第三章　油墨的传输和转移

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。油墨在前两个行程中完成传输，在最后行程中完成转移。与这三个单元行程相对应，印刷机的印刷部分也由三组机构组成。图3-1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。


图3-1　印刷机的印刷部分

一、给墨行程的油墨传输

　　给墨行程指的是油墨从墨斗传输到匀墨辊的过程，性能良好的给墨装置和流变特性良好的油墨是给墨行程顺利进行的重要条件。

　　为了保证印刷品有上乘的质量，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2～３μｍ之间，涂料纸的印刷品，墨层厚度约在1μｍ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。

　　凸版印刷和平版印刷中都采用高粘度的油墨，常见的给墨装置如图3-2所示。在给墨行中，低速转动的墨斗辊从墨斗中将油墨卷起，油墨在墨斗辊上呈薄膜状，间歇摆的传墨辊周期性地与墨斗辊，油墨就从墨斗辊传输到快速转动的匀墨辊上，完成给墨行程。给墨量则由墨斗辊与油墨接触的弧度和给墨调节板(即墨斗刀片，下同)与墨斗辊的间隙来控制。

　　图3-3给出了墨斗刀片的两个位置。AB₁和AB₂分别是与这两个位置相地应的墨斗辊与油墨的接触弧长。如果保持墨斗中墨量不变，则从图中容易看到α₁＞α₂，AB₁＞AB₂，θ₁＞θ₂，即θ角愈大，墨斗辊从墨斗中带走的墨量愈多。此外，在墨斗辊与墨斗刀片之间有个间隙Δｌ。在使用高粘度油墨的条件下，Δｌ愈大，墨斗辊带走的墨量愈多。如果印刷品的墨层厚度为δ，每次印刷的给墨量就应与δ适应，即δ要受到θ和Δｌ的控制。不过，印版的图文部分并不均匀，给墨量相应地应有所变动。一般近似为，δ与θ、Δｌ成正比，因而有
δ＝c·θ·Δｌ　　　　　　　　　　　　(3-1)

　　c是个常数，主配给墨装置的结构形式、尺寸等有关。


图3-2　胶印机的给墨装置


图3-3　影响给墨量的因素

　　墨层厚度的变化，不仅出现在墨斗辊改变旋转角度时，而且墨斗容墨量高度改变也会影响墨层厚度的变化。图3-4描绘了这方面的实验结果。当印刷一批7000张的印件时，墨斗容量从2000张起逐渐减少。

　　图3-4的实验，是在机器温度、印刷速度、润湿液供给量均不变的情况下进行的。当墨斗中的油墨水平面从V0减少到V1(约减少500ｇ墨)时，油墨的传输和转移没有什么变化，印刷品的实地密度基本保持不变。当油墨水平面从V1降到V2时，实地密度开始政策，墨层厚度有微量减少。当油墨水平面从V2继续降低至V3时，实地密度则随之减小，印刷品上墨色减淡，故在印刷过程中，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。


图3-4　墨斗填墨量对印品质量的影响

　　在给墨行程中，墨斗辊的旋转使墨斗中的油墨受到剪切。多数油墨属于塑性流体，当剪切应力达到屈服值时方才开始流动。墨斗中的油墨，自墨斗辊表面起，由近而远剪切作用逐渐减小。因此，靠近墨斗辊表面的油墨作剪切流动，远离墨斗辊表面的油墨则只是靠重力作用流向墨辊，如图3-4上图所示。另方多数油墨都具有触米性，在持续的剪切作用下，粘度会有所下降，油墨的流动会趋于流畅。显然，油墨的屈服值过高或过低都不利于给墨行程。如果油墨的屈服值过高，墨斗辊旋转所引起的剪切作用可能不足以引发油墨的剪切流动，如果油墨的屈服值过低，甚至完全失去塑性，则可能形成油墨的流泻。油墨的触变性并非愈大愈好，流体的触变性愈大，粘度降低所需要的持续的机械作用愈强。如果油墨的触变指数过高，墨斗辊旋转形成的持续的剪切作用，不能使油墨的粘度有足够的下降，则可能由于油墨的内聚力大于油墨与墨斗辊的粘附力，而形成如图3-5(b)图所示的不下墨现象。经验表明，用拉雷粘度计测得的油墨屈服值在4.0×10²Pa左右，给墨行程顺指数大至3.2，便发生不下墨现象。为了引发油墨的触变，降低油墨的表观粘度，提高油墨的流动性，在高速印刷机的墨斗中，常常配备自动搅拌装置。


图3-5　给墨行程的油墨传输

二、分配行程的油墨传输

　　平版和凸版印刷机的输墨系统如图3-6所示，油墨从给墨行程传递出来以后，是经过众多的墨辊，才能抵达印版表面，为长墨路系统。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。油墨在分配行程中，一方面被许多墨辊频繁的剪切而改善了流动性；另一方面也被许多墨辊辗布而变得均匀，到达印版的油墨便有了良好的流动性而且均匀稳定。在保证分配行程油墨传输质量方面，印刷机传输系统的性能和粘度，作用是非常重要的。


图3-6　输墨系统

　　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，可看成是刚性辊。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，可看成是弹性辊。这两种墨辊间隔排列，相互对滚，串墨辊还能够沿墨辊的轴向作小距离(2～3cm)的往复运动，使油墨在墨辊和周向和轴向同时受到辗布作用。重辊由金属制成，重量较大，同时与匀墨辊相互滚压，靠重力保证各辊间靠有足够的摩擦，进行正常的运动。

　　匀墨装置的匀墨性能用匀墨系数K_c来表征。K_c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，即
K_c=A_匀/A_版=∑A_i/A_版=π·L∑D_i/A_版
　　(3-2)

　　式中L为墨辊长度，D_i为第i根墨辊的直径，A_i为第i根墨辊的匀墨面积，n为墨辊的数。K_c值愈高，匀墨性能愈好。但实际参与辗布油墨的墨辊表面积，仅仅是两根墨辊相接触的狭长条带，甚至窄到可以用一条线近似表示。因此，墨辊愈多，接触线数愈多，油墨被辗布得愈是频繁，两次被辗布的间隔时间愈短，致使破坏了的油墨结构来不及恢复，匀墨效果自然更好。所以，为了提高匀墨性能，对匀墨装置采用增加墨辊数的办法，可使K_c值保持在3以上。

　　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。

　　着墨装置的着墨性能用着墨系数K_d来表征。K_d等于着墨装置中所有墨辊的着墨面积叫和A_着与印版面积A_版之比，即
K_d=A_着/A_版=∑A_j/A_版=π·L∑D_j/A_版
　　(3-3)

　　式中，D_j为第j根墨辊的直径，Aj为第j根墨辊的着墨面积，m为着墨辊的数目。K_d值愈高，着墨性能愈好，由于着墨辊的数目一般是固定的，所以提高K_d值只能依赖于增大墨辊的直径。通常要求K_d＞1才有良好的着墨性能。匀墨系数K_c与着墨系数K_d之和叫贮墨系数K_g，即
K_g＝K_c＋K_d　　　　(3-2)


　　K_g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。

　　从以上的分析中可以看出，墨辊数目的增加，可以提高分配行程的匀墨着墨和贮墨性能，表3-1列出了五种典型印刷机的墨辊数目。
表3-1 五种典型印刷机的墨辊数目

印刷机机型	串墨辊(根)	匀墨辊(根)	重辊(根)	着墨辊(根)	合计(根)
LP1011凸版轮转机	4	7	3	4	18
J2180平版胶印机	4	7	2	4	17
日本小森四色平版胶印机	5	6	4	4	19
西德米勒平版胶印机	6	5	3	4	18
西德海德堡平版胶印机	5	5	5	4	19

　　在整个分配行程中，油墨都处在高剪切应力的作用下，计算表明，当印刷速度达到24000转/小时时，油墨受到的剪切应力达到10⁶Pa，而且剪切应力的作用周期非常短。这样大的应力易使油墨的结构破坏，这样短的周期内油墨结构又来不及恢复，结果是引发油墨的触变现象，使其表观粘度下降，流动性能改善，油墨在分配行程中得以顺畅传输。

三、油墨传输中胶辊的粘弹性效应

　　在第二章第三节中曾介绍过粘弹性材料的一般动力学特性，指出，粘弹性材料在周期性应务的作用下，产生的应变也是周期性的，且相位滞后于应力。在应力?就曲线上形成所谓滞后圈，其面积即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。内耗若得不到及时发散，会使材料及周围环境温度升高。

　　在匀墨装置和着圉装置中，金属辊与胶辊交错排列，两辊间滚压的接触压力是周期性的，对于所有胶辊，不仅要考虑其弹怀，而且要考虑粘性，是粘弹性材料。在高速印刷机，特别是超高速卷筒纸印刷机上，周期性的接触压力频率很高，内耗很大，转化的热量使墨辊和周围的油墨温度升高。这可能导致胶辊表面的高聚物胶层加快老化，并失去弹性，破坏墨辊传输油墨的性能，甚至可能改变墨辊的尺寸，影响墨辊的速度传递。同时可能使墨辊周围油墨的粘度因温度升高而下降，使油墨在墨辊间的流动更加难以控制。这些因素都对印刷有不利影响，因此要尽可能选择内耗小的高物材料制造胶辊，保证油墨的正常传输。


图3-7　Δt(℃)和b′的关系


图3-8　Δd与t(℃)的关系

　　胶辊在油墨传输过程中温度的上升，是由墨辊间的接触压力引起的，接触压力与接触面积有关，在胶辊长度一定时，即与接触宽度有关。图3-7是橡胶墨辊的温度升高Δt(℃)和墨辊间接接触宽度b′的关系曲线。实验表明，胶辊的温度升高Δt(℃)与接触宽度b′(mm)成线性关系，大约接触宽度每增加1mm，胶辊温度约升高3℃。

　　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，且橡胶层愈厚，墨辊直径的膨胀量愈大(参见图3-8)。如果在匀墨装置中，不去增大墨辊的直径，而是增加墨辊的数目，就不仅能够提高匀墨系数K_c，而且可保持间接触宽度不再增大，胶辊的温度上升不会很高。为了保持胶辊尺寸的稳定性，所包覆的胶层自然薄比厚好。

　　在传输油墨的过程中，胶辊的辗压和摩擦，造成印刷机输墨装置温度的慢慢上升。图3-9是在小型双色胶印机上，连续印刷过程中，所测定的温度变化情况。当机器运转两小时，墨斗，串墨辊、着墨辊的温度都有所升高，4小时后，温度继续升高，而温度最高的地方是串墨辊。当印刷机运转7小时后，墨斗、串墨辊、着墨辊的温度近似于相等。因此，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收到良好的效果。


图3-9　输墨装置的温度变化

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第三章　油墨的传输和转移]