印刷原理与工艺ppt课件

第四章 油墨的传输和油墨转移 Ink Transfer,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,Heidelberg M600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,cd,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： 04.0102Pa ,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Kc3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Kd1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 KcKd,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：AB,AB1/2（AB）,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0,76100a,61/2（75）,51/2（64）,41/2（52）,31/2（40100a）,21/2（31）,11/2（20）,0100a1/2（31）,34,2、油墨在墨辊间的分配,1050a,20100a,30150a,40200a,50300a,60400a,70500a,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(N1)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 hh0x22R dp/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,fy/x100%,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,fy/x100%,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xy的比值， 用e表示,ey/(x-y)100%,x,y,A B,A:理想 B:实际,63,2、油墨转移量的分析,在理想情况下：f50%,即：y1/2x,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,AIC 2-5型印刷适性试验机结构图,65,1、油墨转移方程的建立,二、 WF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 0F(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：xb(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)fx- 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)=fxb(1f),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)=fx+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 ftg,。,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 y0.44x0.34 直线的斜率为tg0.44，2348，截距I0.34。代入前二式得 f0.44 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k k=(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、 WF油墨转移方程的修正,y(x)=F(x)b(x)fx- b(x),WF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u F=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X1.42，与F(x)0.8134对应的x2.78，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、WF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）, b0，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影响很小。,当 x 较小时，f金属版 f树脂版 原因：分子间的作用力的影响。,92,2、印版的影响,图文形式 f实地 f线条 f网点 原因：油墨铺展的影响,93,3、印刷压力的影响,当 x 较大时， P 对 f 几乎无影响。 原因：这时，b（x）b，F（x）1,当 x 较小时，P，f 原因： P， b（x）， F（x）,不同印刷压力下的油墨转移率曲线,94,4、印刷速度的影响,V，f 原因：接触时间对b（x）、 F（x）的影响 f平压平 f圆压平 f圆压圆,油墨转移率f与印刷速度的关系曲线,95,二.转移方程的应用,1.计算油墨的转移系数,2.计算油墨的转移率,96,第七节 考虑纸面形状的油墨转方程,建立WF油墨转移方程的数学模型中，没有考虑纸张表面的形状。这导致该方程应用上有局限性 y1=y凸+y凹 =a(x-x)+f1(1-a)(x-x) =(a+f1-af1)(x-x) (a),97,纸面形状和凹坑形状的数学模型,图 油墨转移中的墨量分配 (a)印版墨量较小的情形 (b)印版墨量较大的情形,98,印版墨量x较小时，纸面凹坑未填满油墨。设印版墨量x中有一部分墨量x附着在印版上不能进行转移，则印版与纸面间的自由墨量为x-x。x-x中有一部分墨量y1在压印过程中转移到纸面上。y1是印版墨量较小条件下的转移墨量，它由两部分组成：一部分墨量y凸是渗入凸台毛细管中固着的；另一部分墨量y凹是填入凹坑存留的，得,99,当油墨恰好填纸纸面凹坑时，油墨转移率达到最大值fm，与之相应的印版墨量为xm，因此，(4-42)式在xxfm条件下成立，(4-43)式在xxfm条件下成立。上述二式是考虑了纸面形状影响的油墨转移方程。,100,凹版印刷中的x较大，可用极平滑、吸收性极低的承印材料，通过实验测得，平版或凸版印刷中的x较小，忽略不计，则(4-42)和(4-43)式简化为：,101,油墨转移方程的研究，至少有三个方面的意义：第一，形成了一个从建立数学模型到赋值求解的油墨转移数量分析的方法。第二，相当准确地给出了转移墨量与印版墨量之间的数量关系。第三，方程参数的赋值与分析，将油墨转移的关系与纸张油墨的印刷适性联系起来，使油墨转移方程更具有实用价值。,102,