凹印技术课件第二讲.ppt

第二讲凹版滚筒的制备,筒芯的加工滚筒表面预处理工艺电镀工艺后处理工艺,内容提要：,印刷常用版辊,餐巾纸压花辊,铝箔纸压花辊,凹印滚筒,网纹辊,凹版滚筒,凹版滚筒的基本结构,滚筒的结构,筒芯,镀镍层,基础铜层2mm,隔离层,雕刻铜层0.15mm,镀铬层,凹印产品往往精美漂亮、层次丰富，立体感强等，从印版的多层结构可以看出，其具有明显的技术性。,目前软包装凹印制版公司主要集中在广东、浙江、江苏、上海、河南、河北等省市；珠三角和长三角地区比较集中、技术水平最高，环渤海地区近些年也有很大发展。,烟盒凹版制版企业以云南、广东、山东等省市为主，基本已形成烟包凹印制版基地。,典型滚筒制备的工艺流程,钢坯毛坯,去油,粗加工,活化(用5%硫酸),清洗(用400#水砂摩擦钢辊),浇注隔离层,电雕,镀外铜,电解除油,清洁滚筒,镀铬,清洗,清洗(用800#水砂摩擦钢辊),镀内铜,镀镍,活化(用5%硫酸),活化(用5%硫酸),活化(用5%硫酸),清洗(用400#水砂摩擦钢辊),一、筒芯的加工,筒芯材料分有色金属和黑色金属两种。有色金属材料有铜和铝合金；黑色金属一般是钢铁材料。,铜价格昂贵，加工时容易出现凹空和砂眼，逐渐淘汰；铝合金重量轻，价格低，但电镀工艺复杂。因此，目前国内外绝大部分都采用钢铁材料。,筒芯用的钢铁材料有铸铁和碳素钢。铸铁内部有空隙和气泡，使滚筒表面出现砂眼和凹坑。所以，碳素钢是最常用的铜芯材料。,我国是全世界第一大铜消费国，约占全球的20%，但总储量却有很大反差，资料显示我国铜金属资源储量1670万吨，人均储量不到世界平均水平的一半。近些年，铜的价格越来越高，主要还是消费量越来越大以及储量有限的原因。,因此，中碳钢是最常用的滚筒铜芯材料。,铜芯结构主要有轴形和套筒形两种，前者较为常用。,188,1钢辊的粗加工,钢辊制造有两种，一种是无缝钢管直接加工，另一种是钢板卷压成筒并进行焊接。一般选用45号钢板。,钢辊粗加工对钢管表面及法兰进行加工,车：去除表面杂质，确定尺寸磨：表面平整光滑度,筒面光洁度达到4，粗车余量1.5-2.5mm,车床,磨床,2钢辊的半精加工,3精加工,主要对滚筒外圆轴形滚筒的轴进行必要的加工，以便使轴与滚筒保持同心和良好的动平衡。光洁度可达5，余量在1.5-2mm,在法兰上铣键槽，对滚筒外圆精加工，余量0.01mm以内。,衡量加工精度的指标,动平衡：滚筒旋转时，某圆周各部分产生的离心力相等。同心度：滚筒轴心和外圆圆心在同一直线上。加工精度：精加工的光洁度达7，直径精度达0.01mm。,检查动平衡,根据转子不平衡引起的支承振动来测量不平衡,表面光滑度/粗糙度,轮廓算术平均偏差Ra:在取样长度l内，轮廓偏距绝对值的算术平均值。,微观不平度十点高度Rz：在取样长度内五个最大的轮廓峰高的平均值与五个最大的轮廓谷深的平均值之和。,Unit:um,粗糙度/平滑度检测_PerthometerM1,二、凹版滚筒的电镀工艺,1电镀工艺流程,电镀前处理除油和酸洗,在粗糙锈蚀或粘着污物的版辊表面上不能获得平滑光亮、结合力好的优质镀层。日常生产实践中，镀层出现脱壳、起泡、花斑等故障，往往是由于前处理不当引起的。,油膜一般是在对滚筒车、磨时形成，除油方法有手工除油和电解除油两种。,电解除油：在电极上析出大量气体，大量的气泡起机械搅拌和剥离作用，加速溶液对油脂的皂化和乳化作用；另外，小气泡通过油膜析出时，周围会吸附部分油膜带入溶液，便于除去油脂。,手工除油：用抹布、卫生棉和毛刷沾上除油剂(苯、二甲苯、汽油和碳酸镁等)在滚筒表面擦刷除油。,酸洗,酸洗即化学腐蚀，原理是利用化学药品对金属材料的腐蚀，将滚筒表面的锈皮溶解和剥离。锈皮主要成分是FeO、Fe2O3和Fe3O4组成，因此化学溶液一般是硫酸和盐酸。,在对铁滚筒表面酸洗时，除氧化物的溶液外，钢铁还会与酸反应，不过这种现象对铁滚筒影响不大。,酸洗液,FeO+H2SO4FeSO4+H2OFe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2OFe3O4+4H2SO4FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O,大多数公司采用金属净洗剂，主要由表面活性剂组成，去油效果好，防腐、防锈性能好。,2镀铜,镀铜层质柔软，具有良好的延展性。镀铜槽中的电解液主要是硫酸和硫酸铜。电解铜做阳极，铜金属失去两个电子，变成Cu2+;凹版滚筒做阴极，Cu2+离子在这里吸收电子并附着在滚筒表面,整个过程在硫酸铜溶液中进行。,镀铜原理阳极：Cu-2eCu2+阴极：Cu2+2eCu,半浸式,全浸式,半浸式电流小，质量容易控制，但电镀时间长；全浸式工装件防腐要求高，电流大，质量控制要求高，但电镀速度快，目前全浸式是主流。,镀铜工艺条件,电流密度DK：全浸式为1518A/dm2，半浸式为2030A/dm2。,温度：镀液温度全浸式为421，半浸式为381。温度过低，使电流密度降低，硫酸铜溶液容易结晶析出；温度过高，增强导电性，会使镀层结晶粗糙。,施镀时间：根据法拉第第一定律，在电极上析出或溶解的质量M与通过的电量Q成正比，即M=KQ。镀铜时间根据所要求的铜层硬度而定，一般为11.5小时每槽。,电解阳极：阳极为电解铜球，直径40mm。铜球含磷量越少越好，可以减少铜粉，避免出现砂眼，其含量在0.035%0.05%。,镀层质量标准,1外观标准镀层外观应为玫瑰红色，表面光洁细致，无毛刺，麻点、起泡和起皮现象。2尺寸要求铜层厚度要求达到最佳，而且均匀一致，厚度高低误差应小于0.03mm。太厚易造成浪费，太薄会使雕刻刀碰到隔离层。3硬度要求镀铜层硬度应在180210HV。硬度太高，会出现打针、铜层爆皮现象，硬度太低，网穴又容易变形，(210HV硬度最佳)。,HV-适用于显微镜分析。以120kg以内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值。,铜层的厚度要求,铜层厚度要求达到最佳，而且均匀一致。铜层太厚，铜料消耗大；铜层太薄，雕针容易刻到钢上，易磨损雕刻针或打针。一般质量标准为：软包装版单面厚度为100m，最低为80m以上；铝箔版单面厚度为150m，最低为100m以上；纸张版单面厚度为250m，最低为150m以上。,硬度检查_GEInspectionTechnologiesMIC10,3镀镍,由于筒芯是铁，很难直接在其表面镀铜，因为铁会首先与镀铜液中的铜离子发生置换反应。一般，清洗后的筒芯在完成镀镍后再镀铜。,镍是白色金属，塑性好，具有较高的硬度，在空气和碱液中化学稳定性好，不易变色。镍的抗蚀性比铜好，在硫酸及盐酸中溶解缓慢。,电镀的顺序是先镀镍后镀铜，电镀过程类似于镀铜，阳极为电解镍板，阴极为凹版滚筒，溶液为硫酸镍溶液。,195,镀镍的主要成分,硫酸镍(NiSO47H2O),在镀液中的含量不同公司规范不一，一般为180320g/L，常见的硫酸镍含量在300g/L左右，镀层色泽均匀，采用较高的电流密度时，沉积速度快。氯化镍(NiCl26H2O)在镀液中的含量一般公司规范为3060g/L。氯化镍是阳极活化剂，一方面氯离子可以活化阳极，另一方面，镍离子可以补充溶液中镍离子的浓度。硼酸(H3BO3)是缓冲剂，可游离出氢离子和硼酸根，其含量一般规范为3055g/L，硼酸在镀镍溶液中具有稳定pH值的作用。硼酸除了具有稳定pH值的作用外，还能使镀层结晶细致，不易烧焦。,阳极：Ni-2eNi2+阴极：Ni2+2eNi镀镍液配方：硫酸镍：200250g/L硼酸：3540g/L氯化钠：2025g/L电流：3A/dm2温度：40pH值：5.5,镀镍原理,凹版电镀设备,工艺条件,温度：401，温度高有利于导电，但过高会使溶液蒸发量增加，且镍盐易水解，生产氢氧化镍沉淀。,电流密度：电流密度受镀液的浓度、温度、pH值等影响。电流大可加快沉积，但不易过大，否则电流效率降低，在阴极镀件上有大量氢气析出，镀层表面产生针孔麻点，影响镀层质量，一般其密度为34A/dm2。,施镀时间：1520分钟。,PH值：过大镀液分散能力大，镀层起泡，用盐酸或稀硫酸调整；过小镀层粗糙有毛刺，用稀碱液调整，或用碳酸镍。,4浇注隔离液,酸性隔离液：KCN(30g/L)和AgNO3(25g/L)碱性隔离液：NaOH(30g)和(NH4)2S(100ml),水500ml隔离液要求：牢固粘住制版铜层，不致于发生故障，又要便于剥离,目的：完成印刷或制版失败后，把制版铜层从基础铜层剥离，重新镀上制版层。,212,5应用广泛的镀铬工艺,纯镀铬的LAMBORGHINI,blackberry,花洒,FromSpain,Zippo,SONYVAIO,镀铬,镀铬的必要性铜的硬度低，印刷时刮墨刀容易将版刮坏，耐印力不超过3000。,镀铬层的特点硬度高低，达到8001000HV耐磨性高耐热性高，400化学稳定性好易溶于盐酸和热硫酸中,镀铬工艺流程,滚筒清洗：彻底清除表面的氧化杂质，不能有锈斑痕迹。用碳酸镁加酒精，用含洗衣粉或洗洁精的温水调成糊状，用海绵擦洗。最后用自来水冲洗，并用稀硫酸中和，增加活性。,电镀液：主要成分是铬酐(CrO3)和硫酸，浓度有高、中、低三种，中等浓度的铬酐含量为180250g/L最为常用铬酐：200250g/L硫酸：22.5g/L溶液温度：5560电流密度：4050A/dm2,镀铬原理,阴极反应：2H+2eH2Cr2O72-+8H+6eCr2O3+4H2OCr2O72-+H2O2CrO32-+2H+CrO42-+8H+6eCr+4H2O,阳极反应：2H2O-4eO2+4H+Cr2O3+H2O-6eCr2O72-+8H+,镀铬工艺条件,溶液浓度铬酐和硫酸浓度适宜镀铬温度一般控制在5060，最佳为5255。温度降低1度，硬度会提高60HV。镀铬时间传统镀铬为40分钟，镀硬铬为30分钟。先进工艺掌握总结硬度、电流密度、温度都各因素的相互关系，可参考日本全浸镀铬条件。,6研磨抛光处理,目的：提高印版表面的光洁度，增加承印量，保证网点变化稳定。,一些大制版公司，产品档次高，都采用瑞士产的MDC的polishmaster车磨联合机。加工后的版滚筒，一是同心度特别精确，几何精度误差小于0.005mm；二是版滚筒的光洁度达到镜面光亮；三是完全符合印刷适性。,研磨工艺中,为了获得高质量的版滚筒，应根据车磨联合机的新旧情况，规范4种工艺流程。新车磨机：滚筒铜层车磨加工电雕。用了几年后的车磨机：滚筒铜层车磨加工抛光电雕。再用了几年后的车磨机：滚筒铜层车磨加工3000#精磨抛光电雕。旧车磨机：滚筒铜层800#研磨3000#精磨抛光电雕。,抛光工艺,目前，常用抛光方法主要有机械抛光和手工抛光两种。,对印版最外层的镀铬层抛光时，应该有一定的粗糙度，根据不同承印物，光洁度不同，OPP薄膜一般为56um，纸张一般为8um，从而避免版辊的带墨和刀丝现象。抛光后的网点一般会变小，应在总的工艺设计中考虑到。,抛光膏的选用最重要，多数公司采用硅碳材料为主的油性抛光膏，实际生产证明效果很好。抛光时抛光膏务必涂抹均匀，压力均匀，抛力不能太大。抛一个来回，特别注意两端要抛光亮，抛光完后即可进行电子雕刻。,7滚筒的退铬,退铬原因：在生产中经常出现铬层不符合质量标准，或滚筒铬层在印刷过程中逐渐被磨损变薄，使网点深度变浅，就需要退铬或重新镀铬。,常用退铬方法主要有化学退铬和电化学退铬法。前者使用盐酸溶液，对版辊浸泡，退铬速度很快。后者又称氢氧化钠法，在NaOH溶液中，将滚筒放在阳极，利用电解法将Cr金属变成正价离子。,退铬液,(1)氢氧化钠法配制浓度为80g/L的氢氧化钠电解溶液，把版滚筒浸入溶液中，慢慢旋转滚筒并通电，电流密度为1013A/dm2，电压为45V。这样退去铬层一般需要30分钟。(2)盐酸法先用蒸气或电流使体积比为11的盐酸溶液升温，然后再放入版滚筒，浸10多分钟后就可退去铬层。速度快是这种方法的优点。(3)稀硫酸与添加剂法国外出现了一种以稀硫酸与添加剂协同作用的退铬工艺，其退铬时间只需4分钟，而且无过腐蚀，适应高效率生产的需要，但添加剂较贵。,电镀化学原料处理,1铬及其化合物2镍3铜及其化合物4盐酸5硫酸6氢氧化钠,一定要加强电镀废水的处理，做好环保和健康工作。,认真阅读p231,复习,1试对凹印与胶印的特点进行比较。2分析滚筒的结构以及每部分的作用。3总结镀铜工艺流程。,