第六章 凹版印刷、柔性版印刷和丝网印刷的油墨转移

第一节 凹版印刷的油墨转移用

　　原稿上的浓淡层次，在凹版印刷品上是依靠墨层的厚薄得到再现的。这是凹版印刷不同于平版、凸版、孔版印刷的最突出的特点。凹版印刷品的墨色厚实、层次丰富、立体感强，是公认的高质量的印刷品。

　　凹版印刷使用耐印力很高的手工雕刻凹版、电子雕刻凹版、影写版（照相凹版）等，线条细腻、花纹多变，具有很高的防伪能力。凹版印刷已成为钞票、邮票以及其它有价证券印刷的主要方法。

　　凹版印刷，直接在印版滚筒上雕刻印刷图文，可以方便地进行无接缝印刷，特别适合建筑材料、壁纸的印刷。

　　凹版印刷机采用短墨路输墨系统供墨、卷筒纸印刷，机器结构简单，自动化程度很高，使用的是溶剂挥发性油墨，墨层能够迅速干燥。因此，一般凹版印刷机的印刷速度都较高，大多数在150m／min以上，许多凹版印刷机的后端还配置了滚动模切装置，可进行模切、压痕，有利于包装装满印刷品的印制。

　　凹版印刷和平版印刷、柔性版印刷、丝网印刷相比较，不足之处表现为制版周期较长、制版费用昂贵，制版、印刷中对环境的污染较严重。随着凹版印刷技术的不断完善，上述的问题将会逐步得到解决。总括起来说，凹版印刷是颇具生命力的一种印刷方法。

一、凹版的印刷特性能

　　凹版是图文部分低于空白部分的印版，印刷时，油墨先填入印版的网穴之中，网穴中的油墨在压力的作用下，转移到承印物表面。

　　常用的凹版可以分为两类，一类是影写版，也叫照相凹版；另一类是雕刻凹版，其中用手工或机械雕刻的凹版，以线条组成印刷图案，这种凹版主要用于印刷钞券（本章不作阐述）。用电子雕刻机雕刻的凹版称电子雕刻凹版。无论是哪一类印版，版面的表面结构，网穴的深度、形状对凹版印刷的质量至关重要。

　　1．影写版。影写版，因早先使用由照相机拍摄的阳图底片晒版而得名。这种印版首先要在敏化处理过的炭素纸上晒网线，再晒连续调阳图。然后把炭素纸上的胶膜转移到镀铜的滚筒表面，通过显影和腐蚀而制成。

　　晒网线的目的是为了在印版表面形成支撑刮墨刀的“网墙”，防止网穴中的部分油墨被刮墨刀刮去，印张上得不到足够的墨量。晒网线时必须使用凹版网屏。凹版网屏由透明的白线和不透明的黑地组成，其网格形状有方格、砖形格、菱形格及不规则形状，如图6－1所示。通常使用较多的是方格状网屏，白线与黑块宽度之比一般为1∶3～1∶2．5（即网墙宽度与网穴宽度之比）。比值小则网墙窄，网穴大，图像再现性好，但网墙易被刮墨刀损坏，耐印量降低。反之，比值大则网墙宽，网穴小，网墙耐磨，耐印量大，但亮调和中间调图像的阶调再现性差。


图6－1 凹版网屏


图6－2 网穴腐蚀深度和阳图片密度关系

　　影写版网穴腐蚀的深度和晒版阳图片的密度有关，凹版用的阳图片密度范围大多在0．3～1．7之间，从网穴腐蚀深度和阳图密度关系曲线（见图6－2）可知，网穴深度一般在2～40μm（有的印刷品因特殊需要，深度可达60μm），网穴太深，印刷品暗调的层次也无法区别。

　　影写版的腐蚀操作，主要依靠操作者熟练的技能，利用不同浓度的Fecl3（氯化铁）溶液进行分步腐蚀，因而得到大小相同深浅不一的盆状网穴，参看图6－3（a）。

　　2．电子雕刻凹版。90年代以来，由于电子和计算机技术的发展，凹版印刷主要使用电子雕刻凹版。这种印版是利用自动化程度高的精密电子雕刻机，在镀铜的滚筒表面雕刻出网穴，雕刻出的网穴形状受到雕刻刀的限制为倒锥形，参看图6－3（b），其大小和深浅都在变化。暗调网穴最深可达55～60μm。版面上的网穴以交错排列的方式，形成连续的网墙支撑刮墨刀。


图6－3 网穴形状

　　在多色印刷中，平版、凸版、丝网印刷品为了避免“龟纹”的产生，利用不同网线角度的黄、品红、青和黑四块印版叠印再现原稿的阶调和颜色。电子雕刻的四色凹版如果用同一种网穴角度，叠印时，印版位置稍有偏移，也会出现龟纹和偏色。因此，电子雕刻凹版采用图6－4所示的几种网穴角度进行彩色印刷，以消除龟纹。

　　为了改善文字质量和消除偏色，电子雕刻凹版的网穴角度常常和网屏线数进行组合。例如，复制带有文字的彩色图像原稿时，黄版选用1号网穴角度、品红版选用2号网穴角度，青版和黑版分别选用3号和4号网穴角度（参看图6-5），各块色版可以和表6－1中所对应的网屏线数相组合。由于黑版选择了细网屏线数，文字边缘雕刻的锯齿形不太明显，改善了文字质量。


图6－4 电子雕刻的凹版的网穴角度


图6－5 网穴角度和印版的颜色

　　表6－1 网穴角度与网屏线数的组合

凹版的颜色	网穴角度	网屏线数
黄	1号（方形）	60线／cm
品红	2号（拉长形）	70线／cm
青	3号（压扁形）	70线／ cm
黑	4号（方形）	100线／cm

二、凹版的网穴形状

　　凹版网穴的形状，因制版方法不同而有所差别，电子雕刻凹版的网穴形状为倒锥形，影写版的网穴形状为盆形，同样深度，锥体状网穴的客墨量低于盆形网穴，参看图6－6。但是，雕刻的网穴表面光滑没有死角，在印刷过程中实际传递油墨性能较好。据测算雕刻网穴传墨率达80％，而腐蚀的网穴仅有50％。如果凹版印刷产品没有特殊要求时，雕刻网穴转移到纸张上的墨层厚度，可以满足印刷品的密度要求。

　　从倒锥形的网穴转移到承印物上的油墨层，边缘光洁，因而形成的图像清晰度高，故雕刻凹版适合复制风景照片之类的原稿。与此相反，从盆状网穴转移到承印物上的油墨层，边缘呈现圆弧状，形成的图像阶调柔和，故影写版适合复制阶调柔和的油画类原稿。

三、凹版印刷的油墨传输

　　凹版印刷机采用短墨路输墨系统，将低粘度的油墨输送到印版的网穴之中。输墨系统的结构、调节与油墨的性能是保证凹印油墨正常传输的前提。


图6-6 网穴形状与油墨的传递

　　1．凹版印刷机的输墨系统。凹版印刷机的输墨系统由输墨装置和刮墨装置两部分组成。

　　①输墨装置的输墨方式。输墨装置的输墨方式有直接着墨、间接着墨和喷射式给墨三种。

　　直接着墨方式。印版滚筒的1／4至1／3部分浸入墨槽中的油墨里，涂布上油墨的滚筒旋转到刮墨刀处，非图像空白部分的油墨被刮掉，如图6－7（a）所示，这是凹版印刷机普遍采用的输墨方式。

　　间接看墨方式。先将墨斗辊浸在油墨中旋转，油墨涂满表面后再将墨传递给印版滚筒，如图6－7（b）所示。


图6－7 凹版印刷机的输墨方式

　　喷射式给墨方式。用喷嘴将油墨喷到印版滚筒表面，该种输墨方式特别适用于高速凹版印刷机。

　　②刮墨装置。凹版印刷机的刮墨装置，除特殊用途的凹印机外，一般均采用刮墨刀装置，该装置由刀架、刮墨刀和压板组成。刮墨刀是一种特制的钢片，宽约为0～80mm，长大约为1000～1500mm（依滚筒的尺寸而定）。刮墨刀的压板通常是比刮墨刀稍微窄一些的钢片。刮墨刀和压板安装在刮墨刀架上。刮墨刀装置上还附设有能对刮墨刀刃加以调节的装置，以保持刀刃与印版滚筒的母线相平行，使刮墨刀均等地压紧在整个印版滚筒的母线上，达到刮除印版空白表面上油墨的目的。


图6－8 刮墨刀的方向

　　在凹版印刷机上，刮墨刀为顺向刮墨刀，刀的刃部指向是与印版滚筒在刮墨刀压触点处的表面线速度成锐角的方向，参看图6－8（a），在刮墨刀和印版滚筒表面之间形成楔形积墨区。由于油墨这一流体压力的作用，刮墨刀有被抬离滚筒表面的趋势，若要保持衡定的输墨量，必须对刮墨刀增加压力。此外，积墨区内容易积累一些杂质颗粒，对刮墨刀或印版滚筒造成不均匀的磨损，为此凹版印刷机上的刮墨刀要做轴向往复移动。大多数的凹版印刷机，采用弹性压紧机构，用重物或气动机构把刮墨刀压在印版滚筒上。刮墨刀往复移动的行程范围一般为30mm至60mm，行程次数为印版滚筒转数的 1／6至1／10。

　　凹版印刷品的印刷质量，在很大程度上取决于刮墨刀是否磨的正确和是否装得适当。如果把到墨刀磨成30°角或30°角以上，刀刃比较坚固，但弹性差，刀刃刮除印版滚筒表面油墨的效果不良，使印刷品的亮调部分出现深浅不匀的现象。如果刀刃磨的过薄，磨成18°以下，刀刃虽然能够很好地把油墨从滚筒表面上刮除，但却容易被从油墨或纸张上落到利墨刀上的“硬质颗粒”损坏，有时也会被印版滚筒磨损，刀刃上出现小月牙状的伤痕。这种带月牙的刮墨刀，会在印刷品上留下很细的道子，即出现与纸张进线成某一角度的直线。因此，刮墨刀刃视印刷产品、油墨、承印材料和印刷机转速等因素而定，研磨的角度在30°～18°之间变化。

　　不同类型的凹版印刷机，刮墨刀的安装备有不同。但大多数的凹版印刷机，刮墨刀安装在印版滚筒上部四分之一的位置上。生产实践表明，利墨习高压印线的距离愈大，印刷品上颜色过于浓深的现象较少，与此同时浅色调的再现性较差。故根据印刷图像阶调再现的要求，刮墨刀可以安装在比印版滚筒上部四分之一稍高一些或更低一些的位置上。

　　安装刮墨刀时，还要注意刮墨刀与滚筒母线的切线在接触上所构成的角度。这个角度愈大，刮墨刀刮除印版空白部分油墨的效果愈好，但刮墨刀刃损坏的愈快，出现塌陷和凹痕，致使印刷品的队调色彩发生变化。凹版印刷机的这一角度一般在45°至90°之间变化。

　　2.凹印油墨粘度的控制。凹印油墨必须具备容易填入凹版网穴和被刮墨装置除去的性质，因此，和胶印油墨相比粘度和粘着性均低。

　　凹印油墨基本上属于牛顿流体，粘度和油墨的流动性息息相关，粘度的大小决定了油墨的转移效果。凹印油墨的粘度太小时，印刷品的墨色发应不平实；粘度太大则会在印刷品的图文部分出现利痕和糊版的故障。因此，凹版油墨的粘度在印刷过程中应保持衡定。由于凹印油墨是溶剂挥发性的，溶剂挥发会导致粘度上升，必须在凹版印刷机上安装粘度自动控制器控制粘度。

　　粘度自动控制器由溶剂补加装置和旋转式粘度探测器组成。旋转式粘度探测器由两个同心圆筒构成，两简之间有一定的空间用以放置油墨，其中一个圆筒以恒定的角速度旋转，根据旋转力矩的测定计算出粘度值。测定的粘度值和给定粘度值相比较，再按照粘度的变化控制阀门的开闭，往墨罐中补加溶剂，这样便保持了油墨的粘度相对稳定。

四、凹版印刷的油墨转移

　　凹印油墨的转移和承印物的表面性能、印刷压力等因素有关。

　　1．毛细作用与凹印油墨转移。凹版印刷油墨转移的机理，至今尚不清楚，主要原因是凹版印刷油墨挥发的速度很快，油墨转移量的测定十分困难，不容易寻找凹版上的油墨量x和油墨转移量y之间的解析关系。因而对凹版印刷油墨转移的机理的研究，目前仍然停留在定性分析的状况。有一种理论认为，凹版油墨的转移首先来自毛细管作用。当纸张（或其它承印材料）和凹版滚筒分离时，借毛细管吸力，网穴中的油墨被取出而附着在上面。印版与承印物的间隙愈小，毛细管吸力愈大，油墨转移量也愈大。

　　图6－9是在同样的印刷压力和油墨粘度的条件下，用影写版印刷得到的凹印油墨转移率曲线。曲线表明，平滑度高、质地柔软的承印物，在较大印刷压力的作用下，可增大承印物与印版之间毛细管的作用力，从而提高凹印油墨的转移率。

　　2．凹版印刷压力。凹版印刷为直接印刷，印版滚筒和色覆着橡皮布的压印滚筒直接接触，两滚筒合压后，必须产生较大的压力，才能把印版网穴中的油墨转移到承印物上。因为凹印的压力比平版印刷、凸版印刷大，所以对橡皮布的技术质量指标的要求也就更加严格。富有弹性的橡皮布，必须具有较强的抗张力、较小的伸长和适当的硬度以及精确的平整度。橡皮布的表面一般使用丁腈橡胶，硬度根据不同承印材料所需要的印刷压力稍有差别，参看表6－2。橡皮布的下面，常用的衬垫材料有硬牛皮纸、绝缘的硬卡纸或多层纸张裱糊的衬纸。

　　许多新型的凹印机，采用了套筒式的凹印包衬，橡皮布和衬垫成为一个整体。

　　为了使压力的调整迅速准确，新式凹印机采用压缩空气加压，操作人员通过气压表可以观察压力的变化。如果设定压印滚筒两端各有一个气缸，并且压力相等，气压表显示的压强数值与印版滚筒承受的压力有下面的关系：

　　PL＝ 2· π· R²· P／L

　　式中PL为线压力（N／m），R是气缸活塞的半径，P是气缸的压强数值（N／m²），L是印版滚筒的长度（m）。


图6－9 凹印油墨的转移率曲线

　　凹印压力的调整，一般是印版滚筒安装好以后，先调整压印滚筒和印版滚筒之间的水平，使滚筒两端的压力相等，以保证承印物受到均衡的印刷压力，然后根据承印物施加不同的压力。

　　表6－2 不同承印物的凹印印刷压力

承印物	压印滚筒半径(mm)	橡胶硬度(HS)	压印宽度(mm)	印刷压力(kN/m)
塑料薄膜	120～150	60～70	10	0.98～4.9
铜版纸	150～200	70～80	13	7.8～14.7
胶版纸	150～200	85～90	15	24.5～39.2
牛皮纸	150～200	85～90	15	19.6～29.4

　　3．塑料薄膜的表面处理。塑料薄膜是以合成树脂为基本成分的高分子有机化合物，制成平面状并卷成卷的柔软包装材料的总称。塑料薄膜是凹版印刷除纸张以外，用量最大的一类承印物。

　　凹版印刷常用的塑料薄膜材料有聚乙烯（简称PE）、聚丙烯（简称PP）、聚氯乙烯（简称PVC）、聚苯乙烯（简称PS）、聚脂（简称PET）、聚酸胶，通常称为尼龙（简称PA）、醋酸酯（简称CA）、玻璃纸（简称PT）等。绝大多数的塑料薄膜的分子结构为非极性的，化学性能稳定，其临界表面张力γc值较低，为低能表面，因此与油墨、粘合剂的亲和性差，常常出现印刷墨层脱落、复合层剥离等问题。目前，除选择或配置与塑料薄膜附着性好的油墨、粘合剂外，主要采用对塑料薄膜表面进行处理的方法，提高塑料薄膜与油墨、粘合剂的附着性。

　　对塑料薄膜进行表面处理，常用的方法有化学氧化法、溶剂法、火焰法和电晕放电法等。

　　化学氧化法是用氧化剂处理聚烯塑料表面，使表面生成极性基团，提高塑料薄膜表面的极性。

　　常用的氧化剂有无水铬酸－四氯乙烷、铬酸－醋酸、重铬酸钾－硫酸、氯酸盐等。溶剂处理法是用表面活性剂或溶剂将塑料表面渗出的各种添加剂如：防冻剂、增塑剂、润滑剂、防静电剂等清洗干净，提高油墨对塑料薄膜表面的附着性。火焰处理法是利用火焰的高温作用，去除塑料表面附着的气体、油污，改善其润湿性。电晕放电法，又叫电子冲击、电火花处理法。

　　从目前的生产实践来看，电晕放电对于塑料薄膜（尤其是聚烯塑料薄膜）的印前预处理是一种实用而又简便的方法。

　　电晕放电处理设备主要由电源和电极两部分组成。电源一般使用晶体管中频高压发生器，电极可以采用不同的形式，如刀口形、条形和针形等。为了保障人身安全，还附设有防护装置。电晕处理时，塑料薄膜在高电压场的作用下，分子电荷产生位移，形成感应电荷，产生的正、负离子使其显电性，即发生极化效应。由于离子是有质量的，运动时碰到塑料以后，薄膜表面便产生凹凸不平密集的微纹，使表面粗化。极化效应和粗化的表面，有效地提高了油墨的附着力。与此同时，空气中的氧迅速生成臭氧。臭氧是一种强氧化剂，能促进油墨氧化聚合的干燥速度。

　　电晕放电处理以后，可以用表面张力测试笔或表面张力测定演，测定塑料薄膜预处理的效果。表面张力测定液的配比见表6－3。测试时，用脱脂棉球蘸上已知表面张力的测定液，涂在已被处理的薄膜表面，涂布面约为30mm2左右，若在2s内收缩成水粒状，表明薄膜表面张力低于测定液表面张力，需提高电晕强度再行处理。如果试液在2s内不发生水纹状收缩，则表明薄膜已达到处理效果。一般情况下，塑料薄膜的表面张力达到3．8×10－2N／m，即可用于印刷，达到4．0～4.2×10－2N／m，则可满足复合的要求。

　　

　　表6－3 表面张力测定液配比表

甲酸胺（％）	乙二醇乙醚（％）	表面张力（10－2N／m）	甲酸胺（％）	乙二醇乙醚（％）	表面张力（10－2N／m ）
0	100	3．0	67．5	32.5	4．1
2．5	97.5	3．1	71．5	28．5	4．2
10．5	89．5	3．2	74．5	25.3	4.3
19.0	1．0	3．3	78．0	22．0	4．4
26.5	73．5	3．4	80.3	19．7	4.5
35．0	65．0	3．5	83．0	17．0	4.6
42.5	57．5	3．6	87．0	13．0	4．8
48．5	51．5	37	90．7	9．3	5.0
54．0	40.0	3．8	93．7	6.3	5．2
59．9	41．0	3．9	96.5	3．5	5．4
63．5	36.5	4.0	99.0	1．0	5．6

　　4.静电吸墨。凹版网穴中的油墨，必须在较大的压力下，才能转移到承印材料上。因此，凹版印刷机的负荷要比凸版和平版印刷机的负荷大。尽管如此，当纸张表面比较粗糙时，网穴中的油墨也难以和纸张全面接触，油墨不能很好地向承印物上转移，致使印刷的图文出现白点，俗称“出霜”。对于雕刻凹版来说，存储在网穴锥尖底部的油墨转移效果更差，这一点在亮调部分尤为突出，所以凹版印刷品亮调部分的细微层次一般再现性不好。虽然增大压力可以改善油墨的转移性，但压力的增大有一定限度，否则容易使压印滚筒的胶层爆裂，或使承印物伸长。为了提高凹版印刷的油墨转移率，在凹版印刷机上安装静电吸墨装置，利用正负电荷互相吸引的原理，把印版上的油墨吸到承印物上。

　　图6－10 是静电吸墨装置的示意图。印刷机的压印滚筒有导电性，印刷时，利用静电高压发生器，在印版或压印滚筒之间产生电场，借助静电引力，将印版网穴中的油墨吸到承印物上。

　　在设计制造静电吸墨装置是，要充分纸张施加200～1000V的电压，印刷厚纸施加500～5000V的电压。

　　静电吸墨装置的应用，便凹版印刷的油墨转移率比一般压力下的油墨转换率提高15％～20％，不仅使印刷品的细微层次得到丰富的再现，而且可以降低印刷压力，延长印刷机的工作寿命。但在印刷过程中，必须保持环境清洁，防止压印滚筒表面导电橡胶附着灰尘，防止因压印滚筒各部位的电压不均匀，出现吸墨效果下降的问题。


图6－10 静电吸墨装置示意图

五、凹印油墨的干燥

　　凹版印刷使用的油墨含有高比例的挥发溶剂，为了提高油墨的干燥速度，通常采用电加热和蒸气加热的方法，加速溶剂挥发，墨层及时得到干燥。

　　1．凹印油墨干燥速度的调整。凹版印刷油墨的干燥速度，不仅取决于溶剂的沸点、蒸气压、蒸发潜热等，还取决于操作环境的温、湿度，风量以及墨层厚度等。因此应该根据印刷工艺的具体条件，调整油墨中溶剂的挥发速度。

　　在常温下，如果墨层干燥太慢，可以加入适量挥发速度快的溶剂。反之，则可加入适量挥发速度慢的溶剂。也可以用混合溶剂来调整，例如：用二甲苯、乙醇和异丙醇的混合溶剂将油墨稀释，对挥发速度的调整更加有利，若嫌干燥速度快，可用少量丁醇代替一部分乙醇，丁醇有提高墨色光泽的作用，印刷效果更好。常用溶剂的挥发速度如表6－4所列。

　　表6－4 常用溶剂的挥发速度（30 ℃）

溶剂名称	乙酸乙酯	甲苯	乙醇	异丙酸	二甲苯	乙酸丁酯	丁醇
挥发速度（s）	18	31	47	55	70	70	147

　　温度对凹版印刷油墨的干燥影响很大，一般根据承印材料、印刷速度、印刷图文面积进行调整。例如，承印材料是纸张，色序为黄、品红、青、黑的实地版印刷，第一色温度不宜过高，控制在80℃左右，过低油墨干燥不良，过高引起纸张收缩，第二色套印不准。以后各色的干燥温度逐渐升高，最高不得超过120℃。

　　塑料薄膜受热软化，在张力作用下容易伸长，所以更要严格地控制干燥温度。聚丙烯、聚乙烯、尼龙等容易伸长的薄膜，干燥温度最好不要超过70℃。由生产现场提供的较合适的干燥速度列于表6－5，以供参考。

　　表6－5 塑料薄膜墨层干燥的速度及温度

温度 图文面积 印刷速率	0～20％	30％～70％	80％～100％
80m／min	40±10℃	50±10℃	60±10℃
120m／min	40±10℃	60±10℃	70±10℃b
160m／min	45±10℃	60±10℃	75±10℃
200m／min	45±10℃	60±10℃	80±10℃

　　2．干燥器的通风与环境保护。凹版印刷油墨在干燥过程中，挥发出来的溶剂气体，大多具有可燃性，当与空气混合达到一定比例时，便呈可爆燃状态。表6－6列出了几种常用溶剂的可爆燃范围。

　　为了避免爆燃，使用循环风，不断地向凹印机的干燥装置输送空气，控制可燃性气体量在爆燃下限的1／2以下。

　　从干燥器排出的废气，含有大量有毒的气体，如苯、二甲苯等，损害人身健康并造成环境的污染。因此，从干燥器排出的气体应送入溶剂回收装置，既回收了有机溶剂也减少了大气的污染。

　　表6－6 常用溶剂的爆燃范围

溶剂名称	上限	下限
甲苯	6.8％	1.4％
二甲苯	6.0％	1．0％
甲醇	36.5％	6.0％
乙醇	19．0％	3．28％
乙酸乙酯	11．4％	2．2％
甲乙酮	11．5％	1．8％

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第六章 凹版印刷、柔性版印刷和丝网印刷的]