第三节　金属的丝网印刷

　　金属丝印的范围很广，可印刷各类标志根、面板、标牌及金属成型品等。它们大都用直接印刷来装饰，在丝印技巧上无多大差别，只是金属制品都属耐用品，表面装饰性要求更高、更耐用，因此印前多进行表面处理，如表面涂层、电镀、阳极氧化或机械打毛（旅纹、拉丝）等。印刷时，要保证表面的洁净，因此作业时务必戴手套。若处理过的表面上积有油脂、指纹及灰尘等污迹，必须用三氯乙烯、稀释剂和汽油等溶剂洗除。另外，根据金属的表面性能选用适当的印刷油墨，如氨基烤漆及环氧烤漆的涂层面上，要用氨基及环氧树脂类热固油墨；硝基清漆等自然干燥型的涂层上，可用溶剂挥发型或氧化干燥型油墨，但必须慎用溶剂或稀释剂，以防止破坏漆面，且在印刷后增涂一层罩光油，以提高光泽和保护整个表面；金属的电镀表面也可用热固油墨印刷，但须注意电镀层与金属的热膨胀系数之差，以控制加热温度，避免膨胀系数相差悬殊而导致镀层开裂；铝板的阳极氧化会形成一层空隙均匀的氧化层（厚约2～10μm），具有较大的表面积，能提高涂层（油墨）的附着力，另外，还有吸附染料的性能，能用扩散型油墨或浸染法制作染色标牌。
　　一、金属丝印的印前处理
　　在金属表面上进行丝网印刷，其表面必须经过前处理。金属表面的前处理工艺，也称为印前加工。金属表面的前处理有多种方式，如除油、抛光、拉丝氧化砂面处理、喷漆……。这些工艺可以按照产品的不同要求，根据底层材料的情况，单独或配合使用，以达到预期的效果。
　　铝合金标牌是丝网印刷业接触最多的产品，下面以铝合金表面处理为代表，简要介绍金属丝印的前处理工艺。
　　铝合金标牌前处理的目的主要有二个，一是装饰性，即去除铝板材的某些缺陷增加其表面的美观程度；二是工艺性，即借助于某些前处理工艺改变材料表面光洁程度以增强印刷涂料在其上的粘结力。铝合金板的前处理方法很多，简介如下。
　　1．除油。除油属于工艺性前处理。为了使铝板表面对印刷涂料有一定的亲合性，要求把板材表面的油污除去。一般封装油污可用细软锯木措除后，再用有机溶剂去油；机械加工中的油污，则可用有机溶剂揩洗或用碱性溶液化学除油。常用碱性除油溶液的配方介绍如下：
　　①简易配方及工艺条件：
　　　　碳酸　　　　　　　　　　　　　　50～60g；
　　　　水　　　　　　　　　　　　　　　加至1000ml；
　　　　溶液温度　　　　　　　　　　　　60～80℃；
　　　　清洗时间　　　　　　　　　　　　2～5分钟。
　　②常用配方及工艺条件：
　　　　碳酸　　　　　　　　　　　　　　30g；
　　　　磷　　　　　　　　　　　　　　　50g；
　　　　硅酸钠　　　　　　　　　　　　　10g；
　　　　水加至　　　　　　　　　　　　　1000ml。
　　　　溶液温度　　　　　　　　　　　　60～80℃；
　　　　清洗时间　　　　　　　　　　　　2～5分钟。
　　2．抛光。抛光是克服金属材料表面缺陷，提高其表面光洁度的常用方法。抛光大体可分为机械抛光、化学抛光和电化学抛光三大类。
　　机械抛光时先采用布轮抛光机加抛光膏对材料表面进行租抛磨，再用细布轮精抛，使材料表面达到要求的光洁效果。多用于阳极氧化染色标牌和旋纹、折光标牌用的铝板材的装饰性处理。机械抛光后的铝板，为了获得较高的光亮度及良好的氧化效果，有时还需要进行化学抛光和电化学抛光。化学抛光多在酸性溶液中进行。电化学抛光则是更高的表面精加工方法，可以获得光亮度更高的“镜面”效果和减少大气对铝板表面的氧化。
　　① 铝的化学抛光溶液配方和工艺条件如下（供参考）
　　　　磷酸（比重1．70，浓度90％） 　　　　　　（体积比）75％
　　　　硫酸（比重1．84，浓度98％）　　　　　　　15％；
　　　　硝酸（比重1.42，浓度65％）　　　　　　　10％；
　　　　硫酸镍　　　　　　　　　　　　　　　　　2g／1000ml；
　　　　溶液温度　　　　　　　　　　　　　　　　100～ 115℃；
　　　　抛光时间　　　　　　　　　　　　　　　　1～15分钟。
　　②酸性电化学抛光溶液的配方和工艺条件如下（供参考）：
　　　　磷酸(比重1.7O，浓度90％）（体积比）　　　9O％；
　　　　甘油（丙三醇）　　　　　　　　　　　　　1％；
　　　　溶液温度　　　　　　　　　　　　　　　　55～65℃；
　　　　电压　　　　　　　　　　　　　　　　　　12～20V；
　　　　电流密度　　　　　　　　　　　　　　　　10～30A/dm2；
　　　　抛光时间　　　　　　　　　　　　　　　　l～4分钟。
　　③碱性电化学抛光溶液的配方和工艺条件如下（供参考）：
　　　　水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1000ml；
　　　　无水碳酸钠　　　　　　　　　　　　　　　300g；
　　　　磷酸钠　　　　　　　　　　　　　　　　　100g；
　　　　氢氧化钠　　　　　　　　　　　　　　　　30g。
　　　　溶液温度　　　　　　　　　　　　　　　　80－85℃
　　　　抛光时间　　　　　　　　　　　　　　　　3～5分钟；
　　　　电压　　　　　　　　　　　　　　　　　　12V；
　　　　电流密度　　　　　　　　　　　　　　　　3～6A／dm2。
　　　　配制时应边加热边搅拌，完全溶解后方可使用。
　　④电化学抛光后可以下列溶液和工艺条件去膜：
　　　　水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1000ml；
　　　　磷酸（比重1.70，浓度 90％）　　　　　　35ml；
　　　　铬酥（三氧化铬）　　　　　　　　　　　　20g。
　　　　溶液温度　　　　　　　　　　　　　　　　90～100℃；
　　　　时间　　　　　　　　　　　　　　　　　　去尽为止。
　　3．拉丝与旋纹。拉丝可根据装饰需要，制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。
　　直纹拉丝是指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦（如在有靠现装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷）获取。改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。制取原理：采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。
　　乱纹拉丝是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。
　　波纹一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。
　　旋纹也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。
　　螺纹是用一台在轴上装有圆形毛毡的小电机，将其固定在桌面上，与桌子边沿成60度左右的角度，另外做一个装有固定铝板压茶的拖板，在拖板上贴一条边沿齐直的聚酯薄膜用来限制螺纹竞度。利用毛毡的旋转与拖板的直线移动，在铝板表面旋擦出宽度一致的螺纹纹路。
　　4．喷砂。喷砂处理是为了获得膜光装饰或细微反射面的表面，以符合光泽柔和等特殊设计需要。同时，可以使丝印时印料和承印物的结合更牢固。喷砂通常在专用喷砂机内进行。根据砂面粗细程度的要求，选择适当目数的石英砂，喷制成适当的砂面。均匀适度的喷砂处理，基本上可以克服铝材表面的常见的缺陷。
　　5．氧化染色。用铝作基村，采用氧化染色工艺来制作丝印标牌是目前应用较为普遍的一种方法。在铝和铝合金材料中，以高纯铝、1～4号工业纯铝、LT66特殊铝合金及铝镁合金为较理想的用料。5号以上硬铝由于其含铜量高，锻铝合金由于含硅而不适合用来氧化染色。氧化前需进行有关的化学处理或电化学处理。氧化按其加工方法分有化学氧化和电化学氧化。化学氧化膜较薄（约0．5～2μm），膜质柔软，抗蚀能力及耐摩擦性较电化学氧化膜差，染色后效果也较差。
　　化学氧化按其所用材料分有碱性溶液氧化、磷酸盐－铬酸盐氧化及铬酸氧化。电化学氧化亦可分为硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化、草酸阳极氧化等等。
　　各类氧化溶液的配方及工艺条件（溶液温度、电流密度、氧化时间、杂质含量等）都是影响膜层质量的重要因素。要得到理想的、符合要求的氧化膜层，除了选择正确的配方外，还要采用正确的操作方法以及由实践经验总结而来的溶液的维护和调整技术，使之适应生产的需要。下面举例说明各类阳极氧化溶液的典型配方及工艺条件。
　　①一般装饰用硫酸阳极氧化：
　　　　硫酸　　　　　　　　　　　　　　　　150～200g／L。
　　　　工作温度　　　　　　　　　　　　　　15～252；
　　　　电压　　　　　　　　　　　　　　　　18～24V；
　　　　阳极电流密度　　　　　　　　　　　　0.8～1A/dm²；
　　　　时间　　　　　　　　　　　　　　　　40～60分钟。
　　②高耐磨硬质股件的硫酸阳极氧化：
　　　　硫酸　　　　　　　　　　　　　　　　70～100g/L。
　　　　工作温度　　　　　　　　　　　　　　0±5℃；
　　　　电压　　　　　　　　　　　　　　　　20V；
　　　　阳极电流密度　　　　　　　　　　　 0．5A／dm²；
　　　　时间　　　　　　　　　　　　　　　　15分钟。
　　③铅酸阳极氧化；
　　　　铬酥　　　　　　　　　　　　　　　　50～60g／L。
　　　　工作温度　　　　　　　　　　　　　　32～38℃；
　　　　电压　　　　　　　　　　　　　　　　25～50V；
　　　　阳极电流密度　　　　　　　　　　　　1.5～2.5A／dm²
　　　　时间　　　　　　　　　　　　　　　　60分钟。
　　④草酸阳极氧化：
　　　　草酸　　　　　　　　　　　　　　　　30～33g／L。
　　　　工作温度　　　　　　　　　　　　　　15～30℃；
　　　　阳极电流密度　　　　　　　　　　　　l～2A／dm²；
　　　　时间　　　　　　　　　　　　　　　　2小时；
　　　　电压（采用梯形电压）　　　　　　　　0～40V，5分钟；
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　70V，5分钟，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　90V，5分钟，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　90～110V，　15分钟，
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　110V，90分钟。
　　因为草酸阳极氧化膜致密，电阻高，只有提高电压才能获得厚的氧化膜。
　　铝氧化一般在氧化槽中进行，挂具是铝材与阳极板唯一导电通电流的工具。挂具应符合下列要求：导电性能要好，一般采用弹性较好的铝合金制成：紧固件可采用硬塑料制作，接触面宜小，接触要良好；挂具两端不接触部分，应用耐酸碱的涂料保护，以节约用电；用过的挂具在下次应用前，必须煮减，退除具有绝缘性的氧化膜，保证导电良好；挂具的形状、大小、规格各异，应以好用顺手为原则，可设计专用挂具。
　　铝氧化膜疏松、多孔，吸附能力强，能染成多种鲜艳夺目的颜色，以满足装饰的需要。但在铝合金中，由于所含杂质的种类和含量不同，染出色泽亦不相同，必须慎重选择，加以必要的试验。染色用的染料常有酸性染料（如酸性大红GR、首素黄、直接耐晒蓝等）、直接染料、活性染料、碱性染料或无机染料（各种金属盐），如表4-22和4-23所列。
　　6．砂面处理。砂面处理亦称化学砂面腐蚀、化学烂砂处理，是一种采用化学处理使材料表面取得喷砂效果的加工方法，尤适用于铝材表面处理，其砂面的均匀性远优于喷砂处理。 化学砂面腐蚀分酸性腐蚀和碱性腐蚀。
　　①酸性腐蚀液配方及工艺条件：
　　硫酸按　　　　　　　　100g
　　表4－22 有机染料染色工艺规范

颜色	染料名称	含量（g/L）	温度（℃）	时间（分钟）	PH值
黑	苯胺黑 酸性元（NBL） 酸性黑（ATT）	5～10 10～15 10	60～70 60～70 －	15～30 15～30 2～10	5～5.5 5～5.5 4．5～5.5
红	直接耐晒桃红（G） 铝红（2BLB） 西红	2～5 2～5 5～10	60～70 － 60～70	1－～5 2～5 10～20	4．5～5 5～5.5 5～5.5
蓝	直接耐晒翠蓝（GC） 酸性湖蓝（B） 活性艳蓝	2～5 10～15 5	60～75 － －	1～5 3～8 1～5	4．5～5 5～5.5 4．5～5.5
金黄	溶蒽素金黄（IGK） 溶蒽素桔黄（IRK） 活性艳橙	0. 035 0.17 0.5	－ － 70～80	1～3 1～3 5～15	4．5 4．5 5～5.5
绿	酸性绿 直接耐晒翠绿	5 10～15	70～80 －	15～20 5～10	5～5.5 4．5～5
棕	直接深棕（M）	5～6	－	5～10	4．5～5
紫	活性紫	5～7	－	5～10	4．5～5

表4－23 无机盐染色工艺规范

颜色	染料名称	含量（g/L）	温度
蓝	亚铁氰化钾 氯化铁	10～50 10～100	室温
黑	醋酸钴 高锰酸钾	50～100 15～25	室温
黄	醋酸铅 重铬酸钾	100～20 50～100	室温
棕	硝酸银 铬酸钾	50～100 5～10	室温
白	醋酸铅 硫酸钠	10～50 10～50	室温
金黄	硫代硫酸钠 高锰酸钾	10～50 10～50	室温

　　染色方法：先在第一种溶液内染5～10分钟，清洗后再放入第二种溶液中染5～10 分钟，清洗（可重复进行），然后在60～80℃条件下烘干。
　　　　氟化氢铸　　　　　　　　　　　　100g
　　　　水　　　　　　　　　　　　　　　加至　1000ml。
　　　　溶液温度　　　　　　　　　　　　45～65℃；
　　　　腐蚀时间　　　　　　　　　　　　1～3分钟。
　　②碱性腐蚀液配方及工艺条件：
　　　　氢氧化钠　　　　　　　　　　　　40～50g；
　　　　碳酸钠　　　　　　　　　　　　　40～50g；
　　　　洗涤剂　　　　　　　　　　　　　3～5ml；
　　　　水加至　　　　　　　　　　　　　1000ml。
　　　　溶液温度　　　　　　　　　　　　60～70℃；
　　　　腐蚀时间　　　　　　　　　　　　视要求的砂面粗细程度而定。
　　化学烂砂处理的配方多种多样，读者可参考有关资料选择应用，本书不再赘述。
　　化学砂面也可通过使用厂家生产的砂面剂（CKS－84型）来获得。其工艺是：铝板在碱性溶液中脱脂、经酸性溶液中和后，在下面配方中进行砂面处理：
　　　　CKS－841砂面剂（细）　　　　　　　　400ml／L；
　　　　或CKS－842砂面剂（粗）　　　　　　　400ml／l。
　　　　温度　　　　　　　　　　　　　　　　30～60℃
　　　　时间　　　　　　　　　　　　　　　　1～5分钟。
　　然后在30％氢氧化销的40～70℃水溶液中浸渍30～60秒显砂。 　　经CKS－84型砂面剂处理的铝表面，相当于60＃或100＃金钢喷制的砂面效果。 　　
　　7．喷漆。喷漆常用于丝印表盘、刻度盘及面板的印前处理。经过喷漆处理的承印材料，再丝印上所需的装饰图案及文字符号（可以单色也可以多色），加（或不加）罩光保护层即成为成品。该法工艺简单、图文饱满、立体感强、色彩范围广、合格品率高。
　　8．高光加工。高光加工严格说不属于预处理，而是后加工。但由于近来高光切削标牌应用较多，这里只作简单介绍。
　　高光加工是应用金钢刀进行高速切削使标牌及其它装饰件产生高光亮面的工艺。切削过程中由于发热使铝表面产生一层氧化膜，保护加工面长期保持光亮。
　　高光加工设备较为简单，可以专门设计制造，亦可用铣床、钻床改制。加工中工作台面要能快速进给，刀具转速为7000～10000转／分，刀刃角度一般为140°左右，亦有特殊要求的，可使用多种不同角度的刀具。据介绍，日本的“万能高光机”配有一套12把不同角度的刀具，刀刃角度有30°、45°、60°、75°、90°、130°、140°、 160°等。
　　高光加工的零件由于光泽度高，加上配以粗细刀纹，利用折光原理，可以大大增强装饰效果，很受人们欢迎。

[时间：2001-05-14  作者：郑德海　郑军明　沈　  来源：《丝网印刷工艺》·金属的丝网印刷]