Применение трансферной методики технологических процессов эмалирования в ювелирной промышленности при реализации современных дизайнерских решений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Применение трансферной методики технологических процессов эмалирования в ювелирной промышленности при реализации современных дизайнерских решений

Агалюлина Юлия Камильевна

Специальность 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн

Санкт-Петербург

2010

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна» на кафедре технологии машиностроения и художественной обработки материалов

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Жукова Любовь Тимофеевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Пряхин Евгений Иванович

кандидат технических наук, доцент Петрова Светлана Георгиевна

Ведущая организация: Санкт-Петербургская государственная

художественно-промышленная

академия им. А. Л. Штиглица

Защита состоится 12 апреля 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.04 при Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, Центр инноваций, печати и информации, 1 этаж.

Текст автореферата размещен на сайте: http://www.sutd.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18.

Автореферат разослан 11 марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета С. М. Ванькович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное крупносерийное массовое и мелкосерийное производство ювелирных украшений обновляет и расширяет номенклатуру выпускаемой продукции в основном за счет приоритетных дизайнерских решений, направленных на совершенствование свойств изделий, путем создания новых художественных образов, открытия и разработки пространственных форм и создания цветовых композиций, которые способствуют удовлетворению эстетических требований самого изысканного и утонченного социума.

Развитие культуры и моды ставит перед дизайнерами и ювелирной промышленностью все более сложные и трудоемкие задачи, которые практически невозможно решить без серьезных научных разработок.

Эмалирование является одной из базовых технологий ювелирного производства, дающей возможность расширить арсенал художественных средств и приемов реализации авторских идей, создавать собственные цветовые сочетания, обладающие яркой индивидуальной выразительностью. Это, прежде всего, выбор материалов для декоративно-защитных покрытий в интеграции с трансферами и различными условиями их нанесения на поверхность изделия, которые значительно дополняют гамму цветового сенсорного восприятия и пространственную фактуру.

Горячее и холодное эмалирование варьируется в зависимости от серийности производства, которое определяется рыночными отношениями. Растущий потребительский спрос делает актуальным применение эпоксидных и полиуретановых двухкомпонентных компаундов и фотополимерных эмалей. Таким образом, выбирая материалы покрытий, комбинируя их с трансферами и варьируя условия их нанесения, можно придавать поверхности изделий различные цвета и фактуру, расширяя возможности полутоновой передачи в миниатюре. Все это в совокупности повышает качество продукции и разнообразит ее ассортимент.

В научной литературе имеются сведения об использовании различных красок в изготовлении трансферов, но процесс воспроизводимости их цвета на эмалях в ювелирной промышленности не рассматривался.

Для придания поверхности деколи на эмали определенного заданного комплекса цветовых характеристик, таких как насыщенность, яркость, тон, требуется изучение современного ассортимента красок и эмалей с учетом технологических процессов деколирования. Оптимальный выбор сырья невозможен без всестороннего учета свойств, технологических особенностей печати деколи и ее взаимодействия с эмалью, способов нанесения и возможных химических реакций при деколировании между используемыми материалами и внешней средой.

В таких условиях одной из важных проблем является отсутствие трансферной методики в технологических процессах эмалирования в целях получения заданных колористических свойств покрытий ювелирных украшений.

Цель и задачи исследований

Целью диссертационной работы является научное обоснование и разработка трансферной методики создания ювелирных изделий с эмалированными поверхностями, имеющими заданные колористические свойства.

Для достижения цели в работе решены следующие задачи:

1) проведен сравнительный анализ современных методик изготовления ювелирных изделий с применением цветных эмалей для их научного исследования и дальнейшего совершенствования;

2) установлены зависимости цветовых характеристик деколи на поверхности изделия от температуры обжига в диапазоне 750-880 °С и цвета эмалевой подложки;

3) разработаны технологии получения ювелирных изделий с заданными цветовыми характеристиками;

4) созданы базы данных для изделий, имеющих n-слойное покрытие, образованное керамическими красками и цветными эмалями, по цветовым характеристикам при температуре обжига;

5) разработаны рекомендации по внедрению трансферной методики в технологические процессы эмалирования на ювелирном производстве.

Методы исследования

Колористические свойства и цветовые характеристики исследуемых объектов оценивали с помощью методов спектрофотомерии с использованием спектрофотометра фирмы GretagMacbeth Spectrolino, оптического микроскопа Leica DFC 320 High Resolution Color Digital Camera, электромагнитного толщиномера Константа-К5.

Для получения образцов в работе использовалось специальное оборудование: муфельная печь JP Selecta S. A. N - 80 L 1100 (Испания), с погрешностью измерения температуры ± 10 °С; низкотемпературная печь с принудительной конвекцией SNOL 24 / 200 LFN (Литва); засветочный шкаф Beltron beltromat 815 (Германия); печатная машина Thieme 1010 (Германия); автоматическое оборудование для нанесения копировальных слоев Harlacher (Швейцария); пресс гидравлический Orofranco 15 тонн (Италия); принтер Canon Pixma iP 1600 (Япония); пневматический диспенсер EFD (США).

Обработка результатов проводилась с применением методов математической статистики на ПК с использованием стандартных программ.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Установлена зависимость цветовых характеристик деколей на эмалях от их химического состава и температуры обжига в диапазоне 750-880 °С.

2. С использованием математических методов планирования эксперимента определена оптимальная температура обжига, при которой максимально достигаются колористические показатели эмалевых покрытий при обеспечении требуемой насыщенности цвета, как их основной цветовой характеристики.

3. С применением информационных технологий создана база данных цветовых характеристик для внедрения системы автоматизированного проектирования ювелирных изделий.

4. Показано, что последовательность наложения кадмийсодержащих и бескадмиевых деколей на эмалевую поверхность при температуре обжига 750 °С не влияет на размеры периферийной зоны.

5. Разработаны рекомендации, позволяющие расширить спектр информационных и дизайнерских решений при внедрении трансферной методики в технологический процесс холодного эмалирования ювелирных изделий.

Практическая значимость работы

1. Предложенная методика позволяет увеличить серийность ювелирных изделий, создать устойчивый вид парных украшений и гарнитуров, снизить трудозатраты и себестоимость продукции.

2. Разработаны рекомендации по внедрению методики деколирования в технологические процессы горячего и холодного эмалирования на ювелирном производстве.

3. Результаты работы внедрены с положительным эффектом в ювелирные производства: ЗАО «Ростовская финифть» (г. Ростов Великий), ООО «РосЮвелирПром» (Санкт-Петербург).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: Первой Международной научно-практической конференции «Развитие современного искусства: наука и образование в области ювелирной промышленности» СПГУТД (СПб., 2007); научно-технических конференциях и семинарах СПГУТД (СПб., 2007-2009); заседаниях кафедры технологии машиностроения и художественной обработки материалов СПГУТД (СПб., 2007-2009); Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии» ТПУ (Томск, 2008, 2009); семинаре ДААД «Михаил Ломоносов / Иммануил Кант» (Бонн, Германия, 2009); кафедре дизайна Дюссельдорфского университета прикладных наук (Dusseldorf University of Applied Sciences) (Дюссельдорф, Германия, 2009).

Работа была поддержана грантом Министерства Рособразования и Германской службой академических обменов DAAD (А / 08 / 96361) в рамках программы «Иммануил Кант» (Москва, 2008).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Текст работы изложен на 133 страницах, содержит 26 рисунков и 15 таблиц. Список использованных источников насчитывает 146 наименований.

Достоверность результатов подтверждается научным обоснованием положений, выносимых на защиту, апробацией методики на ювелирных производствах и использованием современных средств и методов проведения исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

эмалирование ювелирный керамический дизайнерский

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи исследования, отражается научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Состояние вопроса» представлен обзор научной литературы по тематике диссертации. Описаны методы исследования свойств керамических красок и эмалей (В. И. Савченко, Э. Бреполь, И. А. Булавин, И. В. Пищ, Е. И. Орлов, Д. Макграс, М. К. Никитин и др.). Приведены способы получения изображений и прогнозирования их качества в процессе трафаретной печати (С. Т. Ингрэм, В. В. Аверьянов др.). Сделан анализ существующих методов и средств спектрофотометрического и колориметрического измерения (М. В. Домасев, М. М. Гуревич, Д. Вышецки, Й. Иттен, М. Ферчайльд и др.). Рассмотрено место и значение эмали в ювелирном дизайне, влияние технологических особенностей эмалирования на формирование художественного образа (И. Н. Верещагина, А. А. Гилодо, Н. В. Калязина, Е. С. Сиротников, В. Ф. Пак и др.).

Анализ существующих литературных и патентных источников выявил необходимость разработки трансферной методики технологических процессов эмалирования с контролируемым цветом красок на эмалевых поверхностях ювелирных изделий в процессе их производства для получения заданных колористических свойств. Таким образом, при рассмотрении трансферной технологии с позиций технической эстетики и оценки возможности ее внедрения в процесс производства ювелирных изделий выявилась необходимость создания научно-методической базы, которая позволила бы получать заданные колористические свойства и управлять цветовыми параметрами эмалевых покрытий. В соответствии с этим была поставлена цель и определены задачи исследования.

Во второй главе «Методика изготовления образцов» выявлены технологические особенности метода печати деколи, нанесения и обжига эмали и трансфера, влияющие на цветовые характеристики покрытий. Разработаны методики проведения экспериментального исследования.

Исследования колористических свойств покрытий проводились на образцах, изготовленных из эмалей и керамических красок размером 70Ч55 мм. В качестве основ под эмалевые покрытия использовался металлический материал медь, марки М1 (ГОСТ 1173-06). Данный материал устойчив при оплавлении эмали и обеспечивает прочную адгезию с эмалевым покрытием. Покрытие образцов осуществлялось с использованием эмали производства «Дулевского красочного завода» (г. Дулево, Россия), имеющего международные сертификаты качества и обладающего стабильностью свойств широкого ассортимента выпускаемого материала. Деколи изготавливались на предприятии ООО «Росдеколь» (СПб., Россия). В создании деколей применялась коллекция керамических опаковых пигментов серии Н64 (Heraeus Porcelain Bone China Earthenware Tile Enamel 780-880 °С). Керамические пигменты данного производителя обладают устойчивостью свойств, что было подтверждено сравнительным анализом на образцах, изготовленных ООО «Росдеколь».

Выбор цвета, прозрачности эмалей и деколей для проведения эксперимента обуславливался задачами данного ювелирного производства. Образцы изготавливались в лабораторных условиях.

При изготовлении керамических красок надглазурные пигменты аддитивно смешивались в трехвалковой мельнице с тиксотропным маслом повышенной вязкости, в соотношении 2/1 в течение 25 мин/1 кг для гомогенизации взвеси. Вспомогательные материалы были использованы по рекомендации завода-производителя Heraeus.

Деколи изготавливались методом трафаретной печати.

В табл. 1 приведены используемые в исследовании деколи, их цвет, номенклатура и пигменты, входящие в состав красок для их изготовления.

Таблица 1 - Цвет, номенклатура деколей и пигментов, входящих в состав красок для изготовления деколей

Цвет деколи	Номенклатура деколи	Номенклатура пигментов
Кобальт синий	64014	H 64014
Королевский синий	64115	H 64115
Темно синий	64201	H 64115 + H 64124 + H 64888
Голубой	64030	H 64006 + H 64014 + H 64418
Зеленый мох	64447	H 64447
Сине-зеленый	64418	H 64418
Темно-зеленый	64150	H 64324 + H 64418 + H 64888
Сине-зеленый темный	64266	H 64418 + H 64888
Светло-коричневый	64190	H 64351 + H 64228
Оранжевый	64058	H 64335 + H 64776
Желтый	64023	H 64333 + H 64351
Черный	64804	H 64804
Темно-коричневый	64218	H 64228 + H 64888
Коричневый	64186	H 64228 + H 64888
Коричневый теплый	64098	H 64228 + H 64888
Темно-красный	64778	H 64778
Красно-коричневый	64723	H 64723
Красный	64055	H 64776 + H 64778
Алый	64103	H 64776 + H 64778

Деколируемый образец изготавливался в следующей последовательности.

1. Подготовительные операции.

Для удаления масляных и других органических загрязнений медная заготовка подвергалась термическому обезжириванию и одновременно снятию внутренних напряжений металла в муфельной печи при температуре 700 °С в течение 1 мин.

Механическая очистка на крацовочных станках с использованием 3 %-го раствора поташа, способствовала удалению окалины, образовавшейся после термической обработки. Декапирование проводилось в 10 %-м растворе серной кислоты с последующими операциями промывки, нейтрализации и сушки.

2. Нанесение и обжиг эмали.

Эмалевый шликер наносился на оборотную сторону изделия и помещался в сушильный шкаф на 10 мин при температуре 70 °С. Равномерный обжиг образцов достигался при температуре 800 °С в течение 3 мин. После повторного травления на лицевую сторону изделия наносился шликер из мелкодисперсионного 0,1 мм эмалевого сырья, номенклатура, цвет и прозрачность которого представлена в табл. 2.

Таблица 2 - Цвет, прозрачность и номенклатура эмалей

Цвет	Прозрачность	Номенклатура
Красный	Опаковая	74
Черный	Опаковая	21
Зеленый	Опаковая	98
Желтый	Опаковая	4
Коричневый	Транспарантная	147
Темно-зеленый	Транспарантная	100
Голубой	Опаковая	28
Синий	Транспарантная	91
Транспарантный	Транспарантная	32
Белый	Опаловая	16
Белый	Опаковая	13

Затем изделия подвергались обжигу при температуре 800 °С в течение 3 мин. После обжига образовалась связанная, гладкая, блестящая поверхность без трещин, пор и вздутий.

На эмалевые поверхности наносили увлажненные деколи. Затем образцы подвергали сушке в помещении при температуре 20 °С в течение 2 часов.

Экспериментальные исследования проводились в существующем диапазоне температур для выбранных материалов от 750-880 °С. Диапазон температур выбирался между двумя крайними точками допустимых температур для данного вида сырья. Рекомендованный производителем диапазон температур для деколей составлял 780-880 °С, эксперимент проводился с интервалом температур 50 °С. Однако минимальная точка впекания краски в поверхность для данных эмалей составляет 750 °С. Поэтому были установлены следующие температуры обжига деколей для исследования: 750, 780, 830 и 880 °С. Деколи обжигались в течение 1,5 мин.

Третья глава диссертации «Решение задач цветового проектирования трансферов на эмалевых поверхностях» посвящена оценки яркости образцов, насыщенности цвета и цветового тона. Измерения проводились с помощью спектрофотометра фирмы GretagMacbeth Spectrolin» (геометрия измерения 45° / 0°) при источниках освещения А и D65, угле наблюдения 2°, без фильтра. Перед измерениями спектрофотометр был откалиброван относительно белого стандарта. Выбор угла наблюдения 2° соответствует рекомендациям Международной комиссии по освещению (МКО) и обусловлен тем, что измеряемые образцы деколей, как и ювелирные изделия, для которых они предназначены, имеют малый угловой размер.

Выбор источников освещения был продиктован тем, что ювелирные изделия рассматриваются обычно при дневном или комнатном освещении. Как известно, дневной свет наиболее точно воспроизводится стандартным источником D65, а комнатное освещение - источником А.

Для сокращения количества измерений координаты цвета определялись в независящей от цветности источника освещения колориметрической системе XYZ. Координаты цвета, определенные в системе XYZ, имеют и другую важную особенность - координата Y характеризует яркость измеряемого образца. Именно поэтому оценка яркости деколей производилась по величине их Y-координат.

Для изучения зависимости цветовых характеристик деколи от температуры обжига было изготовлено 10 групп пластин, по 60 пластин в каждой группе.

При этом в каждой группе по 15 пластин обжигались при температурах 750, 780, 830 и 880 °С.

На каждую пластину был нанесен набор деколей, номенклатура которых представлена в табл. 1. Размер участка деколи составлял 3Ч7 мм. Измерение цветовых характеристик деколей производилось на спектрофотометре с апертурой 3 мм, на каждом участке проводилось не менее трех измерений.

Для определения оптимальной температуры обжига, при которой максимально достигаются заданные цветовые характеристики, исследовали зависимость яркости образца от температуры. Измерения яркости Y проводили при температурах 750, 780, 830 и 880 °С. В качестве функции регрессии был выбран полином второго порядка, коэффициенты которого a, b и c определялись методом наименьших квадратов (рис. 1).

Изменение режима изготовления деколи влияет не только на яркость, но и на цвет покрытия. В качестве характеристик последнего были выбраны координаты цветности в колориметрической системе LCh: цветовой тон (h) и насыщенность (С).

Для определения оптимальной температуры обжига, позволяющей максимально получать заданные цветовые характеристики деколей, исследовали зависимость насыщенности цвета (С) и цветового тона (h) от температуры обжига. Измерения проводили при температурах 750, 780, 830 и 880 °С (табл. 3).

Рисунок 1 - Зависимость яркости на белой эмали от температуры обжига деколи 64447 зеленый мох: Y - яркость образца

Результаты исследований подвергали математической обработке. В качестве функции регрессии был выбран полином второго порядка

,

где a, b, c - коэффициенты полинома второго порядка.

Коэффициенты a, b и c определяли методом наименьших квадратов. При проведении эксперимента в качестве фактора оптимизации использовали температуру обжига, а в качестве критериев оптимизации - цветовые характеристики.

На рис. 2 приведена функция регрессии для деколи 64030 кобальт синий.



Рисунок 2 - Зависимость насыщенности деколи 64030 кобальт синий на белой эмали от температуры обжига: С - насыщенность

Уравнение регрессии имеет следующий вид:

,

где t - температура обжига, °С.

Таблица 3 - Изменение цветового тона (h) и насыщенности (C) деколей в результате термической обработки при температурах 750, 780, 830 и 880 оС

Номенклатура деколи	Температура, оС
	750	780	830	880
	С	h	С	h	С	h	С	h
64030 кобальт синий	39,66	-1,35	42,66	-1,32	39,45	-1,32	31,84	-1,34
64201 темно-синий	20,49	1,27	20,78	1,31	17,72	1,12	14,27	0,67
64115 королевский синий	49,37	-1,40	51,14	-1,40	52,84	-1,36	53,74	-1,32
64014 голубой	21,76	1,18	22,79	1,26	22,81	1,25	19,81	1,06
64266 сине-зеленый темный	17,26	0,03	15,66	0,20	21,69	-0,33	29,71	-0,73
64150 темно-зеленый	25,75	-0,10	23,01	-0,01	31,06	-0,31	40,34	-0,61
64418 сине-зеленый	43,69	0,12	42,70	0,18	43,57	0,05	46,51	-0,22
64447 зеленый мох	37,80	-0,44	35,62	-0,43	36,76	-0,40	40,41	-0,43
64023 желтый	60,90	1,52	57,88	1,51	57,60	1,54	55,58	-1,54
64058 оранжевый	72,76	1,41	79,15	1,41	66,82	1,40	48,45	1,48
64190 светло-коричневый	38,71	1,20	38,88	1,18	38,57	1,21	44,88	1,39
64098 теплый коричневый	31,73	1,23	29,91	1,23	40,69	1,45	56,98	-1,55
64186 коричневый	26,87	1,40	26,47	1,42	37,30	-1,53	51,43	-1,43
64218 темно-коричневый	29,26	1,35	28,82	1,36	35,92	1,49	54,33	-1,45
64804 черный	21,01	22,29	14,55	15,32	28,37	30,33	34,79	37,56
64103 алый	73,98	0,74	73,71	0,74	56,63	0,68	33,89	0,77
64055 красный	53,74	0,62	53,99	0,62	36,81	0,59	18,79	0,91
64723 красно-коричневый	37,75	0,74	38,64	0,73	32,31	0,76	21,80	0,97
64778 темно-красный	47,37	0,55	49,59	0,56	36,57	0,52	17,75	0,85

Изменение цветового тона и насыщенности деколей с повышением температуры обжига на графиках равноконтрастного цветового пространства МКО в полярных координатах C, h представлено для оранжевой деколи 64058 (рис. 3).

На рис. 4, а и б показаны соотношения насыщенности цвета (С) деколей при различных температурах обжига. Из рис. 4, а видно, что уже при 780 °С 42 % деколей теряют свою насыщенность, следовательно, повышать температуру до 780 °С нежелательно.

Рисунок 3 - Изменение цветового тона (h) и насыщенности (C) деколи 64058 оранжевой от температуры обжига

Анализ результатов исследования показал, что изменение цветовых характеристик изделий при обжиге наиболее точно отражают две величины -насыщенность и яркость, принятые в виде критериев при определении оптимальной температуры обжига, равной 750 °С. При этом яркость дает завышенную оценку для температуры 780 °С, а насыщенность наиболее точно отражает изменение цветовых характеристик и может быть использована на практике для определения температуры обжига, при которой максимально достигаются заданные цветовые характеристики деколей.

Рисунок 4 - Соотношения насыщенности (С) цвета деколей при различных температурах обжига: 1 - 750; 2 - 780; 3 - 830 и 4 - 880 °C ; а - минимальные значения насыщенности: 1 - 11; 2 - 42; 3 - 5; 4 - 42 %; б - максимальные значения насыщенности: 1 - 10; 2 - 32; 3 - 5; 4 - 53 %

Результаты исследований показали возможность разработки практических методик, позволяющих получать заданные колористические свойства декоративных эмалевых покрытий и управлять этим процессом.

На основе проведенных экспериментов создана база данных для двухслойных покрытий изделий, образованных исследуемыми деколями и ювелирными эмалями по цветовым характеристикам при температуре обжига 750 °C. Изменение коэффициента отражения в зависимости от длины волны при эмалевых подложках различных цветов представлены на примере голубой деколи 64030 (рис. 5).

Выявлены две группы деколей на основе коричневых и зеленых цветов, которые оказывают влияние на толщину эмалевого покрытия. Определение толщины покрытия осуществлялось электромагнитным толщиномером.

Рисунок 5 - Изменение коэффициента отражения голубой деколи 64030 в зависимости от длины волны при подложках разного цвета при температуре 750 °С: B - зеленый; C - желтый; D - темно-зеленый; E - коричневый; F - транспарантный; G - красный; H - черный; I - голубой; J - синий

При температуре 750 °С толщина всего покрытия составляла 0,60 мм; при температуре 780 °С в области теплой коричневой 64098, коричневой 64186, темно-коричневой 64218 и черной 64804 деколи (группа 1) толщина покрытия равномерно изменилась до 0,55 мм; при температуре 830 °С для группы 1 толщина покрытия составила 0,5 мм, а в области сине-зеленой темной 64266, темно-зеленой 64150, сине-зеленой 64418 деколи и деколи зеленый мох 64447 (группа 2); при температуре 830 °С толщина покрытия составила 0,57 мм; при температуре 880 °С толщина покрытия в области деколей группы 1 составила 0,45 мм, группы 2 составила 0,52 мм (рис. 6).

Анализ результатов исследований показал, что температура обжига 780 °С деколи группы 1 и 830 °С деколи группы 2 приводит к браку изделия в виде изменения толщины эмалевого покрытия. Это происходит из-за повышения смачиваемости эмали и уменьшения поверхностного натяжения для деколей группы 1 и 2, что приводит к растекаемости эмали по металлической поверхности и уменьшению ее толщины.

Данные результаты подтвердили правильность выбранной температуры обжига 750 °С для деколей серии H64.

Рисунок 6 - Изменение толщины покрытия в области деколей: группа 1 - 64098 теплый коричневый, 64186 коричневый, 64218 темно-коричневый, 64804 черный; группа 2 - 64266 сине-зеленый темный, 64150 темно-зеленый, 64418 сине-зеленый, 64447 зеленый мох

Эксперимент на взаимодействие деколи на основе кадмиевых красок (64103 алый) с деколями синего, желтого и зеленого цвета (64115 королевский синий, 64023 желтый, 64447 зеленый мох), определил их совместимость. Изменение размеров периферийной зоны между деколями определяли посредством оптической микроскопии. Варьировался порядок нанесения деколей. В первом варианте на деколь 64103 наносили деколи 64115, 64023 и 64447, во втором - деколь 64103 наносили на деколи 64115, 64023 и 64447, после чего деколи обжигались при температурах 750, 780, 830 и 880 °С.

Результаты эксперимента выявили, что при температуре 750 °С контур деколей остается стабильным. При температуре 780 °С заметны искажения периферийной зоны, причем при контакте с деколью 64447 деколь 64103 приобретает тенденции к сжатию независимо от последовательности наложения. Это происходит за счет разницы в коэффициентах смачиваемости, а при контакте с деколью 64115 деколь 64103 в первом варианте имеет тенденции к растекаемости, во втором варианте - к сжатию. С возрастанием температуры установленные тенденции увеличиваются и при 880 °С достигают следующих значений: на деколи 64447 деколь 64103 сжимается на 0,5 мм, на деколи 64115 деколь 64103 в первом варианте растекается на 0,4 мм, во втором варианте сжимается на 0,3 мм. При контакте с деколью 64023 периферийная зона остается стабильной при температурах 750, 780, 830 и 880 °С (рис. 7).

По полученным результатам можно сделать вывод, что кадмийсодержащую деколь 64103 следует наносить в два слоя с деколями 64115, 64023, 64447 в любой последовательности и подвергать обжигу без искажения периферийной зоны при температуре 750 °С.

Результаты исследования выявили факторы, позволяющие изменять цветовые характеристики в процессе деколирования.

Рисунок 7 - Тенденции периферийных изменений кадмиевой и бескадмиевых деколей при различном порядке их нанесения на белой эмали при температуре 780 °С: 1 - 64447 зеленый мох; 2 - 64014 королевский синий; 3 - 64023 желтый; 4 - 64055 алый. Ряд А - первый слой алая деколь; ряд Б - второй слой алая деколь

В четвертой главе «Влияние технологических параметров нанесения трансферов и двухкомпонентных компаундов на цветовые характеристики покрытий» рассматривались экспериментальные исследования по технологическим и физико-химическим параметрам методики деколирования двухкомпонентных компаундов. Для проведения эксперимента изучались двухкомпонентные холодные эмали на основе продуктов полимеризации дифенилпропана, соединений с фенольными группами и эпихлоргидрина, а также на полиуретановой основе.

С целью исследования цветовых характеристик безобжиговых трансферов эксперимент проводили на эмали с эпоксидной основой Cavallin (F. lli Cavallin, Италия). Основными критериями выбора были ее физико-технологические и химические свойства, такие как высокие значения адгезионной прочности, отсутствие летучих паров при отверждении, способность отверждаться в широком температурном интервале от -20 до 200 °С, в слоях любой толщины, незначительной по сравнению с другими термореактивными полимерами усадкой, химической стойкостью к действию агрессивных жидкостей, атмосферостойкостью, хорошей окрашиваемостью и совместимостью с другими материалами, в частности, лаком L 414 Heraeus и красками LC - 41 Color, PG - 40 Black, Canon.

Отверждение эпоксидных смол может происходить в результате поликонденсации с полифункциональными соединениями - катализаторами, или в процессе ионной полимеризации по эпоксидным группам. В качестве катализаторов используются амины (алифатические и ароматические), дикарбоновые кислоты и их ангидриды, кислоты Льюиса, третичные амины, комплексы трифторида бора и др. В эксперименте применялись аддитивно смешанные катализатор Cavallin 9085 и белая опаковая эмаль CO. 9002, в соотношении 100/40, которые наносились при помощи пневматического диспенсера на медную металлическую основу марки М1, толщина покрытия составляла 1 мм. Сушка проходила в низкотемпературной печи с принудительной конвекцией при температуре 60 °С в течение 45 мин.

Далее на эмаль переносили печатное изображение посредством трансферной технологии, изготовленное следующим образом: на гуммированную бумагу, покрытую слоем декстрина, наносили изображение бесконтактным способом печати, применяя краски для струйной печати LC - 41 Color, PG - 40 Black, Canon и покрывали safe-лаком L414 Heraeus.

Для фиксации трансфера на эмалевом покрытии верхним слоем наносили аддитивно смешанные катализатор Cavallin 9085 и бесцветную прозрачную эмаль TR. 9005 в соотношении 100/40.

Методика проектирования свойств безобжиговых деколей во многом зависит от качества печати и требует полиграфических решений. Управление цветом может проходить на предпечатной подготовке, калибровке оборудования и прочих этапах, описанных в специальной литературе.

Сравнительный анализ проведенных экспериментов выявил значение контура safe-лака, который должен совпадать с внутренним контуром декорируемого изделия, так как при изготовлении ювелирных украшений с использованием двухкомпонентных компаундов исключается операция обжига, следовательно, выгорания органических компонентов.

В результате проведения эксперимента были установлены технологические особенности методов печати и нанесения трансфера на холодные эмали, влияющие на цветовые и качественные характеристики покрытий. Эксперименты подтвердили предположение, что подогрев образца во время сушки изделия до 60 °С не влияет на цветовые характеристики трансфера.

В пятой главе «Методика практического применения трансферных технологий» рассмотрены методики практического применения трансферных технологий в проектировании ювелирных украшений.

Описаны возможности и закономерности моделирования ювелирных изделий посредством систем прототипирования на основе программного обеспечения - 3D Max, Art Cam, Rinoseros, SolidWorks, Auto Cad, Maya Personal, с учетом известного спектра техник эмалирования, таких как перегородчатая эмаль (cloisonne), выемчатая эмаль (champleve), эмаль по рельефу, витражная эмаль (plique-a-jour) и эмаль по основе.

Среди перечисленных техник следует выделить эмаль по основе, так как при проектировании ювелирных изделий с эмалью по основе необходимо учитывать наличие кастовых систем крепления эмалевой вставки. Это могут быть глухие и царговые касты с перфорацией, ажурные крапановые касты, позволяющие не допускать деформационных процессов эмалевой вставки при ее креплении в изделие.

Далее рассматривались принципы моделирования форм при помощи аддитивных технологий (Additive Fabrication, AF) по принципу наращивания материала и неаддитивных на примере фрезерно-гравировального оборудования. Для создания мастер-моделей в системе AF могут использоваться жидкие, порошковые, нитевидные полимеры; литейные воски; листовые материалы - металлопрокат, бумага, ПВХ-пленка; гипсовые композиции; плакированный литейный песок и ряд других материалов. Исследованы методы создания мастер-модели в следующих системах:

SLA - Stereo Lithography Apparatus, стереолитография;

SLS - Selective Laser Sintering, селективное лазерное спекание;

MJM - Multi Jet Modelling, построение модели путем нанесения расплавленного литейного воска или акрилового фотополимера с помощью многосопельных головок;

PSL - Plastic Sheet Lamination, построение модели путем послойного склеивания ПВХ-пленки.

Макет для деколи может быть изготовлен из следующего перечня программ, включающих в себя программы редактирования растровых изображений: Adobe Photoshop, Corel Painter, Focus Photoeditor, Gimp, Ulead PhotoImpact, Wizard Brush и др. Программы редактирования векторной графики: Adobe Illustrator, Corel Draw, Corel Xara, Macromedia Freehand и др.

На основании рассмотренных возможностей и экспериментов, описанных в главе 2-4, был предложен перечень рекомендаций по разработке и внедрению трансферной методики в технологических процессах эмалирования в массовое производство ювелирных украшений. Методика имеет перспективу развития в ювелирной, сувенирной и бижутерийной промышленности, а также для производства объектов дизайна.

В шестой главе «Примеры реализации результатов исследования» рассмотрены примеры ювелирных изделий, выполненные с применением разработанной методики, внедренные с положительным эффектом в промышленное производство. Разработаны эксклюзивные и тиражные ювелирные украшения, колористические решения которых построены на сочетаниях отдельных цветов или цветовых множеств, с применением драгоценных и цветных металлов. Изделия экспонировались на выставках и биеннале современного искусства.

На Московской Международной ювелирной и часовой выставке «Ювелир» (Сокольники, Москва, 2006) была представлена серия колец «Улей», созданная с использованием технологии нанесения керамических красок на горячую эмаль. Коллекция получила диплом в номинации костюмные украшения. Также изделия экспонировались в рамках ювелирной выставки «Ярославль. Отражением в сердце» (выставочный зал им. Нужина, Ярославль, 2007), на Международном конкурсе молодых дизайнеров ювелирных украшений «Образ и форма» (РЭМ, СПб., 2007) и др.

Работы опубликованы в журналах и каталогах современного искусства.

Материалы и результаты исследования использовались в учебном процессе в курсе «Специальные технологии» (специальность «Технология художественной обработки материалов»).

В заключении отражены основные результаты работы, сформулированы общие выводы и перспективные направления развития темы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Теоретически и экспериментально подтверждена эффективность применения трансферного метода для создания цветных покрытий на эмалевых поверхностях ювелирных изделий.

2. На основе комплексного анализа влияния температуры на цветовые характеристики деколей и оптимизации технологических параметров процесса деколирования доказана возможность получения покрытий с точным воспроизведением заданного цвета.

3. Определена оптимальная температура (750 °С) обжига деколей на эмалях. При этом установлено, что изменение их цветовых характеристик в данном процессе определяется показателями яркости и насыщенности, первый из которых преимущественно оценивает цветовой результат при температурах выше 780 °С, а второй наиболее точно отражает изменение цвета и может быть использован для определения температуры обжига, при которой максимально достигаются колористические показатели эмалевых покрытий.

4. Выявлены две группы деколей на основе коричневых и зеленых цветов, оказывающих влияние на толщину эмалевого покрытия. Отмечено, что для первой группы деколей на основе коричневых цветов изменение толщины покрывного слоя происходит при 780 °С, а для второй - при 830° С.

5. Показано, что кадмийсодержащую деколь (64103) можно наносить в два слоя с другими деколями (64115, 64023, 64447) в любой последовательности и подвергать обжигу при 750 °С без искажения периферийной зоны. Отмечено, что при проведении процесса обжига при 780 °С наблюдаются периферийные изменения кадмиевых и бескадмиевых деколей при их различном нанесении на белую эмаль.

6. Создана база данных цветовых характеристик для двухслойных покрытий, образованных исследованными деколями и ювелирными эмалями при условии проведения процесса обжига при 750 °С.

7. Установлено, что прогрев образцов на основе исследованных двухкомпонентных компаундов до 60 °С в процессе сушки ювелирных изделий не оказывает влияния на цветовые характеристики трансфера.

8. На основании проведенных исследований даны рекомендации по разработке, применению и внедрению трансферного метода для технологических процессов эмалирования при производстве ювелирных изделий, высокая эффективность которого подтверждена результатами производственной апробации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

Статьи в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК РФ

1. Агалюлина, Ю. К. Исследование керамических пигментов на эмалированной поверхности [Текст] / Ю. К. Агалюлина, Л. Т. Жукова // Дизайн. Материалы. Технология. - 2009. - № 4 (11). - С. 31-32.

2. Дмитриев, В. А. Об историческом значении грузинских средневековых эмалей [Текст] / В. А. Дмитриев, Ю. К. Агалюлина, Л. Т. Жукова // Дизайн. Материалы. Технология. - 2009. - № 3 (10). - С. 66-68.

Статьи, опубликованные в сборниках научных трудов

3. Агалюлина, Ю. К. Виды брака, причины появления и способы его устранения в технологии горячего эмалирования [Текст] / Ю. К. Агалюлина, Л. Т. Жукова // Сб. докл. XIV Международ. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск: ТПУ, 2008. - С. 459-461.

4. Агалюлина, Ю. К. Оптимизация технологии эмалирования металлических поверхностей [Текст] / Ю. К. Агалюлина, Л. Т. Жукова // Дни науки: Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической пром-ти. - СПб.: СПГУТД, 2008. - С. 483-490.

5. Агалюлина Ю. К. Исследование свойств керамических красок на силикатных поверхностях [Текст] / Ю. К. Агалюлина, Л. Т. Жукова // Сб. докл. XV Международ. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии». - Томск: ТПУ, 2009. - С. 369-371.

6. Агалюлина Ю. К. Исследование основных факторов изменения колористических показателей эмалевой миниатюры [Текст] / Ю. К. Агалюлина, Л. Т. Жукова // Дни науки: Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической пром-ти. - СПб.: СПГУТД, 2009. - C. 330-334.

7. Агалюлина Ю. К. Технология и виды горячего деколирования в силикатной промышленности [Текст] / Ю. К. Агалюлина, Л. Т. Жукова, А. К. Гуделайтис // Дни науки: Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической пром-ти. - СПб.: СПГУТД, 2009. - C. 316-319.

8. Агалюлина Ю. К. Моделирование ювелирного гарнитура для особых торжеств [Текст] / Ю. К. Агалюлина, Л. Т. Жукова // Дизайн. Теория и практика - М.: МГУПИ, 2009. - С. 57-80.

Размещено на Allbest.ru