平版印刷机与印刷工艺.docx

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平版印刷机与印刷工艺

第三章平版印刷机与印刷工艺

本章重点

1.胶印的水墨平衡

2.油墨在墨辊间的分配

3.无水胶印

第一节平版印刷原理与制版

一、油水不相溶的原理

1.水的化学结构与表面张力

水分子结构不对称，电荷分布不均衡，极性很强。

----水是极性分子，表面张力（20°C）7.2×10–2N/m。

特点

（1）极性分子表面张力大，γ大

分子间存在取向力、诱导力、色散力

（2）极性分子之间有强的亲合力

①分子间引力大

②相似相溶（相似互溶）

极性物质叫亲水物质。

分子间引力

（1）取向力：

极性分子靠近时，同性相斥，异性相吸，按极性取向产生的引力。

（2）诱导力：

非极性分子与极性分子靠近，诱导出极性，产生的引力。

（3）色散力：

非极性分子之间，电子和原子核运动，产生瞬时偶极，产生的引力。

2.油的化学结构与表面张力

油：

有机液体的统称。

表面张力（20°C）（1.97~3.9）×10–2N/m

油分子对称分布，是非极性分子

特点

（1）表面张力较小

分子间只有色散力

（2）分子之间有强的亲合力

①相似互溶

②存在吸引力

非极性物质叫疏水物质

3.油水几乎不相溶

（1）极性不同：

水极性分子；油非极性分子。

（2）结构不同：

水分子非对称结构；油分子对称结构。

（3）乳化：

在挤压或搅拌条件下，可以少量互溶。

二、选择性吸附的原理

水墨通过对各自相亲合的金属表面具有选择性吸附

1.吸附的基本原理

（1）物理吸附：

分子间引力

（2）化学吸附：

化学键

印版的表面有一定的表面过剩自由能，可以吸附低表面张力的液体

表3-1为金属亲油、亲水性顺序表

2.选择性吸附的印刷工艺措施

（1）对版基进行处理改变铝版（或锌版）的表面结构使表面形成砂眼。

①砂眼的形成机械球磨法、电解法、喷砂法、刷子磨版法等。

②砂眼的作用

a.扩大比表面积，增加润湿和吸附

b.产生毛细作用，易于接受和储存液体

c.增加了无数的吸附中心

d.增强了表面的自由能

（2）对版面进行处理

图文部分的化学处理首先用酸性腐蚀液进行前腐蚀。

其目的是为涂布感光树脂创造牢固的吸附基础。

版表面与空气接触，生成一层氧化膜，结构疏松，不耐酸和碱。

感光树脂涂布在具有这种氧化膜的金属表面上，由于金属版表面的自由能减弱，势必会要影响感光树脂吸附的稳定性。

在显影、腐蚀等处理过程过程中，就会造成感光液膜层的脱落。

三、间接印刷

间接印刷是指印版上图文部分的油墨，经中间载体的传递，转移到承印物表面的印刷方式。

平版印刷属于间接印刷

中间载体的橡皮滚筒。

表面包裹橡皮布。

橡皮布亲油性较好，获得清晰的层次和完整的网点。

橡皮布具有高弹性，在印刷过程中承受一定的压力，利用本身的弹性，使图文传递达到完整的转移。

四、平版制版

1.PS版

（1）PS版的结构

PS版是预涂感光树脂版的简称，版基是0.5mm、0.3mm或0.15mm厚度的铝版，铝版经电解粗化、阳极氧化、封孔等处理，版面上形成一层氧化膜。

然后涂布重氮感光胶，制成预涂版，制版时可直接晒版。

PS版

PS版（预涂感光树脂版，presen-sitizedplate）

（2）PS版的制版

2.CTP印版

（1）CTP制版形式

①从计算机直接到印版（ComputerToPlate），即脱机直接制版。

②从计算机直接到印刷机（ComputerToPress），即在机直接制版。

③从计算机直接到纸张（ComputerToPaper），相当于喷墨印刷。

④从计算机直接到样张（ComputerToProof），即数字打样。

（2）制版机与印版

制版机主要有内鼓式、外鼓式、平台式，使用最多的是内鼓式和外鼓式直接制版机。

版材种类按版基划分为金属版材和聚酯版材，金属版材主要为铝版，耐印力高，适合于长版印刷，而聚脂版材则更适合于短版印刷的需求。

按涂层划分可以分为光敏树脂版和热敏树脂版，

（3）CTP制版技术

紫激光CTP制版技术采用400nm波长的激光，有更高的成像速度

CTP制版仍是热敏与紫激光技术并存，但紫激光CTP发展较快

相对于热敏CTP系统（制版机、板材），紫激光CTP系统价格低廉。

在大幅面印刷领域，热敏CTP技术仍占有主导地位。

用于紫激光CTP的板材主要有光聚合和银盐两大类。

3.普通PS版直接制版技术

普通PS版直接制版技术（CTcP）采用PS版

紫外线（UV）照射到DMD（数码微镜元件）上，DMD上面大约有100多万个微镜，每一个微镜由数码方式进行控制，根据图文信息，UV光穿过微镜，或微镜偏转UV光不能穿过，在印版上形成加网的图像。

一次曝光完成部分成像，连续几次曝光完成全部成像

CTcP系统精度0.002mm，曝光速度10次/秒

网点尺寸0.01~0.28mm

五、胶印的水墨平衡

1.油墨乳化

（1）乳状液两种不相混溶的液体放在一起搅拌或者振荡，其中一种液体变成微小的液滴分散于另一种液体中，混合液体称为乳状液或乳化液。

液体变为乳状液的过程称为乳化。

乳状液中，把分散成液滴的相称为分散相。

另一相称为连续相

（2）乳化类型

分散相是油相，连续相是水相，称为水包油型乳状液，记作O/W。

分散相是水相，连续相是油相，称为油包水型乳状液，记作W/O。

润湿液以微细的液珠形式分散的油墨中，形成W/O型乳化油墨。

O/W型对胶印质量及生产危害极大，使印刷品发生水冲，墨辊脱墨，无法传递。

轻微W/O型乳化油墨是胶印油墨黏度略有下降，改善流动性，有利于油墨转移

（3）胶印油墨乳化

四次乳化

着水辊与印版图文部分接触，两者之间既有润湿液，也有油墨，油墨的第一次乳化

着墨辊与印版空白部分接触，润湿液与油墨两相并存，油墨的第二次乳化。

着墨辊与印版图文部分接触，印版图文部分的墨膜上有润湿液微滴，也有前两次被乳化的油墨。

油墨的第三次乳化。

着墨辊与其他墨辊接触，墨辊表面墨膜上有润湿液微滴，也有前面被乳化的油墨。

油墨的第四次乳化。

容易与水混合的油墨，含水量过高，不适合胶印；难于与水混合的油墨，很难乳化，也不能用于胶印；与水混合难易程度适中的油墨，适宜胶印。

（4）油墨乳化的特点

①油墨乳化不可避免

在有水胶印中，润湿液和油墨同时存在，且不相混溶

印刷过程中，油墨和润湿液总是互相接触

油墨和润湿液存在四种滚压或挤压：

着水辊与印版图文部分、着墨辊印版空白部分、着墨辊与印版图文部分、墨辊与墨辊之间

②油墨乳化不可缺少

胶印中，乳化后的油墨黏度略有下降，流动性改善，有利于油墨转移。

胶印有水存在，除去一部分在空气中挥发，一部分进入纸张外，另外的水也要有去处。

如果没有乳化，多余的水会形成水滴附在印版油墨表面，造成局部不沾墨，使图文缺笔断划，或出现白斑；部分水滴逆墨辊而上，水越聚越多，在墨辊表面生成亲水层，造成墨辊脱墨。

如果没有乳化，微小的墨滴也会存在于水辊上，越聚越多，墨滴逆水辊而上，使传水性能下降，并污染润湿液。

如果没有乳化，传墨性能变差，影响印刷质量。

2.水墨平衡

（1）相体积的水墨平衡

在一定的印刷速度和印刷压力下，调节润湿液的供给量，使乳化后的油墨所含润湿液的体积比例在15%～26%之间，形成油包水程度轻微的W/O型乳化油墨，以最少的供液量与印版上的油墨量相抗衡。

含义：

（1）用液量最少—不脏版（核心）；

（2）调节供液量—一定印速印压；（3）油墨乳化—W/O型，W含量15%~26%。

（2）能量的水墨平衡

采用表面张力较低的润湿液，便有可能用较少的水量实现平版印刷的水墨平衡。

γw＜γ0

润湿液将向油墨一方浸润，小网点、细线条消失。

γw＞γ0

在扩散压的作用下，油墨将向润湿液一方浸润，使印刷品的网点扩大，空白部分起脏。

γw=γ0

界面扩散压为零，润湿液和油墨在界面上保持相对平衡，互不浸润，较为理想。

在实际印刷中，胶印的水墨平衡是在动态下实现的。

润湿液的黏性低，流动性好，对油墨的侵入性强，动态下对外力响应迅速。

油墨的黏性和黏度高，内聚力大，流动性差，不容易侵入润湿液。

润湿液的表面张力要略大于油墨的表面张力。

润湿液的表面张力一般为（4.0～5.0）×10-2N/m。

（3）场理论的水墨平衡

将水放入静电场中，电场将驱使水内的自由电子移动，正负电荷重新分布，一端带正电荷，另一端带负电荷，水分子按其正负有序的排列起来，而在其周围形成一个“场”。

强化处理过的水传到非图文部分时，在非图文部分形成一个场，水分子相互之间的牵引力（拉力）增大。

非图文部分的水很难进入油墨中，油墨也很难浸入水中，水膜墨膜之间，形成分界线，达到油水互不浸润的水墨平衡。

第五节平版印刷机的输墨装置

本节重点：

（1）输墨装置性能指标

（2）油墨在墨辊间的分配；

（2）墨层厚度计算

一、输墨装置的作用、组成

1．输墨装置的作用

把油墨均匀地、适量地传给印版表面。

2.输墨装置的组成

供墨部分：

作用----贮存和供墨，组成----墨斗辊、墨斗和传墨辊

墨斗辊间歇转动或慢速连续转动，传墨辊摆动

匀墨部分：

作用----打匀传递贮存，组成----匀、重、串，软、硬相间

辊多效果好。

结构复杂响应慢

着墨部分：

作用----给图文涂墨。

组成----着墨辊（靠3～6，4。

软）

二、输墨装置性能指标

1.匀墨系数

匀墨部分墨辊面积之和与印版面积之比

2.着墨系数

着墨辊面积之和与印版面积之比

3.积墨系数

所有匀墨辊和着墨辊面积之和与印版面积之比

三、墨辊的排列（见图3-40~52）

1．软硬间隔排列墨辊

2．油墨流动方向一致

3．墨辊种类要少

4．着墨辊多为四根

5．墨辊的直径不相同

6．最后一根着墨辊的直径大

7．不对称排列匀墨辊

8．墨路短、墨辊少

9．墨辊直径应小

10．中间着墨辊直径小

四、油墨在墨辊间的分配

1.墨层厚度计算

a＋b＝c＋d

c＝d

设转移墨量μ，剩余墨层厚度为δ0，各辊墨层厚度为δ1~δ7，列方程组

δ7+δ5=2δ6

δ6+δ4=2δ5

δ5+δ2=2δ4

δ4+δ0+μ=2δ3

δ3+δ1=2δ2

δ2+δ0=2δ1

δ1+δ3=2（δ0+μ）

解方程组：

δ1=δ0+0.5μ

δ2=δ0+μ

δ3=δ0+1.5μ

δ4=δ0+2μ

δ5=δ0+3μ

δ6=δ0+4μ

δ7=δ0+5μ

辊数相同，图a不对称布置，图b对称布置，墨层厚度计算结果：

δ1=δ0+（3/12）μ

δ2=δ0+（6/12）μ

δ3=δ0+（9/12）μ

δ4=δ0+μ

δ5=δ0+（5/12）

δ6=δ0+（10/12）μ

δ7=δ0+（11/12）μ

δ8=δ0+μ

2.着墨率

着墨率：

各着墨辊单独供给印版的墨量与印版总着墨量的百分比称为该着墨辊的着墨率,用ai表示：

前两根（靠近水辊）主要起着墨作用，着墨率大；后两根主要起匀墨和收墨作用，着墨率小。

3.墨辊上墨量的分配规律

（1）各墨辊间墨层厚度以一定的比例出现。

（2）依照墨辊顺序出现的墨层厚度增减，只有在油墨传递时出现，不印刷时，各辊墨层厚度相等。

（3）墨辊排列不同，墨层厚度分配不同。

（4）印刷中途改变印版的供墨量或开始印刷调整供墨量，需要经过一段时间，才能达到新的平衡。

（5）墨辊数量少，改变印版供墨量的印刷过渡过程将缩短。

墨量调节

整体：

a.转角或转速

b.墨斗辊与传墨辊接触时间压力

c.刀辊间隙

局部：

若干墨区，调节螺钉，刀辊间隙

第六节平版印刷机的润湿装置及润湿液

本节重点：

润湿液的作用；

非离子表面活性剂润湿液；

酒精润湿液。

五、润湿液

1.润湿液的作用

（1）润湿作用。

印版空形成水膜，抵制油墨浸润，防止脏版。

（2）增补作用。

与印版摩擦，磨损，粉毛加剧，亲水层破坏。

电解质与铝或锌反应，生成新亲水层。

（3）降温作用。

控制版面油墨的温度，油墨粘度随温度微小变化，急骤变化。

（4）清洗作用。

空白部分墨点、脏污

2.普通润湿液

组成及作用

（1）磷酸（H3PO4）：

与铝（锌）反应，生成磷酸铝（锌），保持印版润湿性能（增补作用）。

（2）硝酸铵（NH4NO3）：

防止氢气产生和纸张泛黄（其它反应）

（3）磷酸二氢铵（NH4H2PO4）：

控制润湿液酸度。

（4）重铬酸铵（NH4）2Cr2O7：

保护印版，提高耐磨能力。

（5）阿拉伯胶：

保护印版，防止脏污和氧化。

（6）柠檬酸：

提高印版去污效果。

润湿液中，水占90%左右。

普通润湿液的特点

（1）用液量大，水膜厚；

（2）易使纸张变形；

（3）易使油墨乳化；

（4）易脏版；

（5）成本低。

3.非离子表面活性剂润湿液

（1）降低表面张力原理与方法

水7.275×10-2N/m（20℃）。

表面活性剂

某些水溶液浓度很低，表面张力比纯水低

这种水溶液能使其与固体的润湿性能改善

胶体化学中，把能使溶剂表面张力下降的性质称表面活性，把能降低溶剂表面张力的物质称表面活性物质（表面活性剂）

表面活性剂分子一端亲水（极），一端亲油（憎水非极）

憎水端被排斥到水面浓集起来

对水表面产生引力，削弱表层分子所受向内拉力，降低表面张力。

表面活性剂浓度

浓度较低时，分子横向排列，表面张力降低少

浓度逐渐升高，分子斜立交叉，表面张力逐渐降低

浓度较高时，分子竖立排列，表面张力降低多

浓度继续增加，容不下多余分子，张力不再降

常用表面活性剂

2080：

聚氧乙烯聚氧丙烯醚

6501：

烷基（二乙）醇酰胺

TX-10：

辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10

乙醇、异丙醇

表面活性剂浓度

C=0，γ=7.275×10-2N/m

C=0.1%，γ=4.2×10-2N/m

（2）表面活性剂与HLB值

1）表面活性剂分类

阳离子：

水中电离，表面活性基团带正电

阴离子：

水中电离，表面活性基团带负电

两性离子：

酸性液中电离，表面活性基团带正电；碱性液中带负电；中性液不电离不带电

非离子：

水中不电离，这种润湿液最合适

2）HLB值

HLB值：

亲憎平衡值，衡量表面活性剂亲水性基团和亲油基团之间关系的标准

表面活性剂的HLB值在1～18之间。

HLB值愈小，亲油性愈强，亲水性愈弱。

润湿液中HLB值在7～9之间

HLB值过小，亲油，与图文结合，油墨严重乳化

HLB值过大，亲水，不能在水面形成表膜

4.非离子表面活性剂使用

低表面张力润湿液。

使用时，把粉末状的润湿剂，用一定量的水溶解，加入水斗中

成本低，无毒性，不挥发，不需配置专用润湿系统，摆动式传水辊润湿装置、达格仑润湿装置等均可使用

润湿液表面张力降低了，油墨和润湿液之间的界面张力也要下降，油墨的乳化加剧。

要严格的控制润湿液浓度和供水量。

在不脏版的前提下，尽量减少润湿液的供给量。

5.酒精润湿液

酒精：

乙醇、异丙醇

酒精润湿液=普通润湿液+酒精

酒精润湿液特点

（1）润湿性能好—铺展性好；

（2）用液量少—液膜薄；

（3）减少乳化和纸张变形—用液少；

（4）降温作用明显—挥发带走热量；

（5）印品质量高—网点变形小；

（6）易挥发—浓度不易控制；

（7）专门润湿装置—自动补加；

（8）易燃易爆—防火。

6.强化水润湿液

将水磁化，使水分子排列发生变化，降低表面张力。

特点：

不使用化学药剂；

无污染；

稳定性差。

7.润湿液的pH值

PS版，对酸、碱的耐蚀力较低，润湿液的pH值在5～6之间为好PS版，对酸、碱的耐蚀力较低，润湿液的pH值在5～6之间为好

（1）pH值过低

①反应过甚，腐蚀，不能形成亲水层

②图文部分破坏，亲墨层脱落

③干燥油失效，时间长，背面蹭脏

（2）pH值过高

①图文重氮化合物溶解，残缺不全

②润湿液中[OH-]降低油墨与水界面张力，油墨乳化严重

8.润湿液用量

（1）润湿液的消耗

用水量超过用墨量

①水在油墨中的乳化，随着油墨转移到承印物上

②向周围空间蒸发，温度较高，速度很快，蒸发水分多

③质地疏松纸张印刷时，印版空白部分水分，通过橡皮布转移到纸张上，被纸张直接吸收

④多余的水在滚筒两端滴落

（2）供液量实用范围

供液量过小时，脏版；供液量过大时，产生水迹。

把印版空白部分开始脏版和印刷品开始有水迹之间，需要的润湿液量范围称为润湿液供给量的实用范围，简称供液量实用范围。

显然，供液量实用范围越大，润湿液的合适供给量越容易控制。

①润湿液种类对供液量实用范围影响

普通润湿液供液量实用范围的下限（脏版点）高，上限（有水迹点）也高，供液量实用范围较小，即达到不脏版时水膜厚，达到有水迹时水膜更厚。

酒精润湿液供液量实用范围的下限低，很少的润湿液就不脏版，上限也低，供液量实用范围与普通润湿液基本相同，即达到不脏版时水膜很薄，达到有水迹时水膜也不厚。

在酒精润湿液中加入一些pH值稳定剂、阿拉伯胶等，供液量实用范围的下限与酒精润湿液相同，上限大大提高，供液量实用范围大大增加，即达到不脏版时水膜很薄，达到有水迹时水膜已很厚，水量容易控制，水墨平衡稳定。

②温度对供液量实用范围的影响

热源：

串动的串墨辊

温度升高，润湿液蒸发得多，更多的润湿液通过着墨辊分散到油墨中。

供液量实用范围的上限未改变，下限随着温度的升高向上移，供液量实用范围愈来愈小。

温度升高，易脏版。

（3）润湿液用量与墨层厚度的关系

吸水性小的油墨

减少润湿液，墨层厚度增加，增加润湿液，墨层厚度减小

吸水性小油墨，墨辊中存在润湿液，一部分和油墨乳化；一部分浮在油墨上，墨辊有水分，传墨不良，墨层厚度减小。

吸水性大的油墨

润湿液增加，墨层厚度加大；润湿液减少，墨层厚度减小。

吸水性大的油墨，将润湿液分散在油墨中，不影响油墨传递。

思考题：

1.试说明印刷机的输墨系统，利用增加墨辊数量，而不采用增加墨辊半径的方法，提高输墨的均一性的原因？

2.说明墨辊的排列方式对输墨的均匀性有何影响？

从着墨辊的着墨率来看，你认为哪一种墨辊排列方式对油墨的传输有利？

3.计算着墨系数、匀墨系数和贮墨系数。

4.计算每根着墨辊的着墨率。

5.平版印刷中使用的润湿液应符合哪些基本要求？

润湿液在平版印刷油墨转移中的主要作用是什么？

6.试分析普通润湿液化学组在的主要作用是什么？

普通润湿液有什么缺点？

7.配置酒精润湿液的理论依据是什么？

酒精润湿液有什么优缺点？

第七节无水胶印

一、无水平版印刷特点

1.网点再现性好，高2~3%（5%），暗97~98%（95%）；

2.墨色一致；

3.套印准确

4.印刷效率高，印版耐印力高

5.操作方便，减少污染

6.环境要求高23~25℃55~60%。

7.去脏难度大

二、无水平版

组成

阳图和阴图型

版材结构：

①版基，铝，

0.15~0.3mm，支承、安装、承压、承拉

②底层，也叫粘合层，约0.5～1μm，增加感光层与版基的结合力

③感光树脂层，约3～3．5μ，

形成图文部分

④硅胶层，约2μm，拒墨层

⑤覆盖层2μm凸凹，6μm覆盖膜，增加密合，保护版面，防磨、隔氧。

晒版

光源:

和阳图PS版相同

曝光：

空白部分见光硬化；图文部分未见光未硬化

显影：

自动显影机，洗去图文部分的硅胶层，露出亲墨层

晒版过程

放阳图片→曝光→剥离→显影→后处理→印版

空白部分：

拒墨性的硅胶树脂

图文部分：

亲墨性的感光树脂

三、无水胶印工艺

1.无水胶印油墨。

（1）向低黏度、高流动性发展

（2）提高抗起脏性

（3）提高着墨性

（4）改善油墨转移性

（5）UV无水胶印油墨向低黏度发展

2.无水胶印原理

（1）油墨要求

①对图文有良好亲合性，对空白硅胶树脂有良好排斥性

②高粘度，低粘性，内聚力大　

（2）无水胶印原理

①硅胶层与油墨中连接料（溶剂）亲合性好

②接触时，溶剂迅速向硅胶层扩散渗透（b）

③硅胶层表面膨润，接触面形成溶剂层

④油墨内聚力大于溶剂内聚力

⑤分裂时从溶剂层中间剥离，硅胶层未沾墨（c）

三、无水平版印刷机

1．无水平版印刷机的组成

输纸装置、输墨装置、印刷装置、收纸装置、传动装置和控制装置等组成。

2．无水平版印刷机冷却装置

（1）墨辊水冷装置将水输入串墨辊或匀墨辊的辊芯内

（2）风冷装置向印版滚筒的版面吹送冷风

3．墨辊与印版的接触宽度调节装置

胶辊采用低内耗材料，运转中热膨胀量很小。

自动调节着墨辊和印版接触宽度，接触宽度始终一致。

不会产生热膨胀

4．去污装置

设有硅酮胶去污辊。

油墨粘附力较强，纸粉、纸毛易附在上面，出现白斑。

印版脏污采用拒墨条。

约3μ厚，一面涂硅胶，另一面涂粘合剂。

印刷时，印版有脏污，粘在橡皮布上，位置与印版脏污位置对应。