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油墨和流变学(十一)
集萃印花网  2009-11-18

    【集萃网观察】4、油墨在印刷机上的流动情况。

    一般地说,油墨在印刷机上有三种不同的流变性要求,这是因为在印刷过程中有三个不同的相态之故。第一相就是油墨由墨斗向印刷机输送(Transport),第二相是油墨在印刷机墨辊上的分配(Distribution)作用,第三相是油墨从版面转移(Transfer)向纸上的情况。这三个相我们经常笼统地把它们说成是油墨在印刷机上的传递作用。  

    (1).输送相。这个过程基本上有两种情况:一种是比较稀的油墨(例如新闻轮转油墨等)用泵自储槽中打(输送)至印刷机上的墨斗内,第二种就是油墨(尤其是比较稠的油墨)从墨斗中向印刷机上输送的问题。在这两种情况中,都涉及到油墨流动性的内容,如果油墨的流动性不好,则(a)油墨很难用泵自储槽中打上来,(b)油墨不易从墨斗中下墨。

    如果油墨的触变性太大,屈服值太大,粘度太小,丝头太短等等,这些情况的综合,必然是流动性太差,这样,油墨从墨斗中下墨的情况必然是不理想的。下墨情况的好坏还与油墨的流平性有关,这是因为油墨在墨斗中和油墨接触的墨辊的转速是很慢的,因而油墨基本上是处于很低的剪切应力下(现代的高速印刷机大多装有墨斗自动搅拌装置,则这种现象就不存在了),它接近于油墨流平性的流动条件,也就是说基本上是靠油墨本身的流动和铺展性能-依靠油墨的重力而水平地流出。所以,要求油墨有比较小的屈服值并几乎没有触变性。例如:对大多数油墨来说,当临界屈服值为4000达因/厘米2(以拉雷粘度仪测定的数据)时,流动性与屈服值是有直接关系的。但如触变性很大时,即使屈服值很低,油墨也不会流动。所以,这类油墨的流动性可以用屈服值和触变性指数来说明,如当屈服值为4000达因/厘米2,触变指数为主1.6(以静置时间-剪切应力峰值图法测得)时,流动是很好的,但如触变指数增加,则流动性能下降,当触变指数大至3.2时,油墨就失去流动了(屈服值的大小已失去意义)。

    所以,测定油墨的塑性粘度和屈服值是无法估计油墨的流动性能及印刷性能的,但是,从触变指数和屈服值两个参数却可以看出一些油墨流动性能的问题来,其中以触变性为更重要。

    油墨在墨斗中下墨情况的好坏,是可以通过油墨在墨斗中的现象观察到的。流动好的油墨在墨斗辊转动时它也会跟随转动,情况差一些的,则只有靠近墨辊处的油墨跟随转动,下墨情况不好时,油墨与墨辊会完全脱(离)开。

   (2).分配相。就是油墨在印刷机墨辊上的分配(布)情况,即油墨由橡皮辊传送至金属辊,再由金属辊传送至橡皮辊等等的情况。应当看到,油墨在印刷机墨辊系统上受到的剪切应力是并不连续的,由于墨辊的振动,故也会出现一定的径轴向剪切。

    在印刷机的墨辊系统上,油墨所受到的剪切应力是非常高的。根据从油墨粘性仪数据计算的基础来看,如果加上塑性墨辊的形变能在内,从一个墨辊向另一个墨辊传递的过程中,油墨中的粘度为174泊,每一立方厘米的油墨能吸收2.6-109尔格/秒的能量。

    一部分能量是用以分离油墨膜的,另一部分则用以破坏油墨中的颗粒结构,这是印刷机分配系统的重要功用。大部分能量则被转变为热能而消耗掉了。

    想对油墨所受到的剪切应力进行精确的估计虽然比较困难,但在转速为400转/分时,其数值约为107达因/厘米2。由于剪切是不连续的,且接触面(指墨辊间的接触面)一般不会超过总面积的5%。故有可能使油墨中颜料颗粒结构重建的情况。当然,对一个满意的油墨来说,在几秒钟内颜料颗粒结构重建的情况是不大可能出现的。这种情况只有在油墨的屈服值很大时才会出现。

    如果油墨组分中固体含量比较高,则在高剪切应力下就容易产生胀流现象,从而降低流动性能,最后导致油墨堆积在墨辊两端,形成堆版。   

    油墨不仅要润湿橡皮辊,而且还要很好地润湿金属辊,如果不能达到这些目的,则必然会导致分配不良。此外,油墨对每一根墨辊的传递必须适当,这就是说只有当每一个传递将墨膜分离成相等厚度时才能达到,即相当于50%的传递。如果在一定的转速下油墨粘度太高,则传递一定不会满意,一般的情况是传递的墨量比较少,结果造成印版上的油墨不足。所以,在一定的转速下,分配相中油墨的粘度一般在上限即可,不可太大。

    (3).转移相。油墨从版面向纸上转移(传递)的过程中,要求有一系列有意义而复杂的流变性能。

    显然,油墨的转移(传递)过程是比较复杂的。假设有两个表面涂以油墨的光滑金属辊互相对着转动(圆周速度相等),并且油墨单位面积的厚度为x,长度为L。在通过辊隙之前,根据传递平衡条件,每单位面积的乘积(X×L)是相等的,如果由于墨辊转动,油墨不断向辊隙方向流动,因h,所以单位面积的厚度x就减少了。墨层的表面就处于拉紧状态。

    可以看出,从h1=x起,在油墨内部形成了一种导致单位面积变形的压力,越靠近辊隙则压力越大。这种变形也使每一个油墨微粒产生了不同的速度,这样就产生了一个速度差的问题,在辊隙间距最小的h处,速度差最大,当墨辊表面在h2部位开始分离时,速度差便减小。辊隙间的速度差(以频率单位赫兹计)为1024至105秒-1之间,其剪切应力约为107达因/厘米2。

    油墨在临界层(即油墨与墨辊之间产生粘附力处)的流动速度与墨辊的圆周速度是相等的。在辊隙中间,即在1/2h处,油墨的流动速度大于墨辊的圆周速度。其速度分布呈抛物线状。。而在墨辊间隙的分离点h2处,由于油墨不再受到剪切应力的影响,所以速度又恢复到平稳的状态,这时,油墨的单位面积也恢复到原来的状态,在没有剪切应力的情况下,在低速时油墨就形成一种圆弧形。

    如果圆周速度相当大,则就会出现所谓“空化”现象,使油墨中产生气泡。这种气泡在辊隙的分离点处开始膨胀,这种空化气泡的膨胀随着气泡周围油墨的径向和切线方向一起流动。每个气泡相互聚合起来,变成大的气泡,最终因相互冲击而破碎。当分开的油墨层不能承受大气压力时,就会出现这种现象。因此,由于气泡破裂所产生的墨丝,可随辊面继续分开而拉长,直到墨丝所承受的应力达到最大限度,致使墨丝在某一个薄弱环节断裂。这时,墨层的分离过程以及由此而产生的油墨传递过程就告完成。在两个墨辊辊面上覆盖的墨层厚度就是最终的墨层厚度。

    通过墨辊或墨辊转动所传递的油墨量可以用墨层分离系数p来表示。它表示传递的墨层厚度与覆盖的墨层厚度的比值(在x1>x2的情况下)。

           p= x2传递厚度/x1传递厚度

    以两个表面光滑而不吸收材料制的墨辊只能传递供墨量的50%,这是已被实验所证明的。因此,墨层分离系数p近似1。

    可以看到,即使在圆周速度相等的情况下,在弹性辊与刚性辊之间的辊隙范围内,也会产生相对运动。此外,在墨丝进行分离的范围内也会产生这种相对运动。弹性辊的表面会使墨丝产生加速度,并使墨丝在靠近弹性辊的第一个脆弱的地方断裂。所以,油墨从弹性辊面向刚性辊面传递时,刚性辊上可始终保持50%以上的供墨量。

    印刷过程最主要的目的是复制与原稿尽可能相似的印刷品。在半色调印品的印刷中,由于每一个网点都是严格地从原版上复制下来的,所以能得到比较理想的印刷品。而在高速的凸版印刷中,印迹是在60公斤/厘米2(毫秒)的压力下压印于纸上的,在这样大的压力下,有一部分油墨将受压而挤出线条之外,造成印迹中间的墨量比较少而边缘部分却堆积比较多的油墨,形成点线的扭弯,使线条不真。

    以铅印在粗糙的纸张上印刷时,常常出现不规则的点线,这是由于油墨的粘性太小;抗形变的能力比较差之故。

    塑性粘度大的油墨其印迹就不易平实,尤其是屈服值也高时,因它不能将底层铺平。而屈服值和粘度小的油墨就比较容易铺(流)平纸张的不规则平面。但是,屈服值高、粘度大的油墨其印刷品网点比较好。

    显然,油墨的转移传递过程只有当版面离开纸张时才算结束。这个过程当然是使墨膜分离的过程,由于油墨的粘性,所以墨膜分离时作用在纸上的力是很大的。如果油墨的粘性过大,纸张就有破裂的可能或引起拔纸毛现象。要避免这些弊病,油墨的粘性就不能太大,而这与前面提到的似乎有所矛盾,因为已经提及,一般地说,粘性是与粘度成正比关系的。所以,油墨在由版面向纸张的转移相中,它应具有比较高的抗形变能力而粘性应适当,使其能够用卷筒纸在高速下印刷而不拔纸毛。

    如果墨层的分离比例增加,则分离表面的力亦增加。印刷速度增加则油墨的粘性亦增加。故当印刷机的速度比较低时,油墨的粘性亦相应降低。由此可以看出,想得到理想的复制品,印刷机的速度应当低一些,而油墨的粘性则可以相应地大一些。

    有人认为在胶印印刷中,油墨由印版往橡皮布的转移率是50%,由橡皮布往纸上的转移率是76%,故实际转移到纸上的油墨是38%。在凸版印刷中,由印版往纸上的转移率是50—80%之间。

    还应当指出的一点是:油墨由版面向纸张转移传递的过程中,纸上的着墨效果与纸张的质量是有很大关系的。

    来源: 卓创资讯化工网 

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