PET é dimensionalmente estável, resiste ao estiramento e tolera temperaturas de secagem mais altas que as poliolefinas. É, em muitos aspectos, mais fácil operar em alta velocidade em uma prensa flexográfica do que BOPP ou PE.
Os filmes de nylon introduzem sensibilidade higroscópica. O nylon absorve a umidade ambiente e essa absorção altera suas dimensões. Uma teia de náilon que foi devidamente registrada no início de um turno pode perder o registro à medida que a umidade muda ao longo do dia. As prensas configuradas para produção regular de náilon geralmente incluem controles ambientais fechados ao redor do caminho da banda e podem usar rolos de compensação acionados por servo-que ajustam o comprimento da banda dinamicamente com base no feedback do sensor.
Filmes de barreira contendo álcool etileno vinílico (EVOH) ou camadas de metalização de alumínio requerem atenção ao fato de que a própria camada de barreira pode ser danificada por pressão excessiva ou exposição a solventes. Embora a impressora não teste diretamente as propriedades de barreira após a impressão, o operador deve estar ciente de que condições agressivas de impressão podem comprometer as taxas de transmissão de oxigênio medidas de acordo com os padrões ASTM F1927.
Folha de alumínio
A folha de alumínio-geralmente com 6 a 15 mícrons de espessura-é usada em prensas flexográficas principalmente para embalagens farmacêuticas e embalagens de confeitos premium. A folha metálica é não-porosa, não-absorvente e dimensionalmente rígida. A tinta seca inteiramente por evaporação e não por penetração.
A principal consideração operacional com o papel alumínio é a limpeza. A fabricação da folha deixa resíduos de lubrificantes de rolamento e compostos anti{1}estáticos na superfície. Se esses contaminantes permanecerem, eles interferirão na umedecimento da tinta. O tratamento corona ou chama em linha imediatamente antes da primeira estação de cor é uma prática padrão. O tratamento com chama é particularmente eficaz em folhas porque limpa simultaneamente os resíduos orgânicos e oxida a superfície do metal.
A folha também requer um manuseio cuidadoso nas seções de desenrolamento e rebobinamento. Como a folha se rompe em vez de esticar, os procedimentos de recuperação de ruptura da folha devem ser mais suaves do que aqueles usados para filme. Muitos operadores configuram rampas de aceleração mais lentas e limites de tensão máxima reduzidos ao mudar de filme para folha na mesma máquina.
Tecidos não tecidos
Os não-tecidos de polipropileno spunbond e meltblown tornaram-se uma área de crescimento para a impressão flexográfica, impulsionada pela demanda por embalagens médicas de marca e sacolas de compras reutilizáveis. Os nãotecidos se comportam de maneira diferente de qualquer outro substrato flexográfico comum. Eles se comprimem sob pressão de nip, recuperam parcialmente após passar pela impressão e consomem significativamente mais tinta do que filme ou papel de área equivalente porque a tinta penetra na massa fibrosa em vez de permanecer na superfície.
O controle de registro em nãotecidos é notoriamente difícil. Pesquisas sobre o manuseio de materiais não-tecidos em processos rolo{1}}a{2}}rolo, documentadas em procedimentos técnicos das organizações TAPPI e AIMCAL, recomendam margens de impressão mais amplas e especificações de tolerância mais flexíveis ao imprimir em não-tecidos em comparação com filmes ou papéis. Uma impressora flexográfica de seis{4}}cores que executa substratos não tecidos normalmente opera em velocidade reduzida-geralmente de 40 a 60% do máximo nominal-para manter uma precisão de registro aceitável.
Considerações sobre sistemas de tinta em substratos
A escolha entre tintas-à base de solvente, à base-de água e curáveis-UV é inseparável da questão do substrato.
As tintas-à base de solvente secam rapidamente e ficam muito brilhantes em superfícies não{1}}porosas, como filmes e folhas metálicas. Mas eles precisam de sistemas de recuperação ou redução de solventes em muitos lugares devido às regras de emissão de COV. Essas regras incluem a Lei do Ar Limpo da EPA e a Diretiva de Emissões Industriais (IED) da União Europeia. Os sistemas podem ser oxidantes térmicos regenerativos ou unidades de adsorção de carbono. Portanto, para uma máquina que deve funcionar com muitos materiais diferentes, as tintas solventes podem funcionar em quase todos eles. Mas também acrescentam mais trabalho para seguir as regras.
As tintas-à base de água são cada vez mais dominantes, especialmente em regiões com regulamentações rigorosas de COV. Secam bem em substratos porosos (papel, cartão) e adequadamente em filmes tratados. Sua limitação é a velocidade: a água evapora mais lentamente do que os solventes orgânicos, o que pode limitar o rendimento da produção em substratos não{3}}porosos, a menos que túneis de secagem estendidos ou facas de ar{4}}de temperatura mais alta sejam instalados.
As tintas UV curam instantaneamente após exposição a lâmpadas ultravioleta. Eles não secam por evaporação-eles polimerizam. Isso significa que as tintas UV assentam na superfície do substrato exatamente como foram depositadas, oferecendo excepcional nitidez de pontos e resistência à abrasão. Nem todos os substratos aceitam tintas UV igualmente. Papéis altamente absorventes podem absorver o veículo de tinta UV de baixa-viscosidade antes que a cura ocorra, causando má formação de filme de tinta. Alguns filmes plásticos contêm aditivos (estabilizadores de UV, agentes deslizantes) que migram para a superfície e interferem na química da cura por UV. ASTM F1942 fornece orientação sobre avaliação de desempenho de tintas curáveis por UV em substratos flexíveis.
Seleção de rolo Anilox e correspondência de substrato
Os rolos Anilox determinam a quantidade de tinta transferida para a placa e, por fim, para o substrato. O volume da célula (expresso em bilhões de micrômetros cúbicos por polegada quadrada, BCM) e a régua da tela (linhas por polegada, LPI) são os dois principais parâmetros de especificação.
Rolos anilox com maior BCM transferem mais tinta, produzindo uma cobertura mais pesada, adequada para fundos brancos opacos ou blocos de cores sólidas. Os rolos BCM inferiores produzem filmes mais finos, apropriados para trabalhos finos de meio-tom e reprodução de cores de processo. A relação entre a seleção do anilox e o substrato é direta: os papéis absorventes podem acomodar maiores volumes de tinta porque alguma tinta penetra na folha. Os filmes exigem um controle mais rígido do volume de tinta porque o excesso de tinta se acumula na superfície e não cura ou seca dentro do tempo de permanência disponível no túnel.
Quando uma máquina de impressão flexográfica de seis cores de alta velocidade é configurada para um novo substrato, a seleção do rolo anilox é normalmente o primeiro parâmetro ajustado após a montagem da placa. Operadores experientes mantêm inventários anilox cobrindo uma variedade de combinações LPI/BCM e os combinam com o tipo de substrato usando registros empíricos acumulados em trabalhos anteriores. Atualmente, não existe um modelo preditivo universal que vincule de forma confiável a geometria anilox ao resultado de impressão em todas as combinações de substrato-de tinta, embora a pesquisa publicada em Progress in Organic Coatings tenha estruturas teóricas avançadas para a mecânica de transferência de tinta em rotogravura e sistemas flexográficos.
Configuração do túnel de secagem
O sistema de secagem é indiscutivelmente o subsistema mais importante para determinar quais substratos uma determinada prensa pode manipular em velocidades comerciais.
Túneis de secagem-de ar quente são a configuração básica. O ar aquecido é direcionado para a folha recém-impressa através de conjuntos de bicos posicionados entre as estações de impressão. A temperatura do ar, a velocidade e o controle de umidade variam amplamente entre as máquinas. As prensas-de nível básico podem oferecer ventiladores-de velocidade fixa e controle de temperatura termostático simples. Máquinas com-especificações mais altas apresentam unidades de frequência-variáveis em motores de sopradores, elementos de aquecimento-controlados por zona e sensores de umidade de exaustão que modulam o fluxo de ar para evitar condensação dentro do túnel.
