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印刷原理与工艺 山东轻工学院 印刷原理与工艺第一章印刷过程中的润湿第二章印刷压力第三章油墨的传输和转移第四章油墨转移方程第五章平版印刷的油墨转移第六章凹版印刷 柔性版印刷和丝网印刷的油墨转移第七章印刷过程中的几个问题第八章套印准确及套印精度的控制第九章印刷质量控制的基本原理和方法 印刷原理与工艺 山东轻工学院 作业论文题目 平版胶印墨量预测及数学模型研究提示 y f x1 x2 x3 y 墨量大小x1 x2 x3 各种影响墨量大小的生产控制参数两条思路 1 从印刷面积 纸张油墨特性去分析建立模型 2 利用在线监控印刷品质量建立模型 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第一章印刷过程中的润湿 第一节润湿作用第二节印版表面的润湿第三节橡皮布 墨辊的润湿性 印刷原理与工艺 山东轻工学院 引言 把使用有形图像载体 印版 的印刷方法统称为模拟印刷 四大印刷方式都属于模拟印刷 模拟印刷的油墨转移以润湿作用为基础 润湿 表面上的一种流体被另一种流体取代的过程 印刷中的润湿问题很多 细致详实的研究印刷润湿问题 可以对提高材料的印刷适性以及进行印刷新材料 新工艺的研究提供一定的理论依据 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第一节润湿作用 1 表面张力的定义及影响因素2 表面过剩自由能的定义3 水和油的化学结构与表面张力4 液体在固体表面润湿的条件分为沾湿 浸湿 铺展三类 这三类润湿的能量表达式5 接触角与润湿方程6 接触角滞后 印刷原理与工艺 山东轻工学院 表面张力 定义F 2l比例系数 定义为表面张力 表示垂直通过液体表面任一单位长度 与液面相切地收缩表面的力 常简称为表面张力 温度升高液体分子间的引力减少 表面张力下降 印刷原理与工艺 山东轻工学院 表面过剩自由能 定义在恒温恒压条件下 增加单位表面积所引起的体系自由能的增量 也就是单位表面上的分子比相同数量的内部分子过剩的自由能 W dAdA 表面扩展的微面积 W 表面张力所作的元功表面张力与表面过剩自由能的关系 物质的比表面能与表面张力数值上完全一样 量纲也一样 但物理意义有所不同 所用的单位也不同 印刷原理与工艺 山东轻工学院 几种液体的表面张力 20 印刷原理与工艺 山东轻工学院 水的化学结构与表面张力 水的化学结构水分子的结构不对称 是极性很强的分子 极性物质又叫亲水物质水分子之间的作用力有哪些 取向力 诱导力 色散力和氢键 表面张力值较大 纯水的表面张力在20 时 约为7 2 10 2N m 印刷原理与工艺 山东轻工学院 油的化学结构与表面张力 油的化学结构各种饱和烃 苯等有机液体的结构也是对称的 偶极矩等于零 为非极性分子 非极性物质为疏水物质 非极性分子中 引入羟基 OH 氨基 NH2 羧基 COOH 等有极性的原子团时 疏水物质也就有了一定的亲水性 碳链愈长 分子的非极性和疏水性愈大 印刷用的油墨的表面张力与油墨的组成部分之间的关系油墨中的连结料干性植物油疏水性很大 油分子和油分子之间只有色散力 故油的表面张力比水的表面张力小 多数油墨由于受到颜料和添加剂分子中极性基的影响 比纯油的表面张力大 一般在3 0 10 2N m 3 6 10 2N m 印刷原理与工艺 山东轻工学院 三 液体在固体表面润湿的条件 沾湿浸湿铺展 印刷原理与工艺 山东轻工学院 沾湿 沾湿液体与固体接触 将 气 液 界面与 气 固 界面转变为 液 固 界面的过程 能量表达式Wa G SG LG SL 0Wa 粘附功Wa Wc LG LG 0 2 LGWc 内聚功 印刷原理与工艺 山东轻工学院 在平版印刷中 润湿液能不能附着在印版的亲油表面 阻碍油墨的传递 油墨会不会附着在印版的亲水层表面 造成印刷品空白部分的粘脏 则和粘附功Wa及内聚功Wc有关 印刷原理与工艺 山东轻工学院 浸湿 浸湿固体浸没在液体中 气 固 界面转变为 液 固 界面的过程能量表达式Wi A G SG SL 0 Wi 浸湿功 A 粘附张力 印刷原理与工艺 山东轻工学院 在凹版印刷和柔性版印刷中 印版和网纹辊的一部分浸渍在墨槽中 油墨是否能浸满凹版和网纹辊的着墨孔 则和浸湿功Wi或沾附张力A有关 印刷原理与工艺 山东轻工学院 铺展 铺展液体在固体表面上扩展时 液 固 界面取代 气 固 界面的同时 液体表面也扩展的过程能量表达式W S G SG SL LG S 铺展系数 印刷原理与工艺 山东轻工学院 在平版印刷中 润湿液要在非图文部分铺展形成一层水膜 防止油墨沾污印版的空白部分 在此润湿过程中 润湿液的铺展系数S愈大 润湿效果愈好 印刷原理与工艺 山东轻工学院 润湿条件小结 综上所述 在恒温恒压下 沾湿 浸湿 铺展三类润湿过程发生的热力学条件分别是 沾湿Wa SG SL LG 0浸湿Wi SG SL 0铺展S SG SL LG 0同一个体系来说 Wa Wi S 如果液体能在固体表面铺展 就一定能沾湿和浸湿固体 所以 常用铺展系数S作为体系润湿的指标 印刷原理与工艺 山东轻工学院 复习 润湿温度越高液体的表面张力如何变化 为什么 对同一个体系来说 沾湿 浸湿 铺展哪一种更容易自发进行 印刷原理与工艺 山东轻工学院 接触角与润湿方程 接触角把液体滴在平滑的固体表面 表面上便形成一液滴 当液滴处于平衡状态时 在固 液 气三相的交界处 自 液 固 界面 经液体内部 到达 气 液 界面的夹角叫接触角 用 表示 润湿方程 SG SL LG cos 当 90 不润湿当 90 润湿当 0 完全润湿 印刷原理与工艺 山东轻工学院 用润湿方程判断润湿条件 沾湿Wa LG 1 cos 0 180 浸湿A LG SL 0 90 铺展S SG SL LG 0 0 印刷原理与工艺 山东轻工学院 接触角滞后 接触角滞后在 液 固 界面扩展后测量 或者在 液 固 界面缩小后测量 所得的测量结果不同 前者叫前进接触角 用 A表示 后者叫后退接触角 用 R表示 两者的差值 A R 叫做接触角滞后 造成接触角滞后的主要因素固体表面的不均匀 包括表面污染 和表面不平 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第二节印版表面的润湿 一 印版的表面结构和润湿性二 平版润湿性的提高和保护 印刷原理与工艺 山东轻工学院 回顾 印版表面由几部分组成油墨的主要成分 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 印版的表面结构和润湿性 凸版的表面结构和润湿性凹版的表面结构和润湿性孔版的表面结构和润湿性平版的表面结构和润湿性 印刷原理与工艺 山东轻工学院 凸版的表面结构和润湿性 印版表面结构的特点凸版所用的版材有铜 铅 铁 锌等金属 还有高分子聚合材料金属印版为高能表面 油墨为低能表面 上墨时体系自由能降低 油墨在着墨辊的辊压作用下 图文部分很容易被润湿 上墨过程是哪一类润湿 沾湿Wa G SG LG SL 0 印刷原理与工艺 山东轻工学院 凹版的表面结构和润湿性 凹版表面的结构特点上墨过程是哪一类润湿 浸湿必须满足Wi SG SL 0的条件 故应采用表面自由能高的金属版材制作凹版 以增大浸湿功 印刷原理与工艺 山东轻工学院 孔版的表面结构和润湿性 孔版印版的版面特点不锈钢丝网比表面能高 尼龙次之 聚酯比表面能低 对感光胶和油墨的润湿性依次降低 复合材料丝网 镀镍聚酯丝网沾湿 印刷原理与工艺 山东轻工学院 平版的表面结构和润湿性 印版表面结构的特点多层金属版表面润湿特点铜的亲油性最好 但亲水性最差 铬的亲水性最好 但亲油性最差 锌和铝的亲水性和亲油性都居中 所以空白部分为铬层 图文部分为铜层 平凹版和蛋白版空白部分为无机盐磷酸锌 图文部分为非极性很强的腊克和硬化蛋白感光膜印刷上墨时的润湿状态 铺展W S G SG SL LG 印刷原理与工艺 山东轻工学院 PS版润湿性 PS版面组成空白部分是金属氧化物及无机盐 亲水性 图文部分是脂肪酸 脂肪酸盐 重氮感光树脂 亲油性 印刷原理与工艺 山东轻工学院 空白部分比表面能高达7 0 10 1J m2 是润湿液表面张力的10倍左右 油墨的表面张力很低 仅仅约为空白部分表面过剩自由能的1 20 空白部分对于水和油墨是否都能很好的吸附呢 水和油墨都可以达到铺展如何在印刷过程中不让油墨吸附在空白部分呢 先上水后上墨 印刷原理与工艺 山东轻工学院 图文部分非极性有机化合物 属于低能表面 比表面能一般与油墨的表面张力值相近或略高 但小于润湿液表面张力 所以只能让油墨润湿 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 平版润湿性的提高和保护 印版表面的不平和表面吸附 直接影响印版的润湿性 按照实际的印刷条件 提高和保护印版的润湿性 也是提高印刷质量的重要环节 这一点对于平版印刷尤为重要 粗化表面的润湿性新金属表面润湿性的保护 印刷原理与工艺 山东轻工学院 粗化表面的润湿性 粗化表面的真实面积与平滑面积之比为R 显然R 愈大 表面愈不平 R 叫做粗糙系数 为粗化表面上的接触角 为平滑表面上的接触角 根据润湿方程得 R SG SL LGcos R cos cos 印刷原理与工艺 山东轻工学院 R cos cos 根据粗化表面cos 的绝对值比平滑表面的cos 绝对值大 当 90 时 固体表面愈粗糙 润湿性愈好当 90 时 固体表面愈粗糙 表面润湿性愈差 印刷原理与工艺 山东轻工学院 新金属表面润湿性的保护 旧金属表面和新金属表面凸版 凹版表面形成的吸附膜 对油墨的润湿影响不大 平版的空白部分在印刷过程中粘附油墨而起脏 故需要保护印版空白部分的润湿性 如何保护空白部分的润湿性呢 阿拉伯胶 亲水保护层 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第三节橡皮布 墨辊的润湿性 橡皮布和墨辊固有的润湿性 在印刷过程中润湿性的变化 对印刷的正常进行尤其是胶印生产的正常进行非常重要 一 橡皮布的润湿性及其变化二 墨辊的润湿性及其变化 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 橡皮布的润湿性及其变化 橡皮布的润湿性橡皮布特性及性能要求橡皮布主要由非极性材料橡胶构成 以保证橡皮布最大限度地吸附油墨并转移油墨 最小限度地吸附水分 要求橡皮布具有最佳的耐油 耐酸 耐氧化和抗老化等性能 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 橡皮布的润湿性及其变化 橡皮布的润湿性橡皮布由胶层和底布组成 胶层包括粘结底布的内胶层和用于转移油墨的表面胶层 内胶层是由硫化的天然橡胶构成 表面层是由合成橡胶构成如 氯丁橡胶 丁腈橡胶等 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 橡皮布的润湿性及其变化 橡皮布表面润湿性的变化物理特性的变化 由于物理吸附掩盖层 亲油性下降 亲水性上升亲油传墨性能减弱 印品高光部分容易印迹发虚 网点丢失 亲水性上升 纸张变形大 套印不准 纸张吸水多 表面强度下降 纸粉 纸毛堆积程度加剧 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 橡皮布的润湿性及其变化 橡皮布表面润湿性的变化化学性质的变化 氧化 不饱和的双键 光老化 表面生成玻璃状的光老化膜 不仅掩盖原有的表面性质 而且使表面毛细管作用失去 热老化 内耗导致 表面发硬 发粘 出现裂纹 严格控制橡皮布工作温度 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 墨辊的润湿性及其变化 墨辊在印刷机上主要是传输油墨的 为了使油墨在墨辊间迅速地展布均匀 印刷机一般采用软质和硬质墨辊交替的方式配置 使相邻的墨辊产生良好的接触 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 墨辊的润湿性及其变化 油墨润湿墨辊的条件当油墨的内聚功Wc小于墨辊对油墨的粘附力Wa 即Wc Wa时 油墨润湿墨辊表面并附着在墨辊上 当油墨的内聚功大于墨辊对油墨的粘附功 即Wc Wa时 油墨不能润湿墨辊表面而从墨辊上脱落下来 SG LG SL 油墨附着 SG SG SG 油墨脱落 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 墨辊的润湿性及其变化 油墨润湿墨辊的条件软质墨辊 是低能表面 但墨辊材料均具有良好的亲油性 油墨能很好的润湿辊面并附着在上面 硬质墨辊 辊面为高能表面 SG LG SL 显然油墨能很好地润湿辊面并附着在上面 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 墨辊的润湿性及其变化 墨辊润湿性的变化软质胶辊升温老化硬质墨辊金属胶辊 氧化 硫化 润湿性下降 经常清洗 冷却合成树脂和塑料质复合硬质胶辊 避免敲击碰撞 墨刀铲刮 印刷原理与工艺 山东轻工学院 本章重点难点 1 表面张力和表面过剩自由能2 液体在固体表面的润湿及润湿条件3 印版表面对油墨和水的选择性润湿原理4 印版 橡皮布及墨辊等润湿性的变化 印刷原理与工艺 山东轻工学院 习题 1 写出液体在固体表面沾湿 浸湿 铺展的热力学条件 试各举一印刷中的实例说明 2 固体表面愈粗糙 是否润湿性愈好 3 试以平版为例 说明印版表面的润湿性是如何改变的 4 以表面自由能与热力学的基本理论为基础 分析平版印刷中 为什么要先给印版供水 然后再给印版供墨 印刷才能正常进行 5 试分析油墨在墨辊上附着的条件 6 举例说明如何保护橡皮布和墨辊的润湿性 你认为橡皮布和墨辊的清洗剂应该具备哪些条件 印刷原理与工艺 山东轻工学院 复习 润湿液在ps版空白部分的润湿过程是什么 油墨在图文部分的润湿过程是什么 印刷中 为什么先上水后上墨 是不是物体表面越粗糙 其润湿性能就会更好呢 实际情况是如何 印刷停止之后 如何保护印版不给污染 橡皮布的组成是什么 第二章印刷压力 讲授入 王庆 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第二章印刷压力 印刷压力在印刷过程中的作用是什么 印刷压力越大油墨转移就越好吗 印刷压力越大印刷质量就越高吗 只有印刷压力就能转移油墨吗 还需要什么因素呢 印刷压力在印刷过程中如此重要 那如何控制印刷压力 如何计算印刷压力呢 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第二章印刷压力 印刷压力是印刷机设计和油墨向承印物表面转移的基础 印刷压力不仅是实现印刷过程的根本保证 而且在很大程度上决定着印刷的质量 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第二章印刷压力 第一节基本概念第二节印刷压力的计算第三节包衬的压缩变形第四节滚筒滚压中的滑动第五节印刷压力的确定 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第一节基本概念 一 印刷压力二 压缩变形三 印刷压力的测定 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 印刷压力 按压印形式可分为圆压平和圆压圆两种类型目前印刷设备多设计成圆压圆压印形式 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 印刷压力 压印滚筒 包括筒体 包衬和承印材料 印版滚筒 包括筒体 包衬和印版 橡皮滚筒 包括筒体 包衬和橡皮布 压印体 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 印刷压力 油墨转移过程中压印体在压印面上所承受的压力 即沿压印面的法向 指向压印面的力 一点的压力 点压 pd lim p S S 总压力ps pd dS平均压力pcp ps S线压力pL ps L 印刷压力 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 印刷压力 印刷压力的作用印刷压力的功能 就是强制地使压印体充分接触 以利于油墨的转移 印刷压力过大 会加剧印版的磨损 增加印刷机的负荷 若用网线版印刷 还会因油墨的过分铺展而影响印刷品的阶调和颜色的再现 印刷压力过小 会引起承印材料与油墨接触不良 转移墨量不足 印刷品墨迹浅淡不清 若用网线版印刷 甚至会造成印刷品高光部位的网点因着墨不良而丢失 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 压缩变形 印刷压力保证压印表面充分接触的前提是 压印体 特别是压印体的表层 能够发生压缩变形 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 压缩变形 最大压缩变形量 max R1 R2 dR1 r1 1 R2 r2 2 r1 r2分别为压印滚筒和印版滚筒的筒体半径 1为压印滚筒的包衬和承印材料的厚度 2为印版滚筒的包衬和印版的厚度 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 压缩变形 材料的压缩变形和压力之间的关系对于印刷质量的影响 如要保证滚筒间充分而适当的接触 变形大的材料 压力可小 变形小的材料要求压力大 两种情况对于印刷质量产生的影响和机器制造的精度要求不同 有什么不同 第一种情况 对于机械制造精度要求不高 印刷质量一般 但印刷适性好 第二种情况 对于机械制造精度要求高 可得到高质量的印刷品 但印刷适性差 材料的压缩变形和压力之间的关系对于墨量转移的影响 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 压缩变形 压印体的压缩变形可视为由承印材料 印版 包衬和橡皮布的压缩变形组成的 但由于承印物材料 印版的绝对变形量很小 所以印刷中变形量主要是指橡皮布和包衬的压缩变形组成 在印刷工艺中 用 和 间接地表示印刷压力 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第二节印刷压力的计算 一 弹性体接触压力的赫芝理论二 印刷压力计算的经验方法 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 弹性体接触压力的赫芝理论 作为一种近似的处理方法 将压印体看成是理想的弹性体 则压印面的印刷压力即是弹性体接触面上的接触压力 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 弹性体接触压力的赫芝理论 赫芝理论如果有两个轴线平行的弹性圆柱体相互挤压而无摩擦 接触面的形状为一个矩形平面 矩形的长等于弹性圆柱体的长度L 接触面宽度b b 2 1 m12 1 m12 E1 m22 1 m22 E2 ps L R1 R2 R1 R2 1 2 印刷原理与工艺 山东轻工学院 最大压力pmax的确定 pcp ps S ps b Lpmax 4ps b L 4 pcp 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 印刷压力计算的经验方法 包衬压缩量 在压印面上的分布规律大致是 沿宽度方向 中点最大 两端为零 沿长度方向 两端最大 中点最小 相应地 印刷压力pd在压印面上的分布 也有类似的规律 即在整个压印面上 pd的分布有如一个马鞍形 印刷压力分布情况 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 印刷压力计算的经验方法 印刷压力计算公式pd E xy 1 n E xy分别是包衬的弹性模量 厚度和点 x y 的压缩变形量ps pc s b L 1 2 1 q 1 1 3n b L pminpL ps L 1 2 1 q 1 1 3n b pminn和q为经验常数 pmin为压印线上的最小压力 工艺所需印刷压力 工艺所需印刷压力pmin约在1 8 106Pa之间 n一般取0 4 0 6 q一般取1 5 2 5 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第三节包衬的压缩变形 在印刷压力作用下 压印体的变形主要是包衬或橡皮布产生的压缩变形 包衬和橡皮布都是较为典型的粘弹性材料 外力作用下发生的变形和流动有其自身的特点 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第三节包衬的压缩变形 一 粘弹性材料的压缩特性二 包衬的压缩变形三 一种建立pd 关系的实用方法 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 粘弹性材料的压缩特性 敏弹性变形敏弹性变形是由材料的理想弹性引起的 是在加载的瞬间随应力同时达到的变形 在此后载荷 及应力 保持恒定的过程中 敏亦保持恒定并无发展 而在卸载的瞬间 变形瞬即消失 材料恢复原状 塑性变形塑性变形是由材料塑性引起的变形 只有当载荷足够大时 才会发生 不过 塑不仅在卸载的瞬间不会瞬即消失 而且随着时间的推移永远不会消失 成为材料的永久变形 滞弹性变形滞弹性变形是由材料的粘弹性引起的变形 是在载荷保持恒定的过程中逐渐发展的变形 但在卸载的瞬间 滞不会瞬即消失 而是随时间的推移而逐渐地消失 最终材料也能恢复原状 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 粘弹性材料的压缩特性 敏弹性变形 理想弹性变形 塑性变形滞弹性变形粘弹性材料变形 敏 滞 塑 粘弹性变形 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 粘弹性材料的压缩特性 材料粘弹性存在 图加载过程曲线ACB卸载过程曲线BDA封闭圈ACBDA 叫粘弹性材料的滞后圈 材料塑性存在 图滞后圈的物理意义 粘弹性材料的 关系 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 包衬的压缩变形 包衬的材料类型包衬常用的材料有 纸张 橡皮布 棉毛织物 塑料薄膜印刷中常按材料软硬性质分为 软性包衬和硬性包衬 软性包衬 橡皮布 棉毛织物硬性包衬 纸张 塑料薄膜 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 包衬的压缩变形 包衬压缩变形的二个明显特点印刷用包衬也是粘弹性材料 具有敏弹 塑性和滞弹性 但是印刷用包衬却有明显的两个特点 1 滞弹性变形忽略不计2 塑性变形的增加量愈来愈小 最后趋于稳定 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 包衬的压缩变形 包衬变形的恢复曲线 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 包衬的压缩变形 得到如下结论1 从印刷工艺的角度 关注的是以适当的压力pd需要的压缩量 2 压缩量 大小的选择 应在保证油墨与承印材料表面充分接触的前提下 愈小愈好 3 软包衬 网点周围不清晰 网点再现性差 4 硬性包 网点再现性好 图文质量高 5 包衬的变形量在某一个范围内是稳定的 主要是由弹性变形引起的 但达不到这个范围或者超越这个范围包衬变形量都不稳定 压力变化较大 质量不易控制 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 包衬的压缩变形 阶调图文和实地图文对于包衬的选择 阶调图文适合用硬包衬 实地图文适合用软包衬 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第五节印刷压力的确定 一 油墨转移率与印刷压力的关系二 影响印刷压力的因素 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 油墨转移率与印刷压力的关系 油墨转移率转移到承印物表面的墨量Y与涂敷在印版上的墨量x之比f y x 100 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 油墨转移率与印刷压力的关系 油墨转移率和印刷压力pd 印刷速度v 平滑度s 油墨粘度相互之间的关系 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 油墨转移率与印刷压力的关系 AB段上升缓慢 由于印刷压力过低BC段f与pd几乎成线性关系C点 pc是印刷工艺必需的压力D点 超过D点会出现网点严重扩大现象 油墨转移率与印刷压力的关系 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 影响印刷压力的因素 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 影响印刷压力的因素 包衬纸张平滑度适当印刷压力的确定 印刷原理与工艺 山东轻工学院 包衬 包衬特性 印刷速度与印刷压力之间的关系 印刷原理与工艺 山东轻工学院 纸张平滑度 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 影响印刷压力的因素 适当印刷压力的确定纸张平滑度高的纸张可以利用较小的压力印刷 而平滑度较大的纸张可以利用较大的压力印刷 当提高印刷速度时 应适当提高印刷压力 凹印的压力比平印的压力大 平印的压力又比凸印的压力大 实地印品压力较大 精细的网点印刷品压力较小印刷压力要随印品数量的增加而适当提高 印刷原理与工艺 山东轻工学院 本章重点 1 压力的基本概念2 材料的压缩变形和压力之间的关系对于印刷质量的影响 3 印刷压力的作用4 印刷压力分布情况5 包衬压缩变形的二个明显特点6 包衬的压缩变形所得结论7 油墨转移率与印刷压力的关系8 适当印刷压力的确定 印刷原理与工艺 山东轻工学院 复习思考题 1 印刷压力有哪几种表示方法 2 印刷包衬一般分为几种 各有什么特点 3 印刷压力愈大 印刷质量愈好 此话对吗 如何理解适当的印刷压力 4 同一种纸张 分别在A B轮转印刷机上印刷 若A印刷机的滚筒半径比B印刷机的滚筒半径小 试问哪一种印刷机需要的印刷压力大 为什么 5 在同一台印刷机上 用120g m2的铜版纸和胶版纸印刷 试问哪一种纸张需要的印刷压力大 为什么 6 用网线印版 线条印版 实地印版印刷 哪种印版需要的印刷压力大 细网线印版和粗网线印版 哪种印版需要的印刷压力大 为什么 7 试述在印刷压力作用下 压印滚筒整个接触区的压力分布特点 印刷原理与工艺 山东轻工学院 复习 粘弹性材料的变形包括哪几种 包衬压缩变形的二个明显特点是什么 为什么说在印刷过程中包衬的滞弹性变形忽略不计 印刷压力与纸张平滑度 印刷速度 图文特性之间的关系是什么 第三章油墨的传输和转移 讲授入 王庆 印刷原理与工艺 山东轻工学院 胶印机为什么需要这么多墨辊 胶印油墨的粘度为何如此之高 油墨如何在墨辊之间传递的 油墨是否能在所有的承印物上都能干燥和固着 为什么 墨辊数量的增加是否可以提高油墨在承印物上的油墨转移量 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第三章油墨的传输和转移 在印刷过程中 油墨要经传递 输送而转移到承印材料表面 始终保持油墨传输和转移的稳定 均匀和适量 是获得高质量印刷品的保证 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第三章油墨的传输和转移 第一节油墨的传输第二节油墨在墨辊间的流动和分配第三节油墨的附着第四节油墨转移过程的动力分析 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第一节油墨的传输 印刷过程中 油墨从墨斗经匀墨辊 着墨辊到达印版 再从印版转移到承印材料表面 经历给墨 分配和转移三个行程 图中的各组机构由虚线圈起 A B C分别对应给墨 分配 转移三个单元行程 A B一起组成了油墨的传输系统 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第一节油墨的传输 一 给墨行程的油墨传输二 分配行程的油墨传输三 油墨传输中胶辊的粘弹性效应 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 给墨行程的油墨传输 给墨行程给墨行程指的是油墨从墨斗传输到匀墨辊的过程 为了保证印刷品的质量 必须严格控制印刷品的墨层厚度 非涂料纸的印刷品 墨层厚度约在2 之间 涂料纸的印刷品 墨层厚度约在1 左右 为了控制印刷品墨层的厚度 就要控制给墨行程的给墨量 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 给墨行程的油墨传输 凸版印刷和平版印刷中都采用高粘度的油墨 给墨量由墨斗辊与油墨接触弧度和给墨调节板与墨斗辊的间隙来控制 胶印机的给墨装置 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 给墨行程的油墨传输 墨斗辊与墨斗刀片之间有个间隙 c 墨斗辊与墨斗刀片的间隙c 常数 与给墨装置的结构形式 尺寸等有关 控制给墨量的方法 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 给墨行程的油墨传输 同一印刷单元不同印刷位置是如何控制给墨量的 调节墨斗辊与墨斗刀片的间隙 注 在实际印刷过程中 当整版油墨需要调整时 多用改变接触弧度来调节墨量 当某一个区域墨量不准时 可利用接触间隙来进行调节 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 给墨行程的油墨传输 墨层厚度的变化 不仅出现在墨斗辊改变角度时 而且墨斗容墨量高度改变也会影响墨层厚度的变化 随印刷数量的增加 要不断地补充油墨 使墨斗中的油墨水平面保持一定高度 才不会影响印刷品的墨色 这一点对高速印刷机尤为重要 墨斗填墨量对给墨量的影响 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 给墨行程的油墨传输 剪切应力粘度屈服值触变性 油墨性质对于给墨量的影响 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 分配行程的油墨传输 输墨系统匀墨装置和匀墨系数Kc着墨装置和着墨系数Kd贮墨系数Kg 印刷原理与工艺 山东轻工学院 输墨系统 长墨路系统分配行程指的是 油墨从传墨辊经过若干组三辊一组的匀墨装置和多辊组成的着墨装置 到达印版的行程 印刷原理与工艺 山东轻工学院 匀墨装置 匀墨装置每一组都由三根墨辊组成 它们是串墨辊 匀墨辊和重辊 串墨辊是由刚性极好的金属或硬质塑料制成的 是刚性辊 匀墨辊是在金属芯轴上包覆一弹性很好的橡胶或其它高聚合物材料制成的 是弹性辊 重辊由金属制成 重量较大 靠重力保证各辊间有足够摩擦 印刷原理与工艺 山东轻工学院 匀墨系数Kc Kc等于匀墨装置中所有墨辊的匀墨面积总和A匀与印版面积A版之比Kc值愈高 匀墨性能愈好 增加墨辊的直径 增加墨辊的数量 一般Kc值保持在3以上 印刷原理与工艺 山东轻工学院 着墨装置和着墨系数Kd 平版印刷机的着墨装置一般由四根着墨辊组成 着墨辊的结构与匀墨辊相似 也是弹性辊 Kd等于着墨装置中所有墨辊的着墨面积总和A着与印版面积A版之比由于着墨辊的数目一般是固定的 所以提高Kd值只能依赖于增大墨辊的直径 通常要求Kd 1才有良好的着墨性能 印刷原理与工艺 山东轻工学院 贮墨系数Kg 匀墨系数Kc与着墨系数Kd之和叫贮墨系数KgKg的值愈高 表示全部墨辊表面贮存的墨量愈多 每印一次 印版转移到纸张上的墨量与墨辊贮存的墨量之比愈小 自动调节墨量的性能也愈好 愈容易保证印刷品墨色的均一性 印刷原理与工艺 山东轻工学院 五种典型印刷机的墨辊数目 印刷原理与工艺 山东轻工学院 三 油墨传输中胶辊的粘弹性效应 滞后圈面积是材料结构阻尼所耗散的能量 由机械能转变为热能 叫作内耗 内耗会使材料及周围环境温度升高 环境温度升高又使墨辊老化和油墨粘度下降 印刷原理与工艺 山东轻工学院 三 油墨传输中胶辊的粘弹性效应 t 和b 的关系 d与t 的关系输墨装置的温度变化 印刷原理与工艺 山东轻工学院 t 和b 的关系 线性关系 接触宽度每增加1mm 胶辊温度约升高3 印刷原理与工艺 山东轻工学院 d与t 的关系 胶辊温度的升高会引起墨辊直径的膨胀 两者也成线性关系 印刷原理与工艺 山东轻工学院 提高匀墨系数Kc的方法 增加墨辊的数目而墨辊的直径不变 可有效控制温度的升高 印刷原理与工艺 山东轻工学院 输墨装置的温度变化 为使输墨系统的温度不要升的过高 降低串墨辊的温度可以获得良好效果 印刷原理与工艺 山东轻工学院 复习 油墨的传输的三个行程 控制给墨量的方法 请说明油墨触变性对于给墨的意义 提高匀墨系数Kc最合理的方法是什么 为什么 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第二节油墨在墨辊间的流动和分配 油墨传输的理想模型 墨辊都能被油墨很好的润湿 对油墨没有吸收性 除墨斗辊 传墨辊外 所有墨辊的外缘线速度都与印版的外缘线速度相等 一 油墨在墨辊间的流动二 油墨在墨辊间的分配三 输墨装置工作状态分析 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 油墨在墨辊间的流动 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 油墨在墨辊间的流动 两个相互滚压的墨辊间的油墨 相对于墨辊来说 处于流动状态 两辊的外缘形成一个有双向喇叭口的间隙 两辊接触前各自附有一层油墨 汇合后进入间隙 通过间隙的最窄处之后逐渐分裂 分裂过程中 油墨先被拉成丝 墨丝在一处或几处断裂 大部分油墨分别粘附在两根辊上 很少一部分油墨可能游离出来 形成墨雾 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 油墨在墨辊间的流动 压力变化墨流速度核空洞墨丝墨膜的拉丝和断裂过程中 油墨同时表现出弹性效应和粘性效应 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 油墨在墨辊间的分配 油墨在墨辊间理想状态下的分配模型传输系统的墨量分配墨辊上墨量的计算墨辊排列形式对油墨分配的影响 印刷原理与工艺 山东轻工学院 油墨在墨辊间理想状态下的分配模型 理想传输状态的的墨辊 A辊是给墨辊 靠近墨斗 B辊是受墨辊 靠近印版 A B 1 2 A B 印刷原理与工艺 山东轻工学院 传输系统的墨量分配 设每次印刷转移到纸面上的墨层厚度为100a 印版上剩余墨层厚度为 0 各墨辊上的墨层厚度分别为 1 2 3 4 5 6 7 印刷原理与工艺 山东轻工学院 墨辊上墨量的计算 7 6 100a 1 2 7 5 6 1 2 6 4 5 1 2 5 2 4 1 2 4 0 100a 3 1 2 3 1 2 1 2 2 0 1 1 2 1 3 0 100a 印刷原理与工艺 山东轻工学院 1 0 50a 2 0 100a 3 0 150a 4 0 200a 5 0 300a 6 0 400a 7 0 500a在稳定的印刷状态下 理想输墨系统 分配到各墨辊上的墨量 按照墨辊排列的顺序 从印版到墨斗以不同的比例递增 印刷原理与工艺 山东轻工学院 墨辊排列形式对油墨分配的影响 a 传输系统 A1 0 125 3 a A2 0 250 3 a B1 0 275 3 a B2 0 100 a b 传输系统 A1 0 25a A2 0 50a B1 0 75a B2 0 100a 印刷原理与工艺 山东轻工学院 a 所示传输系统中 A1 A2着墨辊的油墨传输率均为41 67 B1 B2着墨辊的油墨传输率均为8 33 b 所示输系统中 4根着墨辊输给印版的墨量均为25a 墨量传输率均为25 印刷原理与工艺 山东轻工学院 比较 两个系统 墨量在个墨辊上的分配和各着墨辊的油墨传输率还取决于墨辊排列的形式 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第三节油墨的附着 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 印刷方式不同 使用油墨不同 油墨附着的效果也有很大的差别 一 机械投锚效应 与二次结合力二 油墨在纸张上的附着三 油墨在金属箔和高聚物薄膜上的附着 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 机械投锚效应 与二次结合力 机械投锚效应转移到承印材料表面的油墨 有一部分填入凹陷或空隙当中 犹如投锚作用一样 使油墨附着在承印物表面 这就是所谓的 机械投锚效应 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 机械投锚效应 与二次结合力 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 印刷原理与工艺 山东轻工学院 不同的分子间存在不同的二次结合力 在非极性分子间 只存在色散力 在非极性分子与极性分子间 存在色散力和诱导力 在极性分子间 存在色散力 诱导力和取向力 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 油墨在纸张上的附着 纸张特性纸张的主要成分是纤维素 胶料 填料等 纤维素是带有很多羟基的长链环型结构的聚合物 羟基 OH 是极性基团 环氧烷基是非极性基团 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 油墨在纸张上的附着 油墨特性油墨的流体部分是连结料 油墨靠连结料在纸张表面结膜干燥而附着 常用的连结料是干性植物油和各种天然树脂和合成树脂 具有较强的极性 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 油墨在纸张上的附着 油墨在纸张上的附着纸张 油墨的主要成分均为非对称型分子 当它们的分子相互靠近时 分子间的二次结合力使油墨附着在纸张上 二次结合力愈大 附着效果愈好 纸张由纤维交织而成 表面凹凸不平且有孔隙 油墨又具有较好的流动性能 当油墨转移到纸张上以后 有明显的机械投锚效应 促使油墨在纸张上的附着 印刷原理与工艺 山东轻工学院 三 油墨在金属箔和高聚物薄膜上的附着 油墨在金属箔上的附着金属是平滑度很高的承印材料 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 油墨附着时能大大降低金属的表面自由能 使油墨的附着效果较好 印刷原理与工艺 山东轻工学院 三 油墨在金属箔和高聚物薄膜上的附着 油墨在高聚物薄膜上的附着聚合物薄膜材料 油墨的附着也只能靠分子间的二次结合力 但是 高聚物的表面却是低能表面 油墨附着一般较困难 印刷原理与工艺 山东轻工学院 油墨在高聚物薄膜上的附着为了提高油墨在高聚物表面的附着效果 要对高聚物表面进行处理 一般采用电晕放电法 使表面产生游离基 活性基团 表面游离基可与油墨中的高聚物发生交联 提高表面自由能 增加表面粗糙度 改善其对油墨的润湿性 印刷原理与工艺 山东轻工学院 作业 1 油墨在凸版和平版印刷机上 要经过哪几个行程 才能完成一次印刷 各个行程的作用是什么 油墨在各行程中 应具备什么样的流变性能 才能使印刷正常进行 2 试说明印刷机的输墨系统 利用增加墨辊数量 而不采用增加墨辊半径的方法 提高输墨的均一性的原因 印刷原理与工艺 山东轻工学院 作业 3 平版 凸版印刷机的墨层厚度是如何控制的 为什么在印刷过程中 墨斗中的油墨要保持一定的液面高度 4 印刷中途为什么要尽量减少停印次数 使用过版纸有什么意义 5 根据你所学过的知识 简要说明为使印版获得厚薄均一的油墨膜层 输墨装置 墨辊 油墨应达到哪些基本要求 第四章油墨转移方程 讲授入 王庆 印刷原理与工艺 山东轻工学院 油墨从印版转移到纸张的这一过程中 有哪些因素会影响油墨的转移率 油墨转移率的数学模型 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第四章油墨转移方程 第一节油墨转移过程中的墨量及其测定第二节W F油墨转移方程第三节W F油墨转移方程参数的赋值方法第四节W F油墨转移方程的修正第五节W F油墨转移方程的应用 印刷原理与工艺 山东轻工学院 本章介绍W F油墨转移方程的建立 求解 修正和应用 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第一节油墨转移过程中的墨量及其测定 一 油墨转移率与油墨转移系数二 墨量的测定与印刷适性试验机 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 油墨转移率与油墨转移系数 墨量表示g m2 ml m2 墨层厚度 m转移墨量y印版墨量x油墨转移率f y x 100 油墨转移系数e y x y 印刷原理与工艺 山东轻工学院 油墨转移量曲线 印刷原理与工艺 山东轻工学院 油墨转移率曲线 印刷原理与工艺 山东轻工学院 油墨转移系数曲线 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 墨量的测定与印刷适性试验机 荷兰IGT型和AIC型印刷适性试验机 印刷原理与工艺 山东轻工学院 x g m2 涂墨后印刷盘重量 g 印刷盘重量 g 印刷面积 m2 y g m2 涂墨后印刷盘重量 g 印刷后印刷盘重量 g 印刷面积 m2 x m 涂墨后印刷盘重量 g 印刷盘重量 g 印刷面积 cm2 油墨比重 g cm3 10 4y m 涂墨后印刷盘重量 g 印刷后印刷盘重量 g 印刷面积 cm2 油墨比重 g cm3 10 4 印刷原理与工艺 山东轻工学院 复习 油墨在纸张上的附着主要依靠哪机种结合力 机械投锚效应 油墨在金属箔上的附着主要依靠原理 利用什么方法可以帮助油墨在高聚物薄膜上的附着 油墨转移率 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第二节W F油墨转移方程 油墨转移方程表示油墨转移过程中 转移墨量与印版墨量及其它相关因素之间关系的解析表达式 W F油墨转移方程原理W F油墨转移方程推导 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程原理 y f x 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程原理油墨转移到纸张上的墨量首先决定于纸张接触油墨的面积大小 F x 单位面积纸面上与油墨接触的面积 印版墨量x的函数 比值 0 F x 1 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程原理油墨与纸张接触面积上 油墨转移的墨量还与纸张 油墨的性能 状态 以至印刷条件有关 Y x 油墨接触的纸面的单位面积内 获得的转移墨量 印版墨量 的函数 y x F x Y x 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程推导 Y x 的推导F x 的推导 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程推导 Y x 由两部分组成 机械投锚作用 和油墨分子间二次结合力 Y x 的推导 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程推导 Y x 的推导 机械投锚作用转移墨量b纸张凹陷处在印刷瞬间可能填入的墨量 有个极大值 记作 x 百分比函数 0 x 1填入纸张凹陷处的实际墨量系数 x b x 印刷中填入凹陷处的实际墨量 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程推导 Y x 的推导 油墨分子间二次结合力转移墨量 x b x 油墨因机械投锚作用转移到纸张后 印版剩余的墨量f 比例系数 即因二次结合力印版油墨分裂比例f x b x 因油墨分子间二次结合力转移到纸张上的墨量得 Y x b x f x b x 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程推导 Y x 的推导 x 的推导1 x 填入油墨后纸张凹陷处空出的容积比 x 对x的变化率d x dx与 1 x 成正比 且与凹陷处的极值容纳墨量 成反比 d x dx 1 x b x e x bY x b x f x b x b e x b f x b e xb 印刷原理与工艺 山东轻工学院 W F油墨转移方程推导 F x 的推导1 F x 单位面积纸张上未与油墨接触的空白部分面积比F x 对x的变化率dF x dx与 1 F x 成正比 dF x dx k 1 F x F x kx得 y x e kx b e x b f x b e xb 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第三节W F油墨转移方程参数的赋值方法 W F油墨转移方程建立了转移墨量y与印版墨量x的解析关系 方程中出现了b f k三个参数 印刷原理与工艺 山东轻工学院 第三节W F油墨转移方程参数的赋值方法 一 参数b f k及其影响因素二 参数b f k赋值的近似方法三 参数b f k赋值的数值方法 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 参数b f k及其影响因素 参数b影响因素b x b 1 e x b 物理意义 纸张 或其他承印材料 表面凹陷处在印刷瞬间可能填入的极值墨量 在纸张方面 纸张表面的凹孔几率 几率愈高 b值愈大 在油墨方面 主要是油墨连结料的粘度 粘度愈大 b值愈小 在印刷条件方面 压力愈大 印刷速度愈低 则b值愈大 若印版墨量足够大 可认为实际填入墨量就等于极值填入墨量 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 参数b f k及其影响因素 参数f 影响因素f x b x 影响参数f 的主要因素是油墨流变特性 粘度越大 f 越小 纸张的表面性能和印刷速度 纸张表面粗糙 吸收性强 f 值小 印刷速度愈低 自由墨膜的分裂部位愈是接近墨膜的中间 f 值愈是接近于0 5 印版墨量很充足时 自由墨量分裂率近似等于油墨转移率 f y x f 物理意义 自由墨量分裂率 印刷原理与工艺 山东轻工学院 f 与油墨流变特性的关系曲线 图a b c d分别表示 f 与油墨连结料粘度 油墨塑性粘度 p 油墨屈服值 0和油墨拉丝短度 0 p的关系 印刷原理与工艺 山东轻工学院 复习 W F油墨转移方程原理参数b的物理意义纸张的凹孔几率 油墨粘度和印刷压力对参数b的影响情况如何 参数f 的物理意义油墨粘度 印刷速度影响参数f 的情况如何 印刷原理与工艺 山东轻工学院 一 参数b f k及其影响因素 参数k影响因素F x kx参数k决定了单位面积纸面上接触油墨面积所占的比率 纸张方面 纸张平滑度越高 质地越柔软 k值越大 在印刷条件方面 印刷压力越大 印刷速度越低 k值愈大 油墨稀薄 k值增大 一切使纸张与油墨接触机会增加 接触时间增大的因素都可有效提高 值 物理意义 印刷平滑度 印刷原理与工艺 山东轻工学院 二 参数b f k赋值的近似方法 b f k赋值方法有两类 一类是通过简化方程等方法赋值的近似法 另一类是应用计算数学方法进行赋值的较为精确的方法 印刷原理与工艺 山东轻工学院 简化方程赋值法y x e kx b e x b f x b e xb 当印版墨量十分充足的情况下 x足够大 由于b和k都有限值 所以e kx和e x b两项都非常小可以忽略 方程简化得 y x 0 b 0 f x b 0 得线性方程y x f x b 1 f 印刷原理与工艺 山东轻工学院 y x f x b 1 f b I 1 tg f tg 线性化的油墨转移曲线 印刷原理与工艺 山东轻工学院 求解K求得b f 之后 便可由y x e kx b e x b f x b e xb 解得k k 2 303 x lg 1 y b 1 e x b f x b 1 e x b 为了提高赋值精度 可以选择若干组x y值的实验数据 代入上式求得若干个k后 再求平均值 印刷原理与工艺 山东轻工学院 例题 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 分析 首先找到从哪组数据之后 x y直接成线性关系 在第8组x y数据之后 y x曲线很接近于一条直线 以表中第10 11组x y数据列直线方程 y 4 30 x 9 05 5 70 4 30 12 25 9 05 y 0 44x 0 34I 0 34f 0 44前3组x y数据代入式中 得k1 k2 k3三个数据 取k1 k2 k3的平均值表示参数k 1 70 m2 g 印刷原理与工艺 山东轻工学院 其他方法 一元线性