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油墨和流变学(十三)
集萃印花网  2009-11-18

    【集萃网观察】墨膜的分离速率比较高时,破裂点的墨丝就比较短,显然,墨膜的分离也可看作是物质的分裂。实际上,墨膜的分离并不是由于流体的流动所造成的,而是由于油墨这个流体物质的弹性破裂。

    可以看出,油墨的流变张力特性是与它的粘性和粘弹性有关的。例如在试验中,因为在夹缝中的压力最大,故具有比较大的层剪切,油墨在这种剪切下通过夹缝并拉成细丝而分离,在辊子上的拖曳(即形成条状)现象则是由于在夹缝中心的粘剪切的综合阻抗,以及先前分离的细丝的粘弹性的延长作用所形成的。

    所谓弹性,就是指物体抵抗引起形变的外力,并在外力消失后回复至原状的能力。如果物体能完全回复原状,那它就叫做弹性体,如果物体只能部分地回复至原状,那它就叫做塑弹体或粘弹体。   

    粘弹性是高分子材料力学性能的一个重要特性,可以理解,浆状油墨也是具有这种特性的。我们知道,理想的弹性固体服从虎克定律,即在形变很小时,应力正比于应变,而理想的粘性液体则服从牛顿定律,即应力正比于应变速率。

    我们知道,高分子材料的力学行为强烈地依赖于温度和外力的作用时间,在外力作用下,高分子材料的形变性质介于弹性材料和粘性材料之间,应力可以同时依赖于应变和应变速率。这就是说它兼有固体的弹性和液体的粘性两方面的特性,这就是所谓的粘弹性。如果粘弹性的这种组合是由服从虎克定律的理想固体的弹性和服从牛顿定律的理想液体的粘性所组合的,则就称之谓线性粘弹性,反之,则就叫非线性粘弹性。

    所谓蠕变就是指在恒定的应力作用下,测量物体的形变随时间的变化。在一定的温度、湿度和应力的持续作用下,物体的形变随时间逐渐发展(变化)而最后达到平衡。与蠕变相对应的则就是应力松弛。它是将一种应力作用于物体上,使物体瞬时产生一定的形变,然后维持此应变不变即维持应变为一阶梯函数的情况(可以看到为了维持此应变所需的应力随时间而变化)。一般说,刚发生应变时所需的应力最大,然后应力逐渐降低,对线型高聚物而言,在足够长的时间里,应力能衰减至零。而对交联的高聚物而言,在足够长的时间里,应力只能衰减到一个有限值。

    一般地说,物体的形变也有两种情况,即(1)可逆的叫弹性形变,(2)不可逆的叫永久形变或塑性形变。如果物体的形变值不仅与所加的外力有关,同时又与时间有关,这就涉及到形变的松弛性了。这样,弹性体回复到原状就可能需要很长时间。

    虎克定律指出:任何一种弹性体都只能在一定限度的应力以下才能显出其回复原状的能力,这种一定限度的应力就叫做弹性极限。当外力在物体内引起的应力大于弹性极限时,物体便开始发生塑性形变。但即使是在弹性形变范围的限度之内,应力和形变(相对伸长或剪切角)之间的关系也是十分复杂的,而时间(松弛)的影响则使这种关系更加复杂。不过对于物体小的形变来说,它们之间的关系还是服从虎克定律的,即形变值与所加的应力成正比:

            σ=Es                                                               (2)

    式中:σ=应力,

                 s=相对伸长,即伸长度与物体原长之比值,

                 E=物体的弹性常数,也叫杨氏模数或弹性模数。

    可以看出,虎克定律中没有时间因数,故它只适用于对松弛现象不起作用的物体。

    如果加于物体上的不是拉伸的应力而是剪切应力t,并且引起了剪切形变ψ,则虎克定律就成:

          t=Gψ                                                                (3)

    式中:G=剪切模数。

    弹性模数因为是形变和应力之间的比例常数,故与形变值无关。

    以上这些概念说明,松弛时间长则弹性感应高,油墨丝容易回抽而不易粘附在承印物(如纸张)上。致使粘附力分裂(例如在金属上出现针孔,在纸张上呈现凸起的绒毛状)。松弛时间短是与弹力的放松有关的,所以当拉丝时油墨是处于比较粘的状态下的。墨丝在断开以前会拉成长丝,因为它没有储存的弹性,故不可能很快抽(缩)回去形成平滑的印刷表面,而是形成悬浮微粒飞入大气中,造成飞墨。同时,由于高粘度的油墨丝在分离后流动性比较差,故亦可能使印品造成斑点。

    我们知道,墨膜对力感应的基础是长链的高分子有机化合物(连结料部分)。当然,油墨中的颜料和其它物质等也是会对力发生影响的。由于力的松弛机理像粘形变一样,它包括同型的分子运动,故出现颜料和其它物质时,由于引力,位阻效应或其它机理等的原因也会影响力的松弛作用。

    对于一定的油墨来说,在剪切时粘度和弹性会以相同的比例变化。这是因为粘度和弹性是包括在粘性中的。故粘度与粘性成比。

    显然,松弛时间对油墨的流变性来说是个很重要的参数。

    来源: 卓创资讯化工网  

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