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第四章油墨的传输和油墨转移InkTransfer 1 油墨传递的基本概念2 供墨系统3 给墨行程 分配行程 转移行程4 油墨转移方程5 油墨转移方程的参数的含义 影响因素 1 第一节 油墨传递和转移的概述 墨量的多少 供墨系统的性能 1 供墨系统的重要性 传递的稳定性 传递的均匀性 传递的墨层厚度 印刷品质量 2 2 供墨系统的类型 供墨系统的类型 长墨路供墨系统 短墨路供墨系统 胶印油墨的传递 凸印油墨的传递 凹印油墨的传递 照相凹版 柔印油墨的传递 3 Roland胶印机 3 长墨路供墨系统的结构 4 KBA胶印机 HeidelbergM600卷筒胶印机 5 4 短墨路供墨系统的结构 6 长墨路油墨行程 胶印 普通凸印 7 A 给墨行程B 分配行程C 转移行程 油墨转移 指油墨从印版或橡皮布向承印物表面的转移 8 输墨系统 由给墨 匀墨 着墨三个部分组成的机构或装置 9 系统组成 主要由墨斗 墨斗辊 传墨辊组成 一 给墨行程 1 给墨行程的组成 给墨行程是指油墨从墨斗传输到匀墨辊的过程 第二节油墨的传输 10 2 给墨行程的结构 墨斗辊 11 3 给墨行程的条件 性能良好的给墨装置 流变特性良好的油墨 12 3 给墨行程的条件 油墨的流变特性对给墨行程油墨传输的影响 过小 不易将一定厚度的油墨传输出来 粘度 过大 不下墨 13 4 给墨量的控制 给墨量一般由两个参数来控制 A 刮墨片与墨斗辊之间的间隙d B 油墨在墨斗辊上接触的弧度 假定印刷品的墨层厚度为 有 d c d 其中 C为一常数 主要与给墨装置的结构形式 尺寸有关 14 5 给墨性能分析 印刷机上给墨量的多少基本通过调节d的大小来控制 对于d而言 15 5 给墨性能分析 对于d而言 先进的胶印机上一般整个给墨系统分成了32个墨区来分别控制每一个墨区的墨量 16 5 给墨性能分析 分墨区控制墨量 17 5 给墨性能分析 对于 而言 有两个因素会影响其大小 一个是油墨在墨斗中的高度 一个是刮墨片的倾斜角度 印品墨层厚度随油墨高度的下降而下降 从而导致印刷品的密度下降 对于 而言 18 5 给墨性能分析 墨斗容墨量对给墨量的影响 19 5 给墨性能分析 印刷过程中一般要尽量使 维持稳定 现代印刷机之自动加墨系统 20 5 给墨性能分析 对于油墨而言 影响给墨量的因素主要是油墨的屈服值和油墨的触变性 21 高速印刷机的墨斗常配有自动搅拌装置 帮助油墨触变 经验表明 0 4 0 102Pa 触变指数 3 2 给墨顺畅 屈服值 过大 大于墨斗辊旋转所产生的剪切应力 不下墨 过小 失去塑性 油墨流泻 触变性 过大 墨斗辊旋转所产生的剪切力不能使油墨粘度有足够的下降 不下墨 印刷时 应勤搅拌墨斗中的油墨 22 6 轮转胶印机的给墨 与单张纸胶印机的区别 没有了传墨辊 快速的墨斗辊取代了慢速的墨斗辊 连续的供墨 由刮墨片完成供墨的多少 供墨一般要求较多 卷筒纸胶印机的速度快达15m s 而单纸胶印机只有5m s 卷筒纸胶印机纸张稍差 而单张纸胶印机纸张质量高 导致这种差别的原因 23 1 油墨分配系统 组成 串墨辊 起串墨作用 串动幅度0 40mm 匀墨辊 重辊 着墨辊 串墨辊 匀墨辊 起匀墨作用 重辊 增加墨辊之间的压力 着墨辊 主要承担向印版供墨靠版辊 二 分配行程 24 1 油墨分配系统 油墨分配行程的作用 A 改善油墨的流动性 B 使油墨分配均匀 25 2 油墨分配系统的性能指标 分配行程的匀墨性能采用匀墨系数来表示 用Kc表示 匀墨性能 Kc等于匀墨装置中所有匀墨辊的匀墨面积总和A匀与印版面积A版之比 N 墨辊的根数 Kc值越大 匀墨性能越好 一般要求Kc 3为好 L 墨辊的长度 Di 第i根辊的直径 Ai 第i根墨辊的匀墨面积 26 2 油墨分配系统的性能指标 分配行程的着墨性能采用着墨系数来表示 用Kd表示 着墨性能 设 着墨装置中所有着墨辊的着墨面积总和为A着 印版面积为A版 则 Kd值越大 着墨性能越好 一般要求Kd 1为好 L 墨辊的长度 Dj 第i根辊的直径 Aj 第i根墨辊的着墨面积 M 墨辊的根数 27 2 油墨分配系统的性能指标 分配行程的贮墨性能采用贮墨系数来表示 用Kg表示 贮墨性能 Kg等于匀墨系数Kc与着墨系数Kd Kg Kc Kd Kg的值越高 表示全部墨辊贮存的墨量越多 给墨系统自动调节墨量的性能也越好 从而保证了印刷品墨色一致 28 3 油墨分配系统中胶辊的粘弹性 分配行程中的墨辊采用软硬交替排列的方式 以减轻墨辊之间的振动 导致了胶辊的粘弹性变形 形成了胶辊的内耗 使胶辊老化 墨辊间的接触压力大 胶辊的温度升高 墨辊的直径增大 胶辊的温度升高 现在的印刷机上 墨辊数量较多 目的就是为了降低温度 供墨不稳 在所有的供墨辊中 串墨辊的温度升得最高 所以 串墨辊有冷却 29 卷筒纸胶印机 一般3根着墨辊 卷筒胶印机的墨辊数量多于单张纸胶印机 目的 多储存墨量 100 0 0型 第一根着墨辊100 供墨 剩余两根起匀墨作用 80 10 10型 第一根着墨辊80 供墨 剩余两根仅供10 并起匀墨作用 卷筒纸胶印机 新闻 有的只有2根着墨辊 4 卷筒胶印机油墨的分配系统 30 1 油墨在墨辊间的流动机理 油墨在辊隙间汇合 油墨开始分裂 在墨层内部形成 空核 空核 逐渐长大形成 空洞 空洞 形成的同时 油墨也被拉成丝 最终油墨断裂 分成三部分 从机理上看 一部分油墨仍保留在上一根墨辊上 另一部分油墨则传递到下一墨辊上 还有一部分油墨则形成 墨雾 第三节油墨在墨辊间的流动和分配 31 2 油墨在墨辊间的分配 A辊 B辊 设 有A B两辊 在理想的辊压状态下 则有 A B A B 1 2 A B 注意 我们讨论的问题的前提是理想状态 即 32 油墨分裂率 条件 a b c d 给墨辊 受墨辊 B A d b c d 在适当的压力下 墨辊间的油墨分裂处于稳定状态 任何墨辊间的油墨分裂率f 0 5 即分离在两个墨辊上的墨层厚度相同 c d a b 2 33 2 油墨在墨辊间的分配 设 供给印品上的墨量为100a 印版残余墨量为 0 7 6 100a 6 1 2 7 5 5 1 2 6 4 4 1 2 5 2 3 1 2 4 0 100a 2 1 2 3 1 1 1 2 2 0 0 100a 1 2 3 1 34 2 油墨在墨辊间的分配 1 0 50a 2 0 100a 3 0 150a 4 0 200a 5 0 300a 6 0 400a 7 0 500a 供墨系统从上到下 各墨辊上的墨量逐渐减少 7 0 500a 35 着墨率 把每根着墨辊向印版提供的墨量与所有着墨辊向印版提供的墨量之比 称为着墨率 对四根着墨辊 A组43 3 B组6 7 36 从墨斗辊到着墨辊 墨量逐渐减少 印刷过程中要减少停机次数 3 油墨在分配行程中的问题 印机在工作状态下 即合压状态 从墨斗辊到着墨辊 墨量相同 印机在非工作状态下 即离压状态 37 3 油墨在分配行程中的问题 墨辊的排列方式不同 油墨的分配不同 38 3 油墨在分配行程中的问题 a 传输系统 b 传输系统 39 a 着墨辊的压力调整 着墨辊的问题 3 油墨在分配行程中的问题 40 着墨辊的问题 b 着墨辊与印版开槽的碰撞 引起墨辊的振动 3 油墨在分配行程中的问题 41 着墨辊的问题 c 容易引起鬼影故障 现象 3 油墨在分配行程中的问题 42 4 输墨装置工作状态分析 若印版上的墨层厚度为 由印版转移到纸张上的墨层厚度是 0 则油墨传输系数 被定义为 43 上式表明 输墨装置第i环节上的油墨层的平均厚度 icp按上图 b 所示的直线规律变化 即印刷处于稳定状态时 输墨装置供给印版的墨量和转移到纸张上的墨量处于平衡 获得墨色均一的印张 44 印刷中途改变供墨量或开始印刷时 此时输墨装置转移到纸张上的墨量 需要经过一段时间 才能达到新的平衡 假定在 0内向纸张上转移了 0的墨层 它在稳定状态下相当于在印张上形成了一个新的墨层厚度 0 总的供墨量增加了 l 在任意时间tx内 在输墨装置第 根匀墨辊和串墨辊上 经过母线单位长度的单位体积的即时墨量Vx等于在相应于印版滚筒旋转一周 N 1 的 t过程中 其值等于所供给的油墨和转移到长度为 D 纸张上的油墨体积之差 即 45 N为印刷过渡持续的时间 46 为了克服这个缺点 印刷中途应尽量减少停印次数 此外 采用短墨路输墨装置 可以缩短停印后重新印刷 达到油墨转移稳定状态的时间 图3 15新式短墨路输墨系统 47 结论 1 各辊间墨分裂是以一定分裂率出现 2 墨层厚度依照墨辊传墨顺序 墨膜厚度出现递减 只有在印刷过程中存在这个梯度 非印刷状态辊上墨量趋于平衡 3 对于两根着墨辊的着墨辊系 第一组为向印版供墨 第二组的功能就是将墨进一步碾匀 弥补缺陷 48 第四节油墨的附着 油墨在纸张或其它承印材料上的附着 主要依靠所谓 机械投锚效应 和分子间的二次结合力一 机械投锚效应 与二次结合力1 投锚效应 承印材料表面凹凸 空隙2 二次结合力 原子或离子间的相互作用力叫化学键 也叫一次结合力 分子间的相互作用力叫分子的二次结合力 二次结合力要比一次结合力弱 分子间的二次结合力包括色散力 诱导力和取向力 49 图3 16分子间的二次作用力 50 二 油墨在纸张上的附着 纸张的主要成分是纤维素 胶料 填料等 油墨在纸张上的附着 既靠分子间的二次结合力 也靠油墨在纸张上的机械投锚效应 纸张为高能表面能吸附低能的油墨 松香分子结构 甘油三酸酯结构式 51 三 油墨在金属箔和高聚物薄膜上的附着 金属是平滑度很高 油墨的附着只能靠分子间的二次结合力 没有机械投锚效应 金属表面是高能表面 能较好附着油墨 聚合物薄膜材料 油墨的附着只能靠分子间的二次结合力 高聚物的表面是低能表面 油墨能否很好地附着 取决于高聚物表面的能量 图3 17固体的临界表面张力 52 第五节油墨转移过程的动力分析 一 油墨转移的力学模型h h0 x2 2Rdp dx p d2u dy2式中 p代表墨流中任一点的压力 单位Pa u表示该点沿x方向的速度 m s 是油墨的塑性粘度 单位P 如果仅考虑p随x的变化规律 且认为u与x无关而仅为y的函数 则式可写成墨流中的压力p 速度 剪切速率D的解析表示 将式逐次积分 得剪切速率D和速度u 油墨转移行程 主要是指从印版转移到承印物表面的整个过程 图3 18油墨转移的力学模型 53 54 印版与压印滚筒接触面的压力分布 印版与纸张间隙墨流的速度分析 55 二 油墨粘度的变化 粘主要比在中心线处的小10 印版与纸张间隙墨流的粘度变化 1 印版与纸张间隙墨流的粘度变化 2 56 三 墨流的分裂和转移 极性连结料和非极性连结料 核发生的几率是不相同的 非极性的聚丁烯和颜料之间的界面张力小 空洞在纸张方向产生的几率多 墨膜分裂后 留在纸张上的油墨量就少 空洞由 1 2 3 4 渐渐成长 至 4 时形成墨丝 57 印刷速度增加 空洞发生的数量随之增加 但由于空洞生长的时间变短 各个空洞的成长度变小 故在油墨转移层中 没有向版面方向 低粘度方向 充分成长的机会 使油墨层在靠近纸张的方向分裂 以致油墨转移率下降 表面粗糙的纸张 连结料被过滤的油墨层增厚 空洞在此范围内发生的几率大为增加 所以自由墨量在靠近纸张的部位分裂 油墨转移主下降 因此在相同的印刷条件下 印刷压力 油墨种类 机器型号 粗糙度大的新闻纸比平滑度高的铜版纸 印刷墨色浅淡 58 影响油墨转移的因素 一 承印材料与油墨转移二 印版与油墨转移三 机器结构与油墨转移四 印速与油墨转移五 印压与油墨转移六 流动性与油墨转移 59 1 油墨转移率与油墨转移系数 一 油墨转移过程中的墨量 油墨转移率是转移墨量y与印版墨量x的比值 用f表示 f y x 100 第六节油墨转移方程 油墨转移方程 描述油墨从印版或橡皮不向承印物表面所转移油墨量的关系方程式 60 第六节油墨转移方程 油墨转移方程 描述油墨从印版或橡皮不向承印物表面所转移油墨量的关系方程式 1 油墨转移率与油墨转移系数 油墨转移率是转移墨量y与印版墨量x的比值 用f表示 印前印版上单位面积的油墨量 印后承印物上单位面积的油墨量 一 油墨转移过程中的墨量 61 f y x 100 转移率曲线 C A B A 理论转移 B 塑料薄膜 金属箔 C 纸等吸收性材料 x y x 62 油墨转移系数是转移墨量y与印刷后印版剩余墨量x y的比值 用e表示 e y x y 100 x y AB A 理想B 实际 63 2 油墨转移量的分析 在理想情况下 f 50 即 y 1 2x 实际情况 主要原因 没有考虑纸张油墨的印刷适性和印刷的条件 64 3 墨量的测定与印刷适性试验机 AIC2 5型印刷适性试验机结构图 65 1 油墨转移方程的建立 二 W F油墨转移方程 油墨转移方程是美国人沃尔克和费茨科于1955年提出的 设 单位面积的纸面上与油墨接触的面积为F x 则0 F x 1 设 油墨接触的纸面的单位面积内获得的墨量为Y x 单位面积的纸面上得到的转移墨量为y x 则y x F x Y x 机械投锚的油墨量 油墨二次分裂的墨量 66 1 油墨转移方程的建立 假定 填入纸张凹陷处的最大墨量值为b 但实际印刷过程中不可能获得b值墨量 假定 实际印刷中填入纸张凹陷处的最大墨量b值与系数 x 有关则有 实际印刷中填入纸张凹陷处的墨量为 b x 其中 x 的范围为 0 1 印版上剩余自由墨量为 x b x 假定 自由墨量分裂的系数为f 则f 是一个小于1的比例系数 二次分裂的墨量为 f x b x 67 1 油墨转移方程的建立 通过上面的分析 油墨转移方程为 y x F x b x f x b x 68 1 油墨转移方程的建立 确定F x F x 是x的函数 经验 F x 对x的变化率与 1 F x 成正比 有 69 1 油墨转移方程的建立 下面确定 x x 是x的函数 经验 x 对x的变化率与 1 x 成正比 同时 x 与b成反比 因此有 70 2 油墨转移方程中参数的含义 油墨转移方程中三个参数 分别为 b f k 其含义分别为 b值 是指纸张表面凹陷处在印刷瞬间可能填入的极值墨量 影响因素 凹孔的几率 油墨的粘度 印刷的压力和速度 f 值 是指自由墨量的分裂率 影响因素 油墨的流变特性 k值 是间接指印刷中油墨与纸张表面接触的平服程度 也指纸张的印刷平滑度 影响因素 纸张的平滑度 油墨的粘度 印刷的压力和速度 71 3 油墨转移方程中参数的赋值 假定 供给印版表面的墨量x足够大 近似为0 近似为0 y x f x b 1 f f 为线性方程的斜率 b也可计算出来 通过给定的x y值 代入方程也可计算出k值 y x b f x b f x b 1 f 72 x y I 则 f s 设斜率为s 截距为I 代入方程 b I 1 tg f tg 73 取对数 三角形形心法 74 印版墨量x和转移墨量y 实测的印版墨量x和转移墨量y的数据如表所列 试依据表中所给数据 用线性油墨转移方程的方法 给参数b f k赋值 解 如果依据表中所给数据拟合出油墨转移曲线如图所示 则从中可以看出 在第8组x y数据之后 y x曲线很接近于一条直线了 以表中第10 11组x y数据列直线方程 则有 y 4 30 x 9 05 5 70 4 30 12 25 9 05 即y 0 44x 0 34直线的斜率为tg 0 44 23 48 截距I 0 34 代入前二式得f 0 44如果以所得的b f 数据和表中的前3组x y数据代入式 可算得k1 k2 k3三个数据 取k1 k2 k3的平均值表示参数kk k1 k2 k3 3 1 55 1 83 1 72 3 1 70 m2 g 75 油墨转移量曲线 参数b f k赋值的数值方法见书68 71 略 76 1 油墨转移方程的修正的原因 三 W F油墨转移方程的修正 y x F x b x f x b x W F油墨转移方程主要存在的问题在于 对F x 和 x 变化的规律的假设所包含的因素较少 对F x 和 x 变化的规律的假设比较简单 y x F x Y x 77 2 油墨转移方程中对F x 的指数修正 F x 对x的变化率不仅与 1 F x 成正比 F x 对x的变化率还应与印版的供墨量x成正比 式中 a为比例常数 78 2 油墨转移方程中对F x 的指数修正 式中 参数a表示单位重量油墨覆盖纸张面积的能力不仅与纸张的平滑度有关 而且还与纸张对油墨的吸收性有关 79 2 油墨转移方程中对F x 的指数修正 参数a的测定 方法一 a为覆盖1m2纸面所需最低油墨重量的倒数 方法二 采用经验公式进行计算 a在0 2 1之间 a Vmax 1 VmaxXmax 对应于Vmax值的印版上的墨量油墨转移系数曲线的最大值 80 1 概率分布方程 1 2 3 1 铜版纸 2 胶版纸 3 新闻纸 0 0 01 lgx 0 1 1 0 F s 3 对F x 的概率分布修正法 对数概率坐标系中的F x关系曲线 81 82 由概率论可知 F 0 5时所对应的lgx值为数学期望uF 0 8413时对应lgx的数学期望加均方差则 将F关于lgx的函数式变为关于x的函数值 则 83 在直角坐标系中 F x 所表示的曲线 故由此得到接触面积比为对数正态分布所确定的油墨转移方程为 F平滑的纸张1粗糙的纸张 其中 b f四个参数 而 可在对数坐标系中F lgx 的曲线中确定 b f的赋值就容易了 84 2 油墨覆盖阻力 F与x的变化规律与纸面的未接触墨的空白部分成正比 积分 F x x 85 x的概率密度 将F x 对x求导 得随机变量x的概率密度为 知 可求a 以前的K是根据假设求得的 计算复杂 误差大 故该方程具有实际意义 精度高 86 一种胶版纸的x与F实测数据 直角坐标系中的F x x曲线 试依据表提供的x和F的数据 图给出的F x曲线 求方程的参数 和 解 图给出的对数概率坐标系中的F x拟合曲线是一条直线 找出该直线上与F x 0 5对应的X 1 42 与F x 0 8134对应的x 2 78 将x x 代入 4 39 式和 4 40 式 算出 和 再将 值代入 4 41 式 计算 lgx lg1 42 0 152 lg x x lg 2 78 1 42 0 292 e lge 1 2 lge 2 1 96 m 87 油墨转移方程 解释 实际生产中的因素对油墨转移率的影响 主要表现在下几个方面 承印材料对油墨转移率的影响 印刷压力对油墨转移率的影响 印刷速度对油墨转移率的影响 印版类型对油墨转移率的影响 印刷机的类型对油墨转移率的影响 印版的图文结构对油墨转移率的影响 环境的温湿度对油墨转移率的影响 四 W F油墨转移方程的应用 88 1 承印材料的影响 当x 时 f迅速上升到最大值 当f达到最大值时 x 油墨铺展 f迅速下降 铜版纸 平滑类 k大 当x 时 F x 迅速上升而趋于1 b小 当x 时 b x 迅速上升而达到b 89 1 承印材料的影响 新闻纸 粗糙类 k小 当x 时 F x 缓慢上升而趋于1 b大 当x 时 b x 缓慢上升 当x 时 f缓慢上升到最大值 但b x 未达到b 即y未达到最大值 当f达到最大值时 x b x y缓慢 f缓慢下降 90 塑料 金属箔 光滑 无吸收性的承印材料类 b 0 f 0 5 f迅速上升到50 不同的承印材料 最佳供墨量 f最大时 不同 1 承印材料的影响 91 2 印版的影响 当x较大时 对f几乎无影响原因 这时 墨膜表层受分子间的作用力的