印刷原理-第一章

印刷原理,PrintingPrinciple,北京印刷学院印刷与包装工程学院,主要教学内容及学时分配,绪论（2学时）第一章印刷过程中的润湿（6学时）润湿作用、印版表面的润湿、橡皮布、墨辊的润湿第二章印刷压力（5学时）印刷压力的基本概念、计算、包衬的压缩变形、印刷压力的确定第三章油墨的传递（5学时）油墨流变学基础、油墨的传输、油墨的转移过程中的墨量及测定油墨的附着、油墨的转移方程、影响油墨转移的因素第四章平版印刷油墨的转移（5学时）油墨的乳化、水墨平衡、滚筒滚压状态分析第五章凹印、丝印、柔印油墨转移（5学时）第六章数字印刷原理（4学时）,教学要求,重点掌握印刷过程中的几大原理：1、印刷过程中的润湿理论2、印刷过程中的压力原理3、印刷过程中油墨转移理论4、平版印刷水墨平衡理论5、柔性版、凹版、丝网印刷油墨转移理论6、数字印刷原理（静电照相、喷墨）,了解印刷原理在印刷过程中的应用,实验,实验一：印刷压力对油墨转移率的影响4学时实验三：油墨转移综合实验4学时,参考书,纸张油墨印刷学市川家康编著印刷工业出版社胶印过程分析与研究徐世垣译印刷工业出版社,教材,印刷原理自编讲义,绪论,一、印刷分类：,模拟印刷数字印刷,1、印刷方式2、印刷科学与其他学科的关系3、印刷过程中有的理论,？,四、印刷适性研究历程,19301950年研究纸张、油墨对印刷的影响1935年：德国Bekk纸张平滑测试仪1938年：Reed发明了粘着度测试仪,绪论,19501960年主要研究印刷过程中油墨转移的问题动态1952年：瑞典斯德哥尔摩印刷实验室I.OlssonL.Pill油墨转移系数1955年：美国W.C.WalkerJ.M.Fetsko研究出油墨转移方程基本形式，建立了数学模型。,1960建立了印刷的基本理论将新学科知识，如流变学、高分子物理学、表面物理化学应用于印刷。,五、模拟印刷中的理论,绪论,印刷中的润湿理论,印刷中的压力原理,印刷中的油墨传递理论,印刷中的流体总是要与印刷机的一些部件接触。两者接触的好坏，将影响着印刷工艺。掌握了其理论，是我们解决印刷工艺问题的关键。,油墨传递到纸张上，其量的多少直接与压力的大小有关，而印刷中的压力大都来源于印刷包衬。压力原理在印刷工艺中占有重要地位。,解决油墨如何均匀传递到印版上，并获得印刷所需要的墨量大小。油墨转移量的定量分析。,绪论,平版印刷的油墨转移,平版印刷的水墨平衡理论，油墨乳化、无水平版印刷。,六、数字印刷理论,静电照相方式数字印刷基本原理喷墨成像方式数字印刷原理,柔性版、凹版、丝网印刷的油墨转移,第一章印刷中的润湿理论WettabilityofSurface,1、润湿及其方式和条件2、接触角及润湿方程3、各种印版的特点及其润湿4、墨辊和橡皮布的润湿,？,第一章印刷中的润湿原理,什么是润湿,润湿就是指物体表面上的一种流体被另一种流体取代的过程。,固相,液相,气相,从定义出发，必须涉及到：,从这三相出发，又涉及到：,气液界面,气固界面,液固界面,液体表面,固体表面,第一章印刷中的润湿原理,印刷知识回顾,模拟印刷需要五大要素，它们分别是：,原稿,印版,印刷机械,承印物,油墨,固体表面,固体表面,固体表面,流体表面,第一章印刷中的润湿原理,印刷过程的实质就是：,印刷机械上的墨辊、印版图文部分、承印物表面的气体都要被油墨取代,印版,印刷机械,水,印刷机械上的水辊、印版空白部分、承印物表面的气体都要被油墨取代,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,润湿,？,物体的界面性质,物体的界面能的变化,润湿,1、表面张力与比表面能,2、水和油的化学结构与表面张力,3、液体在固体表面附着条件,4、接触角与润湿的关系,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,表面张力与比表面能,描述物体表面状态的物理量,1、两者的物理性质,主要原因是物体表面的分子和物体内部的分子能量不同导致的,2、形成的机理,以液体为例,形成了液体的表面张力,从力的角度,从能量的角度,形成了液体的表面过剩自由能,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,表面张力与比表面能,3、表面张力,F2l,式中：被定义为表面张力系数,物理意义：表示的是垂直通过液体表面任意单位长度、并与液面相切的收缩表面的力，简称为表面张力,量纲：力/长度，一般用N/m表示,F/2l,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,表面张力与比表面能,4、比表面能,物理意义：恒温恒压下，增加单位表面积表面所引起的体系自由能的增量。或：单位表面积上的分子比上同数量的内部分子过剩的自由能。,量纲：焦尔/平方米，一般用J/m2表示,dA,则有：表面张力所作的功为W而且：W与dA成正比假设：比例系数为,WdA,另一方面：在T、P恒定的条件下：体系对外界作的功应等于在此过程中体系自由能的减少,自由能的减少用dGT.P表示,dGT.PdA,g被定义为比表面过剩自由能，简称“比表面能”,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,表面张力与比表面能,滴体积法：既可测量表面张力，还可测量界面张力,挂环法：要求挂环能完全被测试液所润湿,5、表面张力的测定,6、影响表面张力和比表面能的因素,物质的种类；,共存另一相的性质；,温度的变化；,表面活性剂；,7、固体的表面张力和比表面能,固体的表面张力和比表面能一般来说比液体的要大,对于固液或液液接触面的比表面能SL或LL的物理意义是：单位面积界面上两相物质分子，各自比相同数量的本内部分子过剩自由能的加和值。当SL或LL取N/m为单位时，常称之为界面张力。,第一章印刷中的润湿原理,常温、常压下：水=7.210-2N/m油墨=3.03.610-2N/m测定油墨表面张力时，一般选择两种稀释剂（一种表面张力高于纯油墨，另一种则低于纯油墨）分别稀释油墨，测定不同浓度下的表面张力。,一、润湿的基础知识,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,水和油的化学结构与表面张力,印刷过程中我们能接触到的液相主要是水和油，它们的化学结构和表面张力对印刷的润湿起到了重要作用。,1、水的化学结构与表面张力,H2O,水分子之间的作用力：范德华力和氢键,水分子之间的作用力大,水的表面张力大：7.210-2N/m,水分子强极性分子,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,水和油的化学结构与表面张力,2、油的化学结构与表面张力,亲油基团,亲水基团,非极性基团，碳链越长，非极性越强,极性基团,油为有机化合物的总称，一般说来基本为非极性分子，但若引入了（OH）、（COOH）、（NH2）等，便存在一定的极性。,非极性分子之间只存在色散力，分子之间的作用力很小,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,水和油的化学结构与表面张力,3、油墨表面张力的测定,印刷油墨中的连结料物质的分子结构很像油的分子结构：如油墨中的树脂、植物油等。因此，油墨是一种带有弱极性的非极性分子。,油墨分子之间的作用力很小，故其表面张力也较小,油墨的表面张力为：3.010-23.610-2N/m,选择不同的稀释剂将油墨稀释，然后推断到100%纯油墨的表面张力,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,液体在固体表面的附着条件,液体在固体表面的附着主要有沾湿、浸湿、铺展三种。,1、沾湿,定义：液体与固体接触，将“气固”界面转变为“液固”界面的过程。,单位面积体系自由能的变化：GSLLGSG,单位面积体系对外所做的功：Wa=GSG+LGSL,Wa：称之为粘附功,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,液体在固体表面的附着条件,在恒温恒压下，只有当体系的能量变化GT.P0，该过程才能自发进行。,沾湿的自发条件：GSLLGSG0,或：Wa=GSG+LGSL0,1、沾湿,体系自由能减少得越多，沾湿过程越容易进行，沾附功越大，液固界面结合越牢。,Wc=WaLG+LG=2LG,Wc的大小表征了液体分子间的相互作用为，叫做内聚功。Wc越大，液体本身结合越牢固,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,液体在固体表面的附着条件,1、沾湿,Wa=WcLG+LG=2LG,Wc的大小表征了液体分子间的相互作用为，叫做内聚功。Wc越大，液体本身结合越牢固,假如：,沾湿在印刷中的应用：,平版印刷中水能否附着在印版的图文部分。,平版印刷中油墨能否附着在印版的空白部分。,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,液体在固体表面的附着条件,2、浸湿,定义：固体浸没在液体中，“气固”界面全部转变为“液固”界面的过程。,单位面积体系自由能的变化：GSLSG,单位面积体系对外所做的功：Wi=GSGSL,Wi：称之浸湿功,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,液体在固体表面的附着条件,2、浸湿,在恒温恒压下，只有当体系的能量变化GT.P0，该过程才能自发进行。,浸湿的自发条件：GSLSG0,或：Wi=GSGSL0,浸湿在印刷中的应用：,Wi的大小表征了液体在固体表面取代气体的能力。在铺展作用中，它是对抗液体收缩表面的能力（表面张力）而产生铺展的的力，也称之称为粘附张力，常用A表示。,或：A=SGSL0,凹版印刷中，印版滚筒的上墨和柔性版印刷中网纹辊上的网穴能否被油墨附着，便属于浸湿作用。,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,液体在固体表面的附着条件,3、铺展,定义：是指液体在固体表面上扩展时，液固吤面被液固界面取代的同时，液体也铺展的过程。,单位面积体系自由能的变化：GSLLGSG,单位面积体系对外所做的功：S=GSGLGSL,S称之为铺展系数：S的大小表征了液体在固体表面铺展的能力,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,液体在固体表面的附着条件,3、铺展,在恒温恒压下，只有当体系的能量变化GT.P0，该过程才能自发进行。,沾湿的自发条件：GSLLGSG0,或：S=GSGLGSL0,因为：A=SGSL,所以：S=ALG，当S0时，则有：,ALG这说蛤当液体和固体之间的粘附张力大于液体本身的表面张力时，液体能自动在固体表面铺展。,铺展在印刷中的应用：,平版印刷中的水能否在印版的空白部分铺展,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,液体在固体表面的附着条件,4、液体在固体表面附着条件分析,Wa=SG+LGSL=A+LG,Wi=SGSLA,SSGLGSLALG,只要S0，Wa、Wi都大于0,从中还可以看出：（1）“气固”和“液固”界面能对液体的附着贡献相同，都以A的形式表现。（2）液体的表面张力对液体的附着所起的作用不同。,印刷中油墨与印版的接触在不同的印刷方式中对油墨的表面张力要求不同,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,接触角与润湿的关系,1、接触角的含义,接触角是指在固、液、气三相交界处，自“液固”界面，经液体内部，到达“气液”界面的夹角,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,接触角与润湿的关系,在这个体系中自由能的变化：,2、润湿方程,GSLdALGdASGdA1,GSLdALGdASGdAcosq1,GSLdALGdASGdAcos(qdq),体系平衡条件下：G0,0SLdALGdASGdAcos(qdq),SGSLLGcosq,润湿方程,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,接触角与润湿的关系,3、润湿方程的应用,Wa=SG+LGSL=LG（1cosq）,WiA=SGSLLGcos,SSGLGSLLG（cosq1）,根据沾湿、浸湿和铺展的条件，可变换为：,只要知道了液体的表面张力和两者之间的接触角，就可以确定它们的附着类型,Wa=LG（1cosq）0180,ALGcosq090,SLG（cosq1）00,液体在固体表面附着的条件为：,润湿的条件一般采用接触角作为判断的依据,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,接触角与润湿的关系,3、润湿方程的应用,q90不润湿SL,qL,q=0铺展SL,90是润湿与否的界限,小于90的固体为亲液固体大于90的固体为憎液固体,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,接触角与润湿的关系,3、接触角的测量,接触角的测量常用方法有斜板法和长度法,斜板法,斜板法测量接触角的方法是最简单的方法，其方法采用的是接触角的定义。,特点：金属板的测量；用液量大,第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,接触角与润湿的关系,3、接触角的测量,长度法,在一光滑的水平固体表面放一小液滴，重力不计，测量出液滴的高度和底宽，利用公试计算,R,2r,h,a,根据几何知识知：aq,sinqsinar/R,R(h2r2)/2h,sinqsina2hr/(h2r2),第一章印刷中的润湿原理,一、润湿的基础知识,接触角与润湿的关系,4、接触角的滞后,在“液固”界面扩展之后测量的接触角称之为前进接触角，用A表示。,在“液固”界面缩小之后测量的接触角称之为后退接触角，用R表示。,A、R之间的差值（即AR）称之为接触角滞后,H2O,角越大，接触角滞后越严重,表面不均匀或表面不平,常用前进接触角表示接触角,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,印版表面的润湿的概述,印版表面的润湿：是指各类印版的图文部分上的气体被油墨取代的过程。对于胶印，是指印版表面的空白部分的气体被润湿液取代的过程。,油墨对印版表面图文部分的润湿看成是油对印版图文部分的润湿。,润湿液对印版表面空白部分的润湿看成是水对印版空白部分的润湿。,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,凸版的表面结构和润湿性,1、凸版的种类,铅字版、铅复制版、铜锌版、橡胶版、感光树脂版、高弹性的柔性版等,2、凸版的表面结构,图文部分凸起、空白部分下凹，且和图文部分有一定的高度差。,3、凸版的润湿性,金属印版：高能表面，能被油墨润湿,高分子材料印版：虽是低能表面，但分子结构相似能能产生较强的亲合力,要求：S0即ALG。,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,凹版的表面结构和润湿性,1、凹版的种类,2、凹版的表面结构,3、凹版的润湿性,金属印版：高能表面，能被油墨润湿,要求：A0另一个方面：180,化学腐蚀凹版和电子雕刻凹版：但都是铜滚筒，其表面镀铬。,图文部分下凹，空白部分凸起，并同处于同一平面或圆周上。,3、凹版的润湿性,金属印版：高能表面，能被油墨润湿,要求：A0另一个方面：180,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,凹版的表面结构和润湿性,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,孔版的表面结构和润湿性,1、孔版的种类,2、孔版的表面结构,3、孔版的润湿性,金属印版：高能表面，能被油墨润湿,不锈钢丝网、尼龙丝网、涤沦丝网,图文部分由许多大小相同的网孔组成，空白部分由固化的感光胶组成。,高分子材料印版：虽是低能表面，但分子结构相似能能产生较强的亲合力,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,平版的表面结构和润湿性,1、胶印印版的种类,胶印中常用的印版种类有：,带来的问题很多,套准或调色方面有优势,网点扩大方面有优势,2、胶印印版的结构,无论何种胶印印版，其结构基本相同,亲墨,亲水,版基的砂目,建立砂目的：a.提高PS版的比表面积b.提高PS版的亲水能力,版基砂目（放大2000倍）,感光层,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,平版的表面结构和润湿性,3、印版的润湿,胶印版润湿的基础,a.油墨能润湿印版的图文部分,b.水能铺展印版的空白部分,印版图文部分,印版非图文部分,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,平版的表面结构和润湿性,印版图文部分,c.印版图文为低能表面,a.由感光物质组成,b.为弱极性的非极性分子,印版非图文部分,a.由版基铝组成，亲水面为氧化铝,b.属高能表面：7.010-1J/m2,PS版结构图,印版图文部分,印版非图文部分,第一章印刷中的润湿原理,二、印版表面的润湿,平版的表面结构和润湿性,印刷中的油墨,b.表面张力低：3.0-3.610-2N/m,a.为弱极性的非极性分子,印刷中的水,b.表