第七章 印刷过程中的几个问题

第三节 油墨的剥纸

　　在印刷过程中，印版或橡皮布表面上的油墨，在印刷压力的作用下，先与纸面接触，而后转移到纸面上。如果纸张表面的纤维、填料、胶料、涂料之间的结合力较小，即纸张的表面强度较低时，墨层就会粘下纸张表面细小的纤维、填料、涂料等粒子，造成纸张的掉屑(掉粉或掉毛)，严重时，甚至撕裂纸面，出现剥纸现象。图7-17是纸张剥纸的照片。




图7-17 纸张产生剥纸现象的照片


　　从纸张上脱落下来纸屑(即脱落的胶料、填料粒子和纸张纤维)掉在印版滚筒之间，会加速印版的磨损；纸屑填充在印版的图文上，会使印刷品发糊；辗转到橡皮布、墨斗、水斗中，会．污染橡皮布、油墨、润湿液，这一切都将使印刷质量下降，严重时甚至使生产无法进行。


　　印刷纸张是否掉屑取决于纸张的表面强度和印刷条件。如果印刷条件一定，即印刷使用的油墨、橡皮布、滚筒转速等一定，就必须要求纸张有足够的强度；反之，印刷使用的纸张选定，则对印刷条件必有相应的要求。

一、纸张的表面强度与拉毛速度的关系

　　纸张的表面强度T是量度纸张表面的纤维、填料、胶料粒子间的结合力大小的物理量，指单位纸面上垂直于纸面的抗分层、抗撕裂的能力。表面强度大的纸张，印刷中掉屑少，因此实际应用中又常把纸张抗掉屑(抗掉粉、抗拉毛)的能力叫纸张的表面强度。


　　实验研究发现，对于任意的一种纸张，当印刷压力和印版上的墨层厚度一定时，纸张的临界拉毛速度V拉，简称拉毛速度(即实际印刷过程中，或模拟实验的印刷过程中，纸张产生掉屑现象的最低印刷速度)，其与油墨的塑性粘度ηp之积为一常数C， 纸张的表面强度T又与此积成正比，因而有


　　V_拉·η_p＝Ｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　（７－６a)


　　T＝ｋ·Ｃ＝Ｋ·V_拉·η_p　　　　　　　　　　　（７－７a)


　　式中，C对于指定的纸张是个常数。叫做纸张的VVP值；ｋ是比例常数。


　　实验中还发现，在纸张掉粉、掉毛过程中，有部分摩擦功能转化为热能，使纸面的温度升高，产生松弛现象。考虑到这一点，将(7-6a)、(7-7a)式修正为


　　C=V^1/b·η_p　　　　　　　　　　　(7-6ｂ)


　　T=K·V^1/b·η_p　　　　　　　　　　(7-7ｂ)


　　式中ｂ值可近似地按下式计算


　　b=1+0.4343ω/VlgV


　　ω是力作用时间为1/ｅ的印刷速度。


　　如果考虑到印刷的油墨量ｘ和接触面积比F(ｘ)的影响，实验证明，(7-7a)式又可做另一形式的修正，用下式来表示


　　T=V·η^m_p-k₁η_p(1-F(x))/F(x)-k₂x　　　　　　　　　(7-7ｃ)


　　式中，ｍ、ｋ₁、ｋ₂，均为与纸张表面强度有关的常数。


　　显然，(7-7ｃ)中的F(ｘ)是ｘ的函数，且0＜F（ｘ）＜1。当印版的油墨把纸张覆盖时，


　　F（ｘ）＝1，（７－７ｃ）变为


　　T=V·η^m_p-k₂x　　　　　　　(7-7d)


　　(7-7ｃ)和(7-7d)两式表明，如果印刷压力恒定，印刷中使用的油墨一定，因而ηp一定；印版油墨量一定，因而接触面积比F(ｘ)也一定，则纸张的表面强度T可用纸张的临界拉毛速度V来表征。因而在实际应用中约定：用印刷适性试验机上浊得的纸张临界拉毛速度来表示强度，这个速度通常就叫拉毛速度，仍然用V表示。V的测定要在恒温、恒湿条件下，固定印刷压力和墨层厚度，采用不同粘度的拉毛油或油墨，以不同的速度在印刷适性试验机上测量纸张连续出现填料点、涂料点、起毛、起泡的距离，然后在专用的速度-蹁图表上查出拉毛速度。目前，国内外都是按照这种方法来测定纸张表面强度的。


　　在进行剥纸实验中，人们发现各种不同的印刷速度都或我或少的存在拉毛现象，只是在印刷速度高于临界拉毛速度时，才发生严重的剥纸现象。这说明纸张表面纤维、填料结合的力有大有小，并不均匀。为明了纸张表面结合强度的分布状态，可以把纸张表面看成无数个极小单元的结合体，各单位的结合强度不等是一个随机变理。设强度分布为φ(T)，则单位面积内，拉应力在T与T+dT内能撕裂的单元数为φ(T)dT。因此，在拉应力为T时，单元面积内能被撕裂的单元数为NT：


　　N_T=∫^T_Oφ(T)dT　　　　　　　(7-7ｅ)


　　倘若用一定粘度ηp的油墨进行剥纸实验，按照(7-7a)式，即表面强度可以用油墨粘度ηp和印刷速度之积来表示，下列函数式即成立


　　φ（T）＝ｋ·η_p·φ（ｖ）　　　　　　　　　　　　　　（７-７ｆ）


　　而


　　dT＝ｋ·η_p·dｖ　　　　　　　　　　　　　　（７-７ｇ）


　　将(7-10ｆ)式和(7-10ｇ)式代入公式(7-10ｅ)中，得到NT与印刷速度的表达式为：


　　N^T=k²·η_p∫^v_cφ(v)dv=c∫^v_cφ(v)dv　　　　　　　(7-7ｈ)


　　如果用不同的印刷速度，用着色的标准拉毛油进行剥纸实验，并用反射光度计，对得到的各种试样，进行反射率的测定。若纸张拉毛的面积愈大，则反射率愈大。这样，就可以用反射光强的比来表示NT值。


　　实验表明，纸张表面的某些粒子、纤维结合强度较小，故在印刷速度不很大的时候就会发生拉毛现象，但并不严重。而大部分粒子或纤维的结合强度相当，只是印刷速度在高于临界拉毛速度以上，才会发生比较严重的拉毛现象。因此，用纸张的临界拉毛速度表示纸张表面强度时，在拉毛纸样上，就应该以纸张表面连续出现填料点、涂料点、起泡、起毛的地方为准，才能比较精确的反映纸张的表面强度。

二、纸张的拉毛速度与印刷速度的关系

　　在印刷适性试验机上发生拉毛现象的最低印刷速度定义为拉毛速度；在印刷机上发生拉毛现象的最低印刷速度是印刷中允许的最高速度，定义为印刷速度。拉毛速度为V拉表示，印刷速度用Vp表示。印刷适性试验机上的印刷盘半径和扇形盘半径远小于印刷机的印版滚筒半径和压印滚筒半径，因此，印刷速度Vp与拉毛速度V拉并不相同。


　　在印刷适性试验机上，设印刷盘的半径为ｒ1，扉莆的半径为ｒ2，拉毛速度为V拉，则纸张与印刷盘分离时的加速度a为


　　a=(1/r₁+1/r₂)V²_拉　　　　　　　　　　　　　　(a)


　　在印刷机上，设印版滚筒的半径为R1，压印滚筒的半径为R2，印刷速度为Vp，则纸张与印版分离时的加速度ap为


　　a_p=(1/R₁+1/R₂)V²_p　　　　　　　　　　　　　(ｂ)


　　加速度a(或a_p)是接触点处纸、墨之间的相对加速度。参看图7-18。油墨与印版滚筒外缘有同样的加速度V²_拉(或V²_p/R₁)，指向O₁，纸张与压印滚筒外缘有同样的加速度V²_拉/ｒ₂(或V²_p/R₂)，指向O₂，因而纸、墨间的相对加速度应等于两者之和。


　　由于纸、墨间相对加速度(a或a_p)的存在，便形成了油墨对纸张的剥离力F_Q。假定印刷机上的剥离力与印刷适性试验机上的剥离力相同，则两种情况FQ的纸、墨间的相对加速度也相同，即a_p＝a，考虑到(a)、(ｂ)两式，则有


　　(1/R₁+1/R₂)V²_p=(1/r₁+1/r₂)V²_拉　　　　　　　　　　(7-8a)


　　这就是把印刷速度Vp同拉毛速度V拉联系起来的一般公式。


　　如果使用荷兰AIC2-5型印刷适性试验机或长江造纸仪器厂制造的印刷适性试验机测定纸张的拉毛速度，因为试验机的印刷盘ｒ1＝3.25ｃｍ，扇形盘半径ｒ2＝8.5ｃｍ，代入(7-8a)式得


　　(1/R₂+1/R₂)V²_p=0．43V²_拉　　　　　　　　　　(7-8ｂ)


　　式中的R₁、R₂就戌ｒ₁、ｒ₂有相同的单位，即ｃｍ；V_p与V拉应有相同的单位，即ｃｍ/ｓ。V_p和V_拉都指的是圆周线速度。


　　但是，实际生产中印刷机的印刷速度都是用每小时的印张数或每小时压印滚筒的转数来表示的，这就需要将印刷速度V_p的单位由ｃｍ/ｓ换算成印张/小时或转/小时。


　　圆压平印刷机分为一回转印刷机和二回转印刷机。一回转印刷机版盘一往一复，压印滚筒的圆周线速度等于版盘的运行速度，压印滚筒旋转一周印刷一张，所以V_p.1(张/小时)与V_p(ｃｍ/ｓ)的关系为


　　V_p·1(张／小时）＝3600／2πR·V_p(cm/s)=900/πR·V_p(cm/s)　　　　　　　　　(ｃ)


　　式中的R为压印滚筒的半径，单位为ｃｍ。二回转印刷机压印滚筒一往一复，压印滚筒的圆周线速度也等于版盘的运行速度，但压印滚筒旋转两周印刷一张，所以V_p.2(张/小时)与Vp(ｃｍ/ｓ)的关系为


　　(d)


　　式中R的意义和单位与(ｃ)式中的相同。圆压圆的轮转机，V_p.3(张/小时)与Vp(ｃｍ/ｓ)间关系与(ｃ)式相同。即V_p.3＝V_p.1。


　　圆压平印刷机，R₁＝∞，R₂＝R，代入(7-8ｂ)式，考虑到(ｃ)式和(ｂ)式的换算关系，则有


　　V_p.1=378V_拉/R^1/2　　　　　　　　(7-8ｃ)


　　V_p.2=189V_拉/R^1/2　　　　　　　　(7-8d)


　　圆压圆轮转机，R₁＝R₂＝R，代入(7-8ｂ)，考虑到(ｃ)式中的换算关系，则有


　　V_p.3=264V_拉/R^1/2　　　　　　　　(7-8ｅ)


　　(7-8ｃ、d、ｅ)三式中的Vp.1、Vp.2、Vp.3分别是一回转圆压平印刷机、二回转圆压平印刷机和圆压圆轮转机的印刷速度，单位是张/小时，V拉是纸张在印刷适性试验机上的拉毛速度，单位是ｃｍ/ｓ，R是印刷机压印滚筒的半径，单位是cm。


表7-6 几种铜版纸的拉毛速度(R＝15cm)

纸张的定量(ｇ/ｍ2)	90	130	150
纸张的拉毛速度(ｃｍ/ｓ)	200	130	100
印刷速度(张/小时)	13648	8872	6873

　　如果已知轮转印刷机的压印滚筒(或印版滚筒)的半径R和纸张的拉毛速度，则可按(7-8ｅ)式将纸张的拉毛速度换算成印刷速度，如表7-6中所列几种铜版纸的印刷速度(张/小时)，即是通过(7-8ｅ)式由纸张的拉毛速度换算而得到的。


　　铜版纸主要用于平版印刷，在印刷过程中，如果仅仅考虑纸张拉毛速度对纸张掉粉、掉毛的影响，使用印版滚筒半径R＝1５ｃｍ的胶印机印刷时，印刷速度低于表7-6给出的数据，基本上可以避免纸张的拉毛和掉粉。反之，若胶印机的速度已经确定，则必须选用表面强度足够的纸张。

三、影响纸张拉毛速度的因素

　　在生产实际中，有时纸张的表面强度并不(即纸张的临界拉毛速度比印刷速度高)，但印刷过程中却发生掉毛掉粉的故障，考查其原因，发现纸张的拉毛速度受到许多因素的影响，主要有：油墨的流变特性(如油墨的塑性粘度η_p、粘着性Taｃｋ值等)、墨层厚度δ、印刷压力P以及温度T等。下面分别予以说明。


　　从图7-19到图7-22的4张图上各有一条以实验数据拟合的曲线，分别表示η_p、Taｃｋ值、δ、P等对V拉的影响，这些曲线是有代表性的。


　　图7-19表示，纸张的拉毛速度一般是随油墨的塑性粘度的增大而减小。即油墨的塑性粘度愈大，拉毛的速度就愈低，纸张的掉毛、掉粉愈严重。




图7-19 η_p对拉毛速度的影响


　　图7-20表明，纸张的拉毛速度随着油墨的Taｃｋ值的增大则减小。即油墨的粘着性愈大，拉毛速度愈低，纸张的掉毛、掉粉愈严重。




图7-20 Tack值对V拉的影响


　　墨层厚度对纸张拉毛速度的影响如图7-21所示，情况比较复杂。在墨层很薄时，拉毛速度随着墨层的增加急剧地下降；随后下降的趋势较为平缓；当墨层厚度越过某一定值后，下降的趋势变得很缓慢，即墨层厚度再增厚，拉毛速度也很少下降了。


　　印刷压力对拉毛速度的影响，情况更为复杂。图7-22是V拉-P间的典型曲线，图中PA-PB段是印刷压力不足段，印版表面的油墨与纸张的接触面积随印刷压力的上升而增大，纸张的拉毛速度随印刷压力的增大而急刷下降；PC-PD段是压力过大段，随印刷压力的增大，拉毛速度有所上升，但因印刷压力过大油墨会向非图文部分扩展，另剧印刷机的磨损，所以，个印刷压力段的压力值不能采用；图中PB-PC段是工作压力段，在这个印刷压力段内，印刷压力的变化对拉毛速度的影响不大，但拉毛速度值普遍很低。


　　温度地于拉毛速度的影响，是通过影响油墨的塑性粘度和粘着性(Tack值)来实现的。图7-23和图7-24给出了两组实验曲线，分别表示温度T(绝对温度值)对于(a)卷筒纸平印油墨、(ｂ)凸版铅印油墨、(ｃ)单张纸印刷油墨、(d)新闻轮转油墨的粘度和粘着性的影响。一般地说，随着温度的下降，油墨的粘度和粘着性均有不同程度的增加，从而引起拉毛速度的下降，因此，温度的下降对于纸张的掉屑起着不利的作用。




图7-21 δ对V拉的影响




图7-22 P对V拉的影响




图7-23 温度对ηp的影响




图7-24 温度对Tack值的影响


　　以上的讨论是针对同一种纸张而言的，印刷使用的纸张不同，拉毛速度自然也有所不同。大致来说涂料纸比非涂料纸拉毛速度低；纸的正面比反面拉毛速度低；横丝缕的纸张比纵丝缕的纸张拉毛速度低。


　　除了上述影响纸张拉毛速度的因素以外，印版图文的形式，印刷包衬的性能等，对纸张的拉毛速度也都有一定的影响。

四、纸张的湿掉毛

　　平印是利用黄、品红、青、黑四块印版套印来复制彩色图文的。上块印版上的网线角度和网点百分比均不相同。一般地说，印刷品的亮调部分，四块印版上的网点百分比都比较小，网点分布稀疏，主要依靠网点的并列再现原稿的阶调和色彩。印刷品的暗调部分，四块印版上的网点百分比都比较大，网点分布密集，相互重叠者居多，主要依靠网点的叠加再现原稿的阶调和色彩。印刷品的中间调部分，原稿阶调和色彩，则依靠网点的并列和叠加共同再现。


　　可见，彩色印刷品的图像，可以发成七个部分，即：第一单色，第二单色，第三单色，第四单色部分和两色重叠、三色重叠、四色重叠部分。


　　在四色平版印刷机上，纸张从输纸台上输入，经过四组印刷滚筒，到达收纸台上，完成印刷。除了第一组滚筒的第一色油墨外，其余的三色油墨，是印在已经印过的油墨或白纸表面。


　　而这个白纸表面，每和橡皮滚筒接触一次，就被滚筒沾附的微量润湿液润湿一次，纸张的表面强度必然下降，掉毛现象随之严重起来；这种在印刷过程中，由于润湿液的影响，使纸张表面强度下降而产生的掉毛现象，叫做纸张的湿掉毛。


　　纸张的湿掉毛是在水的参与下发生的。与纸张表面水量的多少和水在纸面上停留的时间有关，即与纸张表面在历次印刷中润湿液浸湿的程度有关，也就是与纸张的耐湿性和润湿液的供液量有关。对于一定的印刷纸张来说，则仅与润湿液的供液量有关。多色胶印机，从印第2色起，没有接纳油墨的空白纸面就要间接地被润湿液浸润，每色印刷间隔又极为短暂，润湿液来不及向纸张内部渗透而大部分滞留在纸张表面，从而加剧了纸张表面浸湿程度，湿掉毛现象往往是十分严重的。


　　印刷过程中，纸张、油墨和润湿液之间的相互作用相当复杂，纸张经过各组滚时的湿掉毛，程度和部位也不相同。为明了其间的关系，以双色平版印刷机为例，试做说明。双色胶印机印刷品的图像，是由第一单色a、第二单色ｂ和第一单色与第二单色重叠部分ｃ组成的，如图7-25所示。第二单色ｂ部分，是在第二组印刷滚筒上接纳油墨的，但这部分纸面在通过第一组滚筒即第一色油墨时，就被这组滚筒中的橡皮滚筒表面上的润湿液所浸湿了，因而很容易发生纸张的湿掉毛，参看图7-25(a)。同样的道理，如果用四色印刷机印刷，则第三单色部位的纸面要和润湿液接触两次，第四单色部位的纸面要和润湿液接触三次。可见，纸张的湿掉毛程度，从第二色开始，逐渐加重，而在印第四单色的部位最为严重。


　　纸张的湿掉毛是多色平版印刷机中的特有现象，对印刷质量有严重的危害，应当设法避免和减轻。




图7-25 双色胶印机印张上油墨、水分布的情况

五、减轻纸张掉粉、掉毛的方法

　　从上述几节讨论的内容可以看出，纸张的掉粉、掉毛，主要是两方面的原因造成的，首先是纸张的质量其次是印刷条件。纸张的质量是指纸张的表面强度，也就是纸张的掉毛抗阻。印刷条件包括的内容较多，有油墨的粘着性，油墨的塑性粘度，印刷速度，润湿液的供给量等。


　　从根本上解决纸张的掉粉、掉毛问题，是选择表面强度高的纸张印刷。表7-7中的几种铜版纸的拉毛速度，是用天津GS-425青墨，在AIC2-5型印刷适性试验机上测定的。从实测的数据可以看出，上海华丽120ｇ/ｍ²、台湾126ｇ/ｍ²、奥地利100ｇ/ｍ²、日本90ｇ/ｍ²等铜版纸具有较高的拉毛速度，可以用于速度较高的印刷机印刷。


表7-7 几种铜版纸的拉毛速度

产地	沈阳	上海	开山屯	杭州	上海	天津	台湾	奥地利	沈阳	山东	日本	山东定
量(ｇ/ｍ2)	150	150	150	130	120	120	126	100	100	95	90	75
拉长速度(ｃｍ/ｓ)	103	77	154	297	＞700	323	＞700	＞700	150	188	＞700	315

　　为了预测纸张掉粉、掉毛的难易程度，利用实际生产中使用的油墨和纸张，在印刷适性试验机上，模拟印刷条件进行试验，测定出纸张的拉毛速度，然后按照印刷机的机型，利用公式(7-8ｃ)或(7-8d)或(7-8ｅ)换算成印刷速度，则可按高速机、低速机合理地调配纸张。例如，假设印刷机的印版滚筒和印刷滚筒的半径R近似相等，均为15ｃｍ，某种纸张在印刷适性试验机上测定的拉毛速度V拉为105ｃｍ/ｓ，则该种纸张在印刷机上产生掉粉、掉毛的最低印刷速度为：


　　即该种纸张在低于7000张/小时印刷速度的印刷机上印刷，一般不会发生严重的掉毛、掉粉故障。


　　当供给印刷的纸张表面强度较低时，在油墨中加入适量的撤粘剂，降低油墨的粘着性，或者在油墨中加入适量的ZY油墨添加剂，降低油墨的塑性粘度，提高纸张的拉毛速度，是目前生产现场广泛应用，行之有效的方法。表7-8是在AIC2-5型印刷适性试验机上，实测的6种纸张在两种不同情况下的拉毛速度。


表7-8 纸张的拉毛速度

纸张种类	墨样
	8139 平印亮光油墨	8139平印亮光油墨加入3.4%8043撤粘剂
	拉毛速度(ｃｍ/ｓ)
唐山60ｇ/ｍ2胶版纸	45	175
金钟70ｇ/ｍ2胶版纸	67	169
汉阳80ｇ/ｍ2胶版纸	151	194
北京80ｇ/ｍ2胶版纸	58	131
安徽100ｇ/ｍ2胶版纸	33	129
开山屯120ｇ/ｍ2胶版纸	42	163

　　从表7-8所列的数据可以看出，如果油墨中加入撤粘剂，6种纸张的拉毛速度均有较在幅度的提高。例如，北京80ｇ/ｍ²的胶版纸，在印刷速度高于4000张/小时(印刷机的印版滚筒和压印滚筒为15ｃｍ)的印刷上印刷，就会出现较严重的纸张掉粉、掉毛。在油墨中加入3.4的撤粘剂后，用该种纸张印刷，印刷机的速度只要保持在8000张/小时以下，纸张一般不会发生严重的掉粉、掉毛的现象。


　　由于影响纸张掉粉、掉毛的因素很多，而且它们相互之间又有牵制，常常在油墨中加入一定量的撤粘剂或ZY油墨添加剂后，仍然发生较为严重的纸张掉粉、掉毛现象。因此，在排除油墨剥纸故障时，还应该根据纸张的性能，结合实际的印刷条件，采用相应的措施。例如，减少润湿液的供给量，适当地减小印刷压力或降低印刷速度等。

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第七章 印刷过程中的几个问题]