第五章　平版印刷的油墨转移

第六节　确定滚筒包衬的理论与方法

　　平版印刷是把印版图文上的油墨先转移到橡皮布上，然后再把橡布上的油墨转移到纸张或其它承印物表面。在油墨的两次转移过程中，印版图文表面和橡皮布表面之间、橡皮布表面和承印物表面之间，都必须保证有极小的距离，使其间的油墨质点与这些表面充分接触，致使分子力发挥作用，这样才能完成油墨的转移。为此，必须使印版滚筒表面和橡皮滚筒表面相互挤压，橡皮滚筒表面和压印滚筒表面相互挤压，这两种相互挤压的力即是平版印刷中的印刷压力。前者叫印版压力，简称版压。后者叫压印压力，简称印压。因为滚筒包衬的变形总量能够间接地表示相应的印刷压力，所以平版印刷机的版压和印压，如图5-26所示，可以用压缩量λ_版-橡和λ_橡-压表示。按照λ的定义，λ_版-橡和λ_橡-压可按下列公式进行理论计算：
λ_版-橡=R_版+δ_版+δ_橡+R_橡-H_橡-压　(5-5)

λ_橡-压=R_压+δ_纸+δ_橡+R_橡-H_橡-压　　(5-6)
式中，R_版、R_橡、R_压分别是印版滚筒、橡皮滚筒、压印滚筒的筒体半径。δ_印、δ_纸、δ_橡分别是印版及其衬垫、纸张、橡皮布的厚度。H_版-橡和H_橡-压分别是印版滚筒与橡皮滚筒之间、橡皮滚筒与压印滚筒之间的中心距。



图5－26 平版印刷机的压缩量

　　若把印版滚筒、橡皮滚筒、压印滚筒的筒体以及印版看成是刚性的，忽略它们和纸张的变形，则可以认为平版印刷压力主要来自橡皮布的弹性变形。这样橡皮布的性质、橡皮滚筒的滚压状态，就成为决定平版印刷质量优劣的因素之一。因此，提高橡皮布的印刷适性，合理地确定滚筒的包衬，使印版滚筒、橡皮滚筒、压印滚筒之间获得理想的滚压状态，对提高平版印刷质量有着重要的意义。

一、橡皮布的性能与变形

　　橡皮布是按照平版印刷的工艺要求，考虑到平版印刷机滚筒的中心距、包衬的厚度等因素设计制造的。普通橡皮布的结构如图5-27(a)所示，由耐油性、传墨性良好的表面橡胶层棉布骨架层和弹性胶层组成。总厚度有1.6～1.7mm和1.8～1.9mm两种规格。

　　1.普通橡皮布的技术要求。橡皮布是平版印刷机用于油墨转移的主要材料，平版印刷质量的优劣，很大程度上取决于橡皮布的印刷性能，为了获得网点清晰、墨色均匀、层次丰富的平印产品，对橡皮布有下面的一些技术要求。

　　①油墨传递性。指橡皮布传递油墨的能力，包括接受油墨的能力和转移油墨的能力，通常用油墨传递率f_传表示，即
f_传=转移油墨量/吸附油墨量×100%

　　f_传愈大，橡皮布传递油墨的性能就愈好。

　　②伸长。指橡皮布在一定的张力作用下所超出原来长度的量，通常用伸长率来表示，即
伸长率=（橡皮布受力后的长度-橡皮布原来的长度）/橡皮布原来的长度×100%
橡皮布的伸长主要取决于底布的强度。伸长率大的橡皮布容易拉伸，导致胶层减薄、弹性降低，故橡皮布的伸长率愈小愈好。


图5-27　橡皮布的结构

　　③底布。底布是橡皮布的“骨架”，既要平整、无折痕、无线结等，又要具有良好的抗拉强度，故用高级棉纤维纺织而成，其断裂强度经线为130kg/5cm，纬线为50kg/5cm以上，断裂伸长经线为11%以下。

　　④弹性。指橡皮布在去除引起其变形的外力后，变形恢复的能力。用于胶印的橡皮布，要求在离开压印区的瞬间，即恢复因印刷压力而产生的变形，所以橡皮布必须具有高弹性。

　　⑤表面胶层的耐油、耐溶剂性。指橡皮布表面胶层抵抗油和某些溶剂渗入的能力。耐油、耐溶剂性差的橡皮布，接触油墨和溶剂后易膨胀。故要求橡皮布有良好的耐油、耐溶剂的性能。同时还要求橡皮布的表面胶层具有适当的亲油性，能够很好地吸附并转移油墨。

　　⑥压缩变形量。指橡皮布经多次压缩后，因压缩疲劳产生的塑性变形量。因为塑性变形是永久变形，这将使橡皮布的厚度变薄，弹性衰减，不能使用，故橡皮布的压缩变形量愈小愈好。

　　⑦平整度。指橡皮布厚度均匀的程序。通常用平整度误差大小来表示。一般要求橡皮布的平整度误差不得超过0.04mm。否则，印刷品的墨色不均匀，网点严重变形。

　　⑧扯断力。指橡皮布被扯断所需要的最小的力。因为橡皮布在印刷时受到的拉力主要靠底布来承受，所以底布的经纬纱要有相当的强度。此外，表面胶层也要有足够的强度。

　　⑨外观质量。橡皮布的表面要经过表面处理，使其均匀地分布着无数细小的砂眼，并达到光结滑爽，无细小杂质。即要有一定的粗糙度，具有良好的吸墨性，又要保证良好的平整度。

　　2.橡胶的特性。橡胶是制造橡皮布的主要材料，橡皮布的弹性，耐油、耐溶剂性，油墨传递性等都和橡胶的特性有关。

　　制作平版印刷橡皮布的橡胶有天然橡胶和人造橡胶。它们都是高分子聚合物，具有高度弹性变形的能力，和一些固体材料相比，具有以下特性：
表5-12　一些材料的弹性模量和泊松比

材料	弹性模量(N/m2)	泊松比	材料	弹性模量(N/m2)	泊松比
钢	1.96×109	0.28	聚乙烯	0.20×107	0.38
铜	0.98×109	0.35	有机玻璃	0.34×108	0.33
蚕丝	0.64×108		石英玻璃	0.79×109	0.14
聚苯乙烯	0.25×108	0.33	橡胶	0.20×104	0.49

　　第一，弹性模量特别小，约为钢的1/106，蚕丝的1/104(参见表5-12)。

　　第二，橡胶的泊松比几乎比其它所有的固体材料的泊松比都高，接近于0.5(参见表5-12)。

　　第三，伸长率很大，可达100～1000%(一般弹性体小于1%)。拉伸时放热(普通弹性体拉伸时为吸热)，热效应随伸长程度的增大而增加(参见表5-13)。拉长了的试样，自行回缩时吸热。
表5-13　天然橡胶的伸长率与拉伸热

伸长率(%)	100	200	300	400	500	600	700	800
拉伸热(J/g)	2.0	4.2	7.5	11.1	14.7	18.22	22.2	27.2

　　橡胶的上述特性表明，橡胶具有的高弹性，是所有材料中极为罕见的，这种几乎为橡胶所独具的高弹性，是由橡胶的结构特点形成的。


图5-28　天然橡胶的分子结构

　　天然橡胶的分子结构如图5-28所示。平常状态下，柔顺的分子链总是自发的处于卷曲状态。它的未端距要比完全伸直的分子链短100～1000倍，在拉伸力的作用下，橡胶的伸长导致分子链的空间排布有了方向性，使分子链不得不顺着外力场的方向舒展开来。另一方面，热运动力图使分子链无序化，以便回复到卷曲状态，这就形成了回缩力。这种回缩力与改变金属晶格中原子间距所需的力相比，是非常小的。因此，橡胶在较小的外力下就能产生较大的形变，使得它的弹性模量特别小，具有高弹性的变形能力。

　　橡胶的高弹性表现在应力与应变能瞬时达到平衡，即变形速度能够跟上外力作用的速度。如果对橡胶材料施加拉力，它即刻被拉伸，拉力消失，它即刻回弹。如果对象胶材料施加正压力，它即刻被压缩，压力消失，它也即刻回弹，高弹性橡胶材料的这种外力消失，变形瞬即复原的现象叫做"平衡高弹"。

　　平版印刷过程中，橡皮布虽然要经受无数次的滚压，但由于橡胶具有平衡高弹性，能以较小的压力使滚筒之间处于完全接触的滚压状态，从而获得网点清晰度高、层次色调再现性好的印刷品。

　　老化了的橡胶，分子链的柔顺性变差，分子链运动困难，适应外力调整其构象的速度减缓。其表现为拉压或回弹过程中的变形，不随作用力瞬即达到平衡，这一特性被称之为“非平衡高弹”或“推迟高弹”。

　　推迟高弹可以看成是粘性和弹性的结合。橡胶的粘弹性，在胶印过程中常见的有：蠕变、应力松弛、内耗等。

　　包覆在滚筒上的橡皮布，同时受到张紧力和印刷压力的作用，随着滚压次数的不断增加，橡皮布变得硬挺，失去了新橡皮布的柔软性和高弹性，甚至在橡皮布表面出现光亮或龟裂的痕迹，这都是橡胶蠕变的结果。

　　橡胶发生蠕变的原因，是外力长时间的作用下，橡胶分子发生了于构象变化，最终导致了不可逆的塑性变形。橡胶的分子链愈是僵硬，橡胶的弹性愈差，蠕变现象愈严重。胶印过程中，橡皮布受的压力愈大，变得僵硬的过程愈短，即发生蠕变的时间愈提前。为了将发生蠕变的时间推迟，应选用较小的压力转移油墨。此外，使印刷纸张的幅面尽量和橡皮布的幅面一致，否则，会因橡皮布蠕变而造成印刷压力的不均匀。例如：在对开胶印机上称用4开纸张印刷，橡皮布仅在对应于纸张的幅面发生蠕变，如果改变换成对开纸印刷，便会因橡皮布的蠕变量不同，印刷压力分布不均匀，使印刷质量下降。

　　长期紧固在滚筒上的橡皮布，内应力随时间的延长逐渐地衰减，使绷紧度下降，这是橡胶应力松弛的结果。所以，新橡皮布在安装时，必须分次收紧，并适当地增加衬垫的厚度。

　　橡皮滚筒安装在印版滚筒和压印滚筒之间，橡皮布上的一个微小单元每旋转一周，都要分别和两个滚筒接触一次，同时受到压力的作用，因此，受力是周期性的。橡胶单元体进入压印区，即被压缩变形，橡胶单元体离开压印区，其变形因压力消失而恢复。由于橡胶具有推迟高弹的性能，高弹性变形的发展总是落后于应力。橡胶单元体上一次变形还没有来得及因回弹而消失时，又施加了下一次应力，这样不断的循环下去，橡胶内部来不及释放的弹性储能，便转化成热量放出。放出的热量越多，橡胶的内耗也越大。

　　橡胶的内耗交变应力频率的升高而增大。高速胶印机的橡皮布受到的交变应力频度很高，和低速胶印机相比，橡胶的内耗大，因而，容易失去高弹性而老化，这就是高速胶印机要选用具有良好弹性、内耗小的橡皮布，并要经常更换的原因。

　　橡胶的玻璃化温度(橡胶由高弹态向玻璃态转变的温度)，远低于室温，因此橡胶分子在室温下，链节热运动的无序性和分子之间相互作用等情况，类似于分子运动的情况，泊松比较其它材料大。这表明橡胶发生变形时，其体积接近不变。如果对包覆在橡皮滚筒上的橡皮布的微小单元体施加压力，沿滚筒周向和径向的变形大致是相等的。这是因为橡胶具有不可压缩的性能。

　　3.橡皮布的变形。橡皮布在印刷过程中的变形包括拉伸、扭转、压缩等。


图5-29　橡皮布的拉伸变形

　　①橡皮布的拉伸，橡皮布的拉伸发生在橡皮布的周向，拉伸力主要是把橡皮布绷紧在橡皮滚筒上的张紧力，橡皮布与橡皮滚筒的摩擦力是阻止橡皮布被拉伸的力。严格地说，在上述的橡皮布拉伸过程中，还伴随着橡皮布的弯曲，弯曲在一定程度上改变了橡皮布各层上的拉伸状态，但比起拉伸来，变形效应小，这里不予以讨论。

　　如把橡皮布在橡皮滚筒上的周向拉伸，近似地看成是简单拉伸(参看图5-29)，按照虎克定律则有：
△L/L₀=F/EA₀　　(5-7)
式中，△L是橡皮布拉伸的绝对伸长，L₀是橡皮布被拉伸前的原长，A₀是橡皮布被拉伸前的原有垂直于拉伸方向的截面积，E是橡皮布的弹性模量，F是橡皮布所承受的拉力。

　　从(5-7)式中可以得到一些定性的推论：为控制橡皮布的相对变形，对于弹性模量E和截面积A0一定的橡皮布，应使接力F尽量地小。拉力应包括橡皮布的张紧力和与此反向的对橡皮布的摩擦力。张紧力应以绷紧橡皮布为度，不宜过量。所谓“绷紧橡皮布”是指把橡皮布安装在滚筒上，印刷中橡皮布不会在印版滚筒和压印滚筒的滚压作用下，发生相对于橡皮滚筒的滑移。为降低相对变形△L/L₀，当橡皮布的弹性模量较小时，应尽量增加橡皮布的厚度以提高截面积值。

　　实际上，橡皮布被绷紧在橡皮滚筒上印刷时，因拉伸变形厚度略有减小，但在滚筒圆周上橡皮布所受的张力产不相同，橡皮布两端因版夹的拉力，其张力大；中间则承受正压力，其张力小，整个圆周方向产生的张力差，使橡皮布在滚筒上厚度减小的程度是不均匀的，严格讲，这将导致印刷压力的不均匀性。


图5-30　橡皮布的扭转变形

　　②橡皮布的扭转。当橡皮滚筒的轴线与印版滚筒的轴线(或者与压印滚筒的轴线)不平行时，在橡皮滚筒的压印区，将会出现分布不均匀的摩擦力(参看图5-30)。摩擦力沿滚筒轴向的分力F、沿滚筒径向的分力T，在滚筒的两端最大，中间最小，这就造成了橡皮布的扭转变形，结果使橡皮布表面一个矩形单元被扭曲成平行四边形，对图像转移的不利影响是显而易见的。

　　同样道理，如果橡皮布不是标准的矩形，如果橡皮布绷紧的程度不均匀，如果橡皮布的平整度差，都可能导致橡皮布扭转变形的发生。

　　为了减少或消除橡皮布的扭转变形，应尽量使三个滚筒的轴线平行，为此，在调整滚枕时，两端偏轴承的位置必须相同；并应使滚筒的两端和中点三处的间隙都相等，此外把橡皮布裁切成标准的矩形，使用厚度均匀的橡皮布印刷，都有助于防止橡皮布扭转变形的发生。


图5-31　普通橡皮布的凸包

1-影响图像的凸包 2-橡皮布 3-纸张 4-影响纸张的凸包



图5-32　橡皮布的挤压变形

　　③橡皮布的压缩。橡皮布受到印版滚筒和压印滚筒的滚压作用。滚压作用使橡皮布、印版及承印物的表面密附，提高了油墨转移率，同时在橡皮布的局部形成交变压力。由于橡胶的泊松比接近于0.5(为0.49)，使橡皮布几乎变成不可压缩体。因此接受压力的橡皮布的微小单元体，沿滚筒周向和径向的应变大致是相等的。径向的变形明显地受到限制，周向的变形则可能向邻近的区域发展。这种周向的发展受到阻碍便形成了隆起的凸包(参看图5-31)，凸包一般是出现在压印区的两侧，并随压印区的变化而变化。在橡皮滚筒上看，橡皮布表面的凸包恰似在滚筒表面作圆周运动，这是橡皮布压缩的特点。

　　由于橡皮布在压缩过程中有凸包出现，造成了胶印机滚筒系统转移图文时，橡皮滚筒的实际半径增大，致使图文转移失真。为了避免橡皮布因挤压变形带来的质量问题，60年代由美国开发的气垫橡皮布，目前已广泛地应用于平版印刷之中。


图5-33　压力与速度差的关系


图5-34　网点增大值和橡皮布接触压力的关系

　　4.气垫橡皮布及其变形。和普通橡皮布相比，气垫橡皮布的表面胶层下面，增加了气垫胶层，如图5-27(b)所示。气垫胶层是由无数封闭的空气球体分散在胶层中形成的，橡皮布的表面胶层受压后，压力传到气垫层，极微小的空气球体便在压力作用下缩小自身体积，产生垂直压缩，变形不再向压印区的两侧发展，(参看图5-32)。外部压力消失后，压力状态下的气体小球遂又膨胀，使橡皮布表面迅速回复到原来的状态。可见气垫橡皮布在压缩过程中再无凸包出现，橡皮滚筒的实际转动半径不会增大，甚至有所减小。这种减小严格地说也造成压印间隙的滑移，但气垫橡皮布比普通橡皮布产生的速度差小(参看5-33)，因此滑移量也不大，图文转移的正确性基本得到保证。

　　在图5-34中，分别绘制了气垫橡皮布、普通橡皮布网点增大值和接触压力的关系曲线，其中气垫橡皮布的网点增大值小，用气垫橡皮布可以印刷出网点线数较高的精细产品。

二、确定滚筒包衬的理论

　　所谓确定滚筒包衬，就是印版滚筒、橡皮滚筒的筒体上，按要求缠卷一定厚度的衬垫材料，以调节滚筒间的间隙，使滚筒齿轮在齿轮节圆相切的位置上啮合，从而在滚筒之间产生印刷工艺所需要的接触压力。

　　确定滚筒包衬的方法，取决于平版印刷机滚筒筒径的配置情况，也就是在一组印版滚筒、橡皮滚筒、压印滚筒中，三个滚筒的直径各应取多大(这里滚筒的直径是包括包衬在内的滚筒直径)，才能获得理想的滚压状态。为此，人们通过实践，对平版印刷机滚筒的配置，提出了各种理论，归纳起来，可以分为等径理论和异径理论。

　　1.等径包衬理论。等径包衬理论认为，若胶印机的三滚筒直径相等，则在滚压中滚筒之间就不会产生滑动，能获得理想的滚压状态。为了使橡皮滚筒和压印滚筒的直径相等，考虑到橡皮滚筒挤压量，要进行以下处理：

　　第一种处理方法是，假定挤压量(即压缩量)为0.1mm，将橡皮滚筒和印版滚筒都做成高出节圆柱面0.05mm，便得到0.1mm的挤压量。但是，由于挤压量的作用，变形的主要是橡皮布，印版滚筒几乎不变形，筒径虽然相等，然而在压印区的是中间部分，橡皮布为－0.05mm，印版滚筒是＋0.05mm，两滚筒的直径仍然不等。

　　第二种处理方法是，增加橡皮滚筒的包衬量，使它高出节圆柱表面0.1mm的挤压量。这样表面上看来，在压印的接触线上两滚筒的筒径相等，但包衬后的橡皮滚筒多出量为0.1mm，印版滚筒则为零。

　　以上两种处理方法，在印刷机上实验的结果和预想的结果出入很大。

　　2.异径包衬理论。异径包衬理论有代表性的有几何速差理论和塞茨异径理论。

　　①几何速差理论。这种理论是原苏联教科书中所倡导的包衬理论，也叫λ分配理论，这种理论认为，当刚性的印版滚筒和弹性的橡皮滚筒接触后，它们只有一点或两点的半径相等，其余各点的半径不可能相等。由此推出两个滚筒接触时，只有一点或两点的线速度是相等的，其余各点都不相等，因而造成了印版滚筒和橡皮滚筒的表面滑移。

　　人们利用几何速差理论，进行了复杂的数学推导，试图找到一个理想的挤压量分配以使滑移最小。但这种理论所依据的数学模型和橡皮滚筒、印版滚筒实际滚压状态相差很大。它认为只要半径不一致就一定会导致速差，就会有滑移的存在，忽略了橡胶层受到挤压后会像水一样通过增速来弥补，从而产生或不产生滑移的事实，这种理论讨论的只是橡皮布中为数很少的情况，实际意义不大。


图5-35　橡胶弹性辊的圆周长

　　②塞茨(Sites)异径理论。导致这种理论出现的，是美国米勒公司的塞茨在平滑的台子上所进行的一项实验研究，这项实验是将半径为R的胶辊着上油墨，使胶辊在不施压力不致打滑的状态下，在平滑的试验台面上转动，量得胶辊转动一圈，试验台面墨痕的长度为2πR，如图5-35(a)所示。然后给胶辊施加一定的压力，重复上面的试验过程，试验台面墨痕的长度为2πR′，如图5-35(b)所示。实验表明，R′＞R，即是说，对胶辊施加压力要比对胶辊不施加压力，半径有了增量△R＝R′－R。胶辊半径因压力而出现增量的现象，是因为橡胶属于不可压缩的弹性体(所谓“不可压缩”是指在外力作用下，物体的体积不变)，胶辊受到挤压时，便在挤压处邻近部位出现隆起的凸包，凸包的顶点到达胶辊圆心的距离，大致等于胶辊的半径R′，自然大于不施加压力的胶辊转动半径R了。

　　1960年《Penrose年鉴》发表了英国人米勒的另一项实验研究，进一步证实了上述的结果。米勒用两个等径的圆筒，一个是刚性的，另一个包有橡皮布，是弹性的。使这两上圆筒在不同的接触压力下，驱动弹性圆筒，带动刚性圆筒，测出它们的转速。结果发现，随动圆筒的转速随接触压力的增大越转越快。因此，在保证驱动圆筒速度不变的前提下，驱动圆筒的实际转动半径随接触压力的增大，一定越来越大，这与塞茨的实验结果是一致的。如果改变驱动圆筒所包覆的橡皮布厚度，分别使用0.19mm和0.17mm的橡皮布，则可发现，驱动圆筒的橡皮布愈厚，随动圆筒的速度变化率愈高，即驱动圆筒的实际转动半径愈大。假若把驱动圆筒包覆的橡皮布，改换成纸板，情况就大不一样了。纸板受压后，很快失去弹性，致使纸板本身被压瘪，驱动圆筒的实际转动半径相应地变小了，随动圆筒的旋转速动变化率也越来越小，如图5-36下方的曲线。米勒实验中，驱动的弹性圆筒相当于胶印机的橡皮滚筒，随动的刚性圆筒相当于胶印机的印版滚筒或压印滚筒。

　　基于橡胶弹性滚筒施加压力后，其直径增大的事实，塞茨异径理论认为，橡皮滚筒半径必须小于其它两个滚筒半径，即印版滚筒半径最大，压印滚筒半径居中，橡皮滚筒半径最小，或者橡皮滚筒半径最小，印版滚筒和压印滚筒的半径相等。

　　塞茨异径理论是以实验为基础的，它明确了橡皮布在压印区的滚压状态。以此理论为指导所设置的滚筒包衬方法，经生产实践的检验是比较正确的，表5-14所列滚筒直径尺寸就是按这种理论设置的。



>图5-36 圆筒旋转速度变化率

表5-14 几种平版印刷机的滚筒尺寸　　　　　(单位mm)

机型 滚筒直径	节圆	印版滚筒	橡皮滚筒	压印滚筒
国产J2201	300.00	300.40	300.00	300＋2倍纸厚
国产PWB20880D	300.00	300.32	300.00	300＋2倍纸厚
原西德米勒SG-36	260.00	260.25	260.05	260.15＋2倍纸厚
原西德罗兰RP2C	280.00	280.20	280.00	280＋2倍纸厚
原西德海德堡102V	270.00	270.20	270.00	270＋2倍纸厚
日本小森L-43Q	260.00	260.26	260.00	260.1＋2倍纸厚

　　注：纸张厚度为0.1mm

三、橡皮滚筒同步滚压的滚压比

　　同步滚压是指两滚筒在齿轮啮合的条件下无滑移的滚压。塞茨异径理论提出，橡皮滚筒的直径应小于印版滚筒直径和压印滚筒直径。但在生产中，三个滚筒的直径究竟设置多大，还要依据橡皮滚筒同步滚压的滚压比。

　　一般认为，包衬数据对印版滚筒和橡皮滚筒间的同步滚压条件要求较高，因为它直接关系到重影、印版磨损等与印刷质量有关的问题。纸张本身有一定的弹性，因而对压印滚筒和橡皮滚筒间的同步滚压条件要求不很严格。下面令橡皮滚筒为弹性滚筒，印版滚筒为刚性滚筒，研究滚筒同步滚压问题。

　　为了分析弹性滚筒和刚性滚筒的滚压状态，把橡皮滚筒的断面均匀的划分成N个单元块，每个单元块外弧长为S，橡皮布的表面胶层厚度为d，如图5-37所示。单元块从自由半径经过凸包区，向压印区运转，而后再经过凸包区到达自由半径区，最后恢复原来的形状。

　　单元块在压印区内，如果外弧的伸长量△S不完全相同，便可能异致滚筒的滑移。但单元块外弧在凸包增速区中，预先已经有了一定的伸长量，故在压印区的伸长量相对而言就被减小。另外橡皮滚筒受刚性滚筒(印版滚筒)表面摩察力的限制，所以在压印区内滚筒即使有滑移量也是极其微小的，何况在压印区的中心及其附近压强最大，因而滚筒之间不可能滑移。这个区域称为同步区。

　　在压印同步区，单元块受挤压厚度d′减小为d－△d，外弧长S′伸长，变为S＋△S，橡皮滚筒滚压一周后，在刚性滚筒表面上滚压过的长度为(S＋△S)·N，其橡皮滚筒的滚压半径R滚可以用下式表示：



图5-37 橡皮滚筒表面的挤压状态

　　而橡皮滚筒的自由半径R自可以用下面的公式表示：

　　由此得：

　　显然R_滚＞R_自。如果要保持滚筒的同步滚压，必须使橡皮滚筒的滚压半径等于刚体滚筒(印版滚筒或压印滚筒)的半径R刚，即：

　　R_滚＝R_刚

　　可见R_自应小于R_刚

　　人们把R_刚与R_自之比，称为同步滚压比，简称滚压比，记K_p，即
K_p=R_刚/R_自

　　实验证明，在纯滚压时，对压印区内橡皮滚筒表面各点线速度进行测量，得到的速度分布曲线和分析的结果是致的。因为，单元块外弧的伸长是由表面胶层的压挤性能决定的，所以可以把表面胶层的一个微分厚度分离出来考虑，由材料力学能够推导出表示压挤伸长与橡皮布的性质、印刷压力之间的关系。

　　从图5-38可推出：

△S/S=C（P_均μ_表胶）／E_表胶

　　式中，P均为同步区的平均压应力，μ表胶为表面胶层的压挤泊松比，E表胶为表面胶层的弹性模量，C是修正系数。



图5-38 橡皮布压挤变形情况



图5-39 普通橡皮布的K_p与λ的关系

　　滚压比Kp，目前只能通过实验来确定。实验方法是将某一直径的刚性滚筒，分别以各种不同的压缩量λ值对另一直径的橡皮滚筒进行滚压，同时调整橡皮布下面衬垫的厚度，直至两滚筒同步转动为止。记录下两个滚筒直径的比值，在Kp－λ直角坐标系中，分别绘制出以刚性滚筒为主动滚筒，弹性滚筒为从动滚筒的曲线K1和弹性滚筒为主动滚筒、刚性滚筒的曲线K1和弹性滚筒为主动滚筒、刚性滚筒为从动滚筒的曲线K2，然后对实验结果进行分析。

　　图5-39所示的是一种Kp值极小的普通橡皮布。在λ＝0.10mm时，Kp中心值为0.9990，允许在偏差值△K为0.0010(︳△K|＝︳K₁-K₂|?)。

　　由K_p中心值可知R_滚/R_自＜1，即R_自＞R_刚。假设平版印刷机印版滚筒壳体的直径为150mm，则：

R_自－R_版＝150×(1/K_p-1)=0.15(mm)

　　正负偏差为：

(150×△K)/2=0.075(mm)

　　故：R_自－R_版=0.150±0.07(mm)。

　　图5-40所示的是一种Kp值较大的气垫橡皮布，在λ＝0.15mm时，Kp中心值可达1.0040，允许的偏差值△K＝0.0020。由Kp中心值可知R刚＞R自。假设平版印刷机印版滚筒的直径为150mm，则：

R_自-R_版＝150×(1-1/K_p)=0.6(mm)

　　正负偏差为：

(150×△K)/2=0.15(mm)

　　故：R_版-R_自＝0.6±0.15(mm)。

　　上述的计算结果说明以下两个问题：



图5-40 气垫橡皮布的Kp与λ的关系

　　第一，普通橡皮布的Kp中心值，使R版＜R自，气垫橡皮布的Kp中心值，使R版＞R自，由此可见，决不能将某种橡皮布的包衬数据，随意地应用到另一种橡皮布上，所以研究包衬量是有条件的。

　　第二，普通橡皮布的Kp值允许的偏差较小，例如当λ＝0.1mm时，△K＝0.001，R版和R自差值变化允许量仅有0.075mm，包衬厚度的微小变化，同步滚压的条件就被破坏。而气垫橡皮布，按Kp中心值确定包衬厚度以后，增减0.15mm的包衬厚度，也不会破坏同步滚压。这一点对多色平版印刷机调整印刷图文的长度是极其有利的。

　　Kp值的大小，不仅和橡皮布的性能有关，还和橡皮布的绷紧度有关。橡皮布上滚筒上绷紧的松紧程度，将导致橡皮布厚度的变化，并改变表层弹性模量与挤压泊松比，从而改变Kp值，一般情况下，Kp随绷紧度的增大而增大，这样就需要减小橡皮滚筒的包衬量或增加印版滚筒的包衬量。

　　图5-41表示同一种橡皮布在三种不同绷紧度下的厚度。所对应的三条曲线δ1、δ2、δ3分别表示橡皮布被绷紧到厚度为1.830mm，1.815mm，1.800mm时的Kp-λ曲线。



图5-41 Kp与绷紧度的关系

　　从图5-41中看到，如果λ＝0.10mm时，橡皮布从δ1绷紧到δ3时，R自(橡皮滚筒的自由半径)减小了0.03mm，但Kp值从1.0030增大到1.0045。假设印版滚筒的半径为150mm，为了保持同步滚压，橡皮滚筒的自由半径则由149.55mm减小到149.325mm，比原来小了0.225mm。这一实例说明，虽然橡皮布绷紧度的增加使橡皮布变薄，但这种减薄量远不够补偿由绷紧度增加而引起的Kp值的增大。因此在确定Kp和λ关系时，有必要确定绷紧度的数值。有人推荐把绷紧度定在6.8×105(Pa)左右较为合适。

　　综上所述，同步滚压条件，主要取决于橡皮布自身的性质和λ值，因而应该根据实验所测定的各种橡皮布，在某种直径时的Kp－λ关系，作为包衬设置的依据。

　　四、滚筒包衬的确定*

　　在橡皮滚筒和印版滚筒的筒体表面，包覆一定厚度的衬垫材料，确定胶印机三个滚筒的直径，是胶印机三滚筒能否同步滚压的首要条件。同时对图像的转移、印版的磨损以及印刷品是否出现重影、杠子等质量问题都有关系。

　　1.实现滚筒包衬和印刷压力数据化的方法。从前面的讨论可以知道，滚筒直径的数据与衬垫材料、橡皮布的变形、绷紧度有关，而各种衬垫材料和各种橡皮布的变形性能又各不相同，因此，必须在实验的基础上，实现滚筒包衬和印刷压力的数据化。

　　要实现滚筒包衬和印刷压力的数据化，关键要求出橡皮滚筒的同步滚压比，建立包衬压缩量和同步滚压比的关系。

　　首先需要进行不同的包衬在不同压力下的压缩量测试，建立压力ｐ和压缩量λ的关系，得到一条ｐ?λ曲线，如图5-42(a)所示。

　　再进行在λ值对应下的Kp实验，得到Kp-λ曲线，如图5-42(b)所示。

　　压缩量的变化，就是印刷压力的变化。它明显地影响着油墨转移的情况，为此需要进行油墨转移率和印刷压力的实验，找出油墨转移的理想压力ｐ理。由于油墨转移率的大小不仅和印刷压力有关，而且也和油墨的粘度、印刷速度、润湿液的供给量有关，实验时应考虑这些因素对油墨转移的影响，如图5-42(c)所示。



图5-42 实现理想滚压状态的过程

　　然后，用理想的印刷压力找出对应的油墨转移的理想λ理，见图5-42(a)，再在λ-Kp曲线中，找出于λ理对应的Kｐ值，见图5-42(b)。这样，根据Kｐ值进行滚筒包衬，即可达到较理想的滚压状态，如图5-42(d)，基本实现了滚筒包衬和印刷压力的数据化。

　　2.现行滚筒包衬的计算方法。按照上述的方法，确定滚筒同步滚压的直径，实现滚筒包衬和印刷压力的数据化，由于实验条件的限制，还有相当大的难度。目前，一般是根据平版印刷机三滚筒的尺寸和各滚枕之间的间隙量计算滚筒的包衬量，获得需要的印刷压力。

　　图5-43是平版印刷机的印刷部分(滚筒系统)的结构示意图。

　　滚筒齿轮是滚筒系统的传动部分，正确的齿轮啮合，应在节圆相切的位置。

　　滚枕的作用是使滚筒齿轮正好处在标准中心距的啮合位置，保证滚筒运转平稳，减少滚筒因撞击振动而产生墨杠，提高印刷质量。滚枕直径应等于滚筒齿轮的节圆直径，或者小于滚筒齿轮的节圆直径。

　　滚枕间隙是滚枕与滚枕之间的间隙。平版印刷机有走滚枕和不走滚枕两种机型。海德堡102V平版印刷机的属于走滚枕的机型，印版滚筒和橡皮滚筒的滚枕相互接触，间隙为零。

　　滚枕过量是包衬高出滚枕的量。包好包衬的滚筒，表面要稍高于滚枕表面，这样才能形成接触压力。



图5-43 平版印刷机印刷部分结构示意图

　　滚筒缩径量是滚筒筒体直径与滚枕直径之差。印版滚筒和橡皮滚筒直径比滚枕直径小，记为负值，压印滚筒筒体直径比滚枕直径大，记为正值。

　　［例题5-3］海德堡102V平版印刷机滚筒尺寸如表5-15所列。假设纸张的厚度为0.1mm，要求橡皮布滚筒包衬后的直径为270.00mm，印刷滚筒包衬后直径为270.20mm。试计算橡皮滚筒和印版滚筒δ橡、δ版应为多少？橡皮滚筒、印版滚筒和压印滚筒之间的接触压力(压缩量λ橡-版、λ橡-压)是多少？

表5-15 海德堡102V印刷机滚筒尺寸

滚筒	滚筒节圆直径(mm)	滚枕直径(mm)	滚枕过量(mm)	滚筒缩径量(mm)	滚枕间隙(mm)
印版滚筒	270.00	270.00	0.10	-0.50	0.00
橡皮滚筒	270.00	270.00	0.00	-3.20
压印滚筒	270.00	269.30	0.35	＋0.35	0.35

　　解：①印版滚筒包衬量(印版＋纸衬垫)：

　　δ_印＝印版滚枕过量－印刷滚筒缩径量＝0.1－(－0.50)＝0.6mm

　　若印版厚度为0.3mm，则纸衬垫为0.3mm。

　　②橡皮滚筒包衬量(橡皮布＋衬垫物)：

δ_橡＝0.00-(-3.20)=3.20mm

　　若橡皮布的厚度为1.8mm，则衬垫材料的厚度为1.4mm。

　　③压印滚筒的包衬量即为纸厚。

　　由计算结果看出，包衬后的滚筒直径，橡皮滚筒最小，为270mm，印版滚筒和压印滚筒(＋0.

　　2mm)均为270.20mm，直径差为0.2mm。

　　④λ_版-橡＝印版滚筒的滚枕过量＋橡皮滚筒的滚枕过量－印版滚筒和橡皮滚筒间的滚枕间隙＝0.1＋0.00－0.00＝0.1mm

　　⑤λ_橡-压＝0.00＋0.35＋0.1－0.35＝0.1mm

　　［例题5-4］J2180型平版印刷机滚筒尺寸如表5-16所列。假定纸张厚度为0.1mm，橡皮滚筒

　　包衬后直径为300mm，印版滚筒包衬后直径为300.40mm，计算各滚筒的包衬厚度以及各滚筒

　　之间的接触压力(λ)值。

表5-16 J2108型胶印机的滚筒尺寸

滚筒	滚筒节圆直径(mm)	滚枕直径(mm)	壳体直径(mm)	滚枕间隙(mm)	中心距(mm)
印版滚筒	300.00	299.80	299.00	0.20	300.10
橡皮滚筒	300.00	300.00	293.50
压印滚筒	300.00	299.50	300.00	0.20	299.95

　　解：①印版滚筒的包衬量(印版＋衬垫纸)

δ_版=(300.4-299.00)÷2=0.7mm

　　若印版厚度为0.5mm，则衬垫厚度应为0.2mm。

　　②橡皮滚筒的包衬量(橡皮布＋衬垫材料)

δ_橡=(300-293.5)÷2=3.25mm

　　若橡皮布的厚度为1.8mm，则衬垫厚度为1.45mm。

　　③压印滚筒包衬量即为纸厚0.1mm。

　　根据以上滚筒包衬的数据，就可以计算出各滚筒的接触压力。

　　④印版滚筒和橡皮滚筒之间的压缩量。

λ_版-橡＝H_版－橡－（R_版+δ_版＋R_橡＋δ_橡）=300.1-300.2=-0.1mm

　　λ为负值，表示印版滚筒为刚体，橡皮滚筒为弹性体，印版滚筒压入橡皮滚筒，压缩量是在

　　橡皮滚筒上产生的。

　　⑤压印滚筒与橡皮滚筒之间的压缩量：

λ_橡-压=H_橡－压－（R_橡＋δ_橡＋R_压＋δ_纸）＝299.95-300.1=-0.15mm

　　如果经过调压后，发现印版滚筒和橡皮滚筒间的间隙不等于0.2mm，而是0.18mm，则λ_版-橡应加上0.18－0.2＝－0.02(mm)的差值，即λ_橡-压＝－0.01＋(－0.02)＝－0.12(mm)。

　　又如，经过调压后，发现橡皮滚筒和压印滚筒间的间隙为0.19mm，而不是0.2mm，则λ_橡-压应加上0.19－0.2＝－0.01(mm)的差值，即λ_橡-压＝－0.15＋(－0.01)＝0.16(mm)。

　　由上面的计算实例推知，假若印刷纸张的厚度发生了变化，或者要求λ版-橡和λ橡-压的值相等，则在保持同样包衬厚度的条件下，只要在滚筒间隙调压器所允许的范围内，调节胶印机的调压器，就可以获得所需要的接触压力。

　　按照计算的滚筒包衬数据，对滚筒包覆包衬，为实际的生产提供了较准确的印刷压力值，改变了往日只凭经验调试印刷压力的做法，为印刷工艺的规范化、数据化提供了理论依据和实施方法。

　　3.包衬厚度和滚枕间隙的检验。包衬多为弹性体，准确的测量厚度是比较困难的。例如包覆到滚筒上的橡皮布厚度并不等于包覆前测量的厚度，这样造成了实际的印刷压力和计算的印刷压力之间的误差。目前，大多用筒径仪检验包衬厚度，用厚薄规或熔断丝检验滚枕间隙。

　　①包衬厚度的检验。包衬厚度的测量方法如图5-44所示。先将被测的滚筒壳体和滚枕表面的污物清除干净，然后将筒径仪横跨在滚筒圆周上(参看图5-44)，水平固定，将千分表指针归到零位，测量出滚枕与滚筒筒体的下凹量(切削量)。



图5-44 滚筒包衬的测量方法

　　按照计算好的包衬量在滚筒上包覆包衬，将筒径仪按上述方法横跨在滚筒表面上，使长量臂端千分表触头与滚枕相接触，读取数据(表头顺时针转动为正，逆时针转动为负)。将读得的数据和计算的数据相比较，即可得到实际包衬量和计算包衬量的差值。

　　利用筒径仪，还可以测量包衬表面与滚枕表面间的高度以及整个滚筒包衬表面是否平整。

　　②滚枕间隙的检验。厚薄规是由数张厚薄不等的金属片组成，一般厚度为0.03～1mm内变动，检验滚枕间隙时，挑选一个或几个与间隙厚度相近的金属片，塞入两滚筒滚枕之间，塞时以手感不紧不松适度为宜，即为所测定的滚枕间隙值，此值和标准值相比较，可检验滚枕间隙的精度。这种方法，因测量是以人的手感为依据，因而误差较大。

　　熔断丝检验滚枕间隙，其方法是将一定号数的熔断丝(按照滚枕间隙大小来选用)，在滚筒离压时放入两滚枕之间，然后合压，熔断丝被压平，取出被压平的熔断丝，用千分尺测量其厚度，即为滚枕的间隙值。

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第五章　平版印刷的油墨转移]