第八章 套印准确及套印精度的控制

第三节 纸张的变形与套印准确的控制

　　纸张是印刷的主要承印材料，纸张在存放和印刷过程中很容易变形。变形的纸张不仅使纸张的直线尺寸发生变化，而且使纸张出现翘边、卷曲等纸病，严重的影响了印刷品的套印精度。

　　纸张含水量的变化是造成纸张变形，引起印刷品套印不准的主要原因。此外，与纸张含水量无关的一些因素，如印刷压力、剥离张力等也会引起纸张变形，使印刷品套印不准。

一、纸张含水量与纸张的变形

　　纸张和衬垫材料的力学性能相似，纸张在外力作用下，也会发生敏弹性变形、滞弹性变形和塑性变形。纸张的敏弹性变形对印刷是十分有利的。纸张进入压印区，在印刷压力的作用下被压缩，和橡皮布间便产生了良好的弹性接触，橡皮市上的油墨和纸张的接触面积因而增大，提高了油墨转移率。而且，纸张离开压印区之后，敏弹性变形瞬即消失，纸张迅速恢复原来的形状和尺寸，不致影响下一次的印刷。和衬垫的滞弹性变形一样，纸张的滞弹性变形对印刷的影响也不大，一般可不予考虑。引起纸张形状、尺寸变化的主要因素是纸张的塑性变形。

　　纸张是由天然植物纤维交织成的薄层材料。植物纤维包括纤维素、半纤维素、木质素等成分。纤维素是由许多葡萄糖分子聚集而成的，每个葡萄糖基都含有多个羟基（半纤维素的分子结构近于纤维素，同样含有许多个羟基），因此，纸张具有很强的亲水能力。而且，由纤维交织而成的纸张，有无数粗细不同的毛细孔，对水有毛细吸附作用，所以，纸张是吸水性很强的材料。

　　水在纸张中的存在形式有三种，即化学键结合、吸附和结构渗透。化学键结合是指纤维素分子键之间可以形成水桥；吸附是指水的单分子层覆盖在纤维表面；结构渗透是指水在纸张毛细管中的渗透。

　　由于纸张的特殊结构，纸张不仅在同纸张接触时能够吸收水分，而且具有从潮湿的空气中吸水（吸湿）的能力和向干燥的空气中排水（脱湿）的能力。

　　纸张在吸水后发生膨胀，纸张各方面的直线尺寸和面积都会增加，机械强度有所降低。

　　纸张在脱水后发生收缩，纸张各方面的直线尺寸和面积都会缩小，变得僵硬发脆。这些变化都是由纸张含水量的变化所引起塑性变形所造成的。因此，要控制纸张变形，必须控制纸张的含水量，并且使纸张的的含水量均匀，才能保证套印的精度。

　　1．温度对纸张含水量的影响。纸张含水的重量与该纸张重量之比叫做纸张的含水量，用百分比表示。

　　纸张通常总含有一定的水分，但所含水分的多少要随周围环境的温度和相对湿度而变化。从一定的温度和相对湿度的空气中吸收水分，或者把水脱逸到一定温度和相对湿度的空气中，直到空气中的水蒸气和纸张中的水蒸气压相平衡，此时纸张中的含水星叫做该温度下的平衡含水量。不同的纸张，组成的植物纤维和抄纸工艺有所不同，平衡含水量也不一样，如在20O℃、65％相对湿度的空气中，凸版纸的平衡含水量为8．1％，新闻纸为9．05 ％。



图8－11 胶版纸含水量与温度的关系

　　图8－11是在一定的相对湿度下（RH为45％），胶版纸在不同温度时的平衡含水量曲线。曲线表明，在一定的相对湿度下，纸张的平衡含水量与温度成反比，温度升高，纸张含水量线性地下降。大多数纸张，在一定相对湿度下，温度每变化±5℃，纸张的含水量变化±0．15%。在多色套印中，纸张的含水量变化若超过±0．1%，就会影响套印精度。因此，印刷车间的温度要严格控制，一般变化不得超过±3℃。



图8－12 胶版纸含水量与湿度的关系

　　2．相对湿度对纸张含水量的影响。图8－12是在一定温度下，在不同相对湿度时胶版纸的平衡含水量曲线。曲线表明，空气相对湿度低于80％时，空气相对湿度每变化10％，纸张的平衡含水量的变化为1%。但当空气相对湿度超过80%时，纸张的平衡含水量变出幅度较大，一般为1．5～20%，即高湿度所引起纸张含水量的变化远比中等湿度引起的含水量变化大，也就是说,纸张在高湿度的条件下，微小的湿度变化将能引起纸张很大的变形。不同的纸张，在同样的相对湿度下含水量并不相同，因而各种纸张在同样的相对湿度下，产生的变形量也不相同（参见表8－1）。

　　表8－1 纸张的含水量和相对湿度的关系

纸张类别	相对湿度（%）
	45	50	55	60	65	70	75	80
	含水量（％）
单面胶版纸	6	6．5	7．0	7．5	8．1	8．8	9．7	10.8
双面胶版纸	5．1	5.6	6.1	6.6	7.1	7．6	8．1	8.6
单面涂料纸	4．4	4.9	5．4	5.8	6．3	6.7	7．1	7.6
双面涂料纸	5．6	6．1	6.6	7.1	7.5	8．0	8．5	8.9

图8－13 纸张的变形

　　3．温度和相对湿度与纸张变形的关系。从造纸厂出厂的纸张，经过长途运输后才贮存在印刷厂的纸张仓库中。由于地区间温湿度的差别，入库后的纸张可能发生吸湿现象或解湿现象。如果纸张入库前的含水量较低．纸库中的温度很低，相对湿度很高，纸张便会发生吸湿现象，结果是纸垛便形成了“荷叶边”的形状，如图8－13（a）所示。如果纸张入库前的含水量较高，纸库中的温度很高，相对湿度很低，纸张便会发生解湿现象，结果是纸垛周边因脱湿较快而张紧，纸深的中间仍保持尺寸不变或有少许的变化，纸垛便形成了紧边的形状，如图8－13（b）所示。如果纸张正、反两面的含水量不均匀，纸张两面伸缩的尺寸将不相同，结果纸张卷曲，如图8－13（c）所示。

　　纸张在抄制过程中，大多数纤维枚铜网的运转方向，即按纸方向排列，少数纤维的排列方向与此方向垂直或交错，所以宏观上看，纸张的纤维排列是有方向性的。对于矩形的单张纸来说，如果纸张大多数纤维排列的方向与纸张的长度方向一致，就叫“纵丝缕纸”；如果纸张大多数纤维的排列方向与纸张的宽度方向一致，就叫做“横丝缕纸”（参见图8－ 14）。



图8－14 纸张的丝缕



图8－15 纸张含水量与伸长率的关系

　　一根干燥的纤维完全润湿后，直径增加量约为25%～30%，长度方向的增加量约为1%～2％，因此，纸张吸水后，纵丝缕纸和横丝缕纸的伸长量差异很大（参见图8-15）。图中的曲线表明，纸张吸水后，在长度和宽度上的变形有所不同，即纵丝缕纸沿宽度方向的伸长量大，沿长度方向的伸长量小；横丝缕纸沿长度方向的伸长量大，沿宽度方向的伸长量小。

　　若把荷叶边形或紧边形纸保中的纸张直接输进印刷机印刷，由于纸边不平，印刷机的前规、侧现很难准确定位，印刷品的套印精度无法保证。

　　横丝缕纸张刚挺好印，但容易出现喇叭形伸缩，直丝缕纸张较软，收、送不易整齐。在平版印刷机上，印版或橡皮布沿滚筒轴向的图文尺寸很难调整，但沿滚筒周向的图文尺寸，却可以通过在印版下面增减衬垫材料的厚度进行微量调整，所以在单张纸平版印刷机上．采用纸张的宽边和印刷方向取作平行的方式输纸，有利于套印精度的提高。

二、纸张的滞后效应和调湿处理

　　纸张的含水量变化，是引起纸张变形的主要因素，为保证纸张的平整和尺寸的稳定，对纸张需要进行调湿处理。

　　1．纸张的滞后效应。图 8－16是一定的温度（t=20℃）下，纸张的含水量（％）与相对湿度的关系，图中曲线A表示吸湿过程，曲线B表示解湿过程。曲线B与曲线A并不重合，而是构成一个封闭的回路。这就表明，如果有两张同样的纸张，在同样的相对湿度下达到平衡，但纸张申原来的含水量较高（周围的相对湿度也较高），是经解湿过程达到平衡的；而纸张乙原来的含水量较低（周围的相对湿度也较低），是经吸湿过程达到平衡的，那么，平衡后甲纸张的含水量总要比乙纸张的含水量高。这种现象就叫做纸张含水量的滞后效应。

　　由于纸张的含水量有滞后效应，所以，在某一相对湿度下调湿的纸张，经吸湿和解湿过程重又回到原来的湿度时，纸张的含水量便比原来的高，经解湿和吸湿过程重又回到原来的湿度时，纸张的含水量便比原来的低。就是说，纸张一旦吸湿，即使再回到原来的相对湿度，含水量亦会提高；纸张一旦解湿，即使再回到原来的相对湿度，含水量亦会降低。



图8－16 纸张含水量和相对湿度的关系

　　对纸张含水量滞后效应的一种解释是：在高湿度下，纸张纤维中大多羟基都吸着水分，纸张脱湿后，一部分羟基因纤维收缩而重新排列，而相邻分子链上的羟基相互吸引着，若再使纸张吸湿，首先能吸水的是表面游离的羟基，虽然水分子之间的作用力能使一些羟基活化，但这种羟基的活化程度远不如原来的羟基。所以再度调湿后的纸张，羟基吸水能力下降，对水分的敏感程度减弱，纸张含水量的变化也趋于减小。

　　纸张的伸缩率也存在着滞后效应，如果对纸张反复地进行吸湿和解湿，含水量和伸缩率就会趋于稳定状态，参见图8－17和图8－18。

　　2.纸张的调湿处理。纸张在抄制和涂料工序之后，再经过干燥、压光出厂，绝大多数出厂纸张的含水量都较低。如果把出厂的纸张不经处理直接用于多色乎版印刷，印版上的润湿液通过橡皮布转沾到纸张上，纸张便会因吸湿而伸长，第二色将无法与第一色套准。因此，用于单张多色平版印刷机的纸张，必须进行调湿处理，降低纸张对水的敏感程度，提高纸张尺寸的稳定性。用于单色印刷的纸张，从套印精度讲对调湿要求不高，但和多色印刷共同地存在着静电问题、纸张是良好的绝缘材料，在干燥压光的过程中常因摩擦而带静电。用带有静电的纸张印刷会发生双张进纸、收纸不齐等故障。在干燥寒冷的冬季贮运纸张，纸张的含水量会因解湿而下降，再经摩擦将会带有大量的静电，其后果甚至会造成电击或起火。经验表明，在相对湿度高于50％的平印车间里，调湿过的纸张所带的静电很少，这也是对纸张进行

　　调湿处理的一个目的。总之，印刷前对纸张进行调湿处理，是让纸张的滞后效应充分显示出来，使纸张所含的水分与印刷车间的温湿度相适应，可以提高套印精度。



图8－17 纸张反复吸湿、解湿的水分变化



图8－18 纸张反复吸湿、解湿引起的伸缩率变化

　　自然调湿法，是将纸张吊晾在印刷车间里，使纸张的含水量与印刷车间的相对湿度相平衡。

　　强迫调湿法，是将纸张吊晾在晾纸机或晾纸间的圆形晾纸机架上，再向它吹送调温调湿的空气。吹送的空气一般温度比印刷车间高10～15℃，相对湿度比印刷车间高10％～20％，以加快调湿处理的速度。



图8－19 纸张的吸湿与解湿的速度

　　纸张充分地吸湿或解湿都需相当长的时间。图8－19是纸张含水量在吸湿和解湿过程中随时间变化的曲线，纸张未经调湿处理时，周围环境的相对湿度为65％，放在相对湿度为100％的环境中吸湿，得到的是曲线的右上段，含水量增加较快；放在相对湿度为0％的环境中解湿，得到的是曲线的左下段，含水量减少较慢，即干纸变湿要比湿纸变干来得快。纸张的调湿一般是吸湿过程，欲使纸张含水量达到一定的水平，吸湿的时间也需要相当长。套印精度要求不很高的印刷产品，印刷前把纸张吊晾2～3天就可以了，套印精度要求较高的产品，则需要吊晾3～5天。如果把吊晾的纸张吹松，使空气与每张纸都能充分接触，吊晾的时间可以大大缩短，甚至只需要2～3h，而无法与空气接触的卷筒纸，用自然调湿法处理需要数日之久。

　　经过强迫吊晾的纸张，印刷前还需要放到印刷车间或与印刷车间温、湿度相近的晾纸车间进行温湿度平衡。一般来说，温度对于相对湿度的影响很大。例如印刷车间要求的温度变化范围约为20℃±2℃，则相对湿度约为50％～65％纸张在高温、高湿的条件下调湿后，放置在印刷车间进行温湿度平衡时，由于温差的变化，需要一定的时间才能达到平衡，所需的时间还受到纸深堆积量的影响。纸张适应温差的时间如表8－2所列。

　　表8－2 纸张适应温差的时间

纸堆量（m3）	温差（℃）
	5	7．5	10	15	20	25	30	35
	时间（h）
0.2	4	7	9	15	21	28	41	62
0．4	7	12	17	26	36	41	64	92
0．6	9	15	20	31	42	55	76	106
1．0	12	18	23	33	46	63	84	115
2．0	13	19	24	35	49	66	90	123

　　图8－20是未经调湿的纸张和用不同方法调湿的纸张，在多色印刷过程中含水量的变化曲线。图中A曲线表示未经调湿的纸张含水量的变化情形。纸张未经调湿时含水量很低，由于车间的相对湿度高于原来的贮纸场所的相对湿度，纸张进入车间后便开始了吸湿过程，含水量逐渐升高，尺寸逐渐伸长；印刷开始后纸张又不断地从橡皮布上吸着润湿液，含水量继续增大；且每印一色，含水量增大一次，如此重复致使纸张变形逐次增加，套印自然很难准确。B曲线表示用自然调湿法调湿过的纸张的含水量变化情形。印刷开始前，纸张含水量经调湿已提高到一定的水平；印刷开始后，纸张含水量（以及因含水量变化引起的纸张变形）的增长率都比未经调湿的纸张为小，这无疑对保证纸张尺寸稳定性是有利的，但仍未从根

　　本上消除印刷过程中纸张因含水量变化导致的尺寸改变。C曲线表示用强迫调湿法调湿的纸张的含水量变化情况。调湿的相对湿度比印刷车间高8％，约为63％（印刷车间的相对湿度为55％），经过这样调湿处理的纸张，含水量较高，约为6．5％，再运到印刷车间或与印刷车间温、湿度相等的晾纸间进行平衡，因为滞后效应的作用，一方面脱湿后的纸张仍比原纸的含水量高，另一方面，在印刷过程中纸张始终处于吸湿和解湿的平衡状态，纸张的含水量几乎不变，减少了纸张由于吸湿和解湿作用而引起的伸缩变形。



图8－20 印刷过程中张含水量的变化

　　显而易见，图8－20所示的B、C两种方法中，效果最好的是强迫吊晾法，但是，由于受到设备、条件的限制，目前生产中，自然调湿法采用的仍然很普遍。

[时间：2001-07-09  作者：冯瑞乾  来源：《印刷原理及工艺》·第八章 套印准确及套印精度的控制]