印刷基本原理.docx

1、印刷基本原理第二章 印刷基本原理重点内容1.液体在固体表面润湿的条件。2.油墨转移方程3.油墨调配4.印刷压第一节 印刷过程的润湿润湿：表面上的一种流体被另一种流体取代的过程表面：有气相组成的界面界面：气、固、液三相中的两相相交处印刷中润湿：油墨-墨辊、印版、橡皮布、承印物；润湿液-水辊、印版润湿要求：易润湿、均匀、效率高一、表面张力与表面过剩自由能物体表面分子受到拉力形成了液体的表面张力，相对于物体内部所多余的能量，就是物体的表面过剩自由能。（1）表面张力（）：（液体或固体）表面分子受到内部分子的拉力。单位：N/m（单位长度受力）特点：没有外力时，液体具有自动收缩成球形的趋势。几种液体表面张

2、力见表2-1(2) 表面过剩自由能比表面过剩自由能、表面自由能、比表面能 （）单位面积上的分子比相同数量的内部分子多出的能量。单位：J/m2 N/m （1J = 1 N/m）过剩-比内部分子多出的能量自由-表面分子不受外界控制高能表面110 1J/m2（N/m）为高能表面金属、无机物高能表面磷酸锌=9 10 1J/m2氧化铝=710 1J/m2铜=1.010 0 J/m2低能表面110 1J/m2（N/m）为低能表面有机物、高分子材料低能表面感光树脂=(34)10 2J/m2印刷材料的表面张力PS版空白：= 710 1J/m2； 图文： = 3.810 2 J/m2。油墨：= 3.510 2

3、N/m； 润湿液： = 4.510 2 N/m水：7.210 2 N/m结论能量高的表面吸附表面张力低的液体；能量低的表面不能吸附表面张力高的液体。油墨可以润湿整个印版，润湿液只能润湿印版空白部分。润湿分类：沾湿、浸湿、铺展（1）沾湿：将液体与固体表面接触，变为液-固界面。应用：润湿液、油墨附着在印版上是沾湿；润湿液不附在图文表面，油墨不附在水膜是不沾湿。体系能量变小，沾湿自发进行。-热力学第二定律沾湿发生条件：G =SL -LG SG0 ；或Wa =SG +LG SL0内聚功当液体与液体接触时，界面消失SL=0SG =LG Wa=2LG=Wc内聚功：分子间相互作用力。 Wc大，结合牢。（2）

4、浸湿：将固体浸入液体中，变为液-固界面。应用：凹印滚筒、柔印网纹辊浸在油墨中，油墨应充满网穴。浸湿发生条件：Wi =SG SL0 浸湿功A=SG SL0 粘附张力G =SL SG0 自由能变化当SG 大时，将水吸引过来，破坏水的收缩。（3）铺展：液体在固体表面展开。应用：平版印刷时，润湿液在印版空白部分形成薄薄的水膜，厚度0.51。自由能变化G =SL +LG SG对外界做功 W = SG -LG SL = S铺展系数：液体在固体表面上铺展能力铺展发生条件：G =SL +LG SG 0 或S= SG -LG SL 0即SG LG +SL 则：固体表面张力（自由能）大，液体能在表面自动铺展。润湿

5、条件沾湿： Wa =SG +LG SL0浸湿： Wi =SG SL0 铺展：S= SG -LG SL 0结论（1）同一体系，WaWiS。当S0时，液体能在固体表面铺展，一定也能浸湿和沾湿；（2） SG 越大，润湿越好。接触角与润湿方程接触角：三相交界处，固-液界面与液体表面切线的夹角，用表示。润湿方程应用（1）当90时，cos0， SG -SL 0， SG SL ，体系能量增加，不能自动润湿。（2）当90时，cos0， SG -SL 0， SG SL ，体系能量减小，能自动润湿。结论180 完全不润湿90 不润湿90 润湿=0 完全润湿0 三力失去平衡，润湿方程不适用润湿判据（1）能量判据：沾

6、湿：Wa =LG（1+cos）0浸湿：A =LGcos 0铺展：S =LG（cos-1）0（2）接触角判据沾湿：180；浸湿：90；铺展： 0（或不存在）二、印版润湿原理1.平版的润湿性（1）平版的结构与润湿原理印版表面的润湿：印版的图文部分空气被油墨取代，胶印印版的空白部分空气被润湿液取代。平版的表面结构和润湿性种类：PS版、平凹版、蛋白版、多层金属版图文部分和非图文部分几乎处于同一平面先上水，后上墨。小亲水性大Cu Fe Zn Al Ni Cr 大亲油性小平版的润湿性PS版空白部分氧化铝-亲水氧化铝表面能高，I= 0.7J/m2， w=0.07N/m，O=0.030.036N/m ，Iwo

7、符合润湿条件，水和墨都能铺展。PS版图文部分硬化感光树脂-亲油硬化感光树脂为低能表面， I=0.030.04J/m2,w Io，油墨能在图文部分铺展，水不能在图文部分铺展。（2）平版润湿性的影响因素 表面粗化对润湿性影响。 粗糙系数 G=A/a 1， A粗化表面真实面积，a平滑面积。G大，表面不平。将G代入润湿方程：G(SG SL)= LGcos0整理得，G=cos0 /cosG1， cos0 cos当90时， 则：0 ，粗糙表面润湿性好。当90时， 则：0 ，粗糙表面润湿性差。印版表面粗化，提高润湿性，有利于形成稳定的膜层。 表面状况对润湿性的影响 新金属表面：表面无杂质旧金属表面：表面有杂

8、质(油污、灰尘)表面能高，吸附气体成吸附层，推回液体cos变小，变大，润湿性变差对平版影响大，对凹、凸版影响小，易清除。保护印版，涂胶，清除杂质 印版表面润湿性的保护 阿拉伯胶：高分子化合物（结构见P16）保护部位：新晒平版非图文部分作用：（1）防止气体分子、有机油污在印版非图文部分吸附，保护润湿性；（2）防止印版表面氧化。操作：（1）将胶液均匀涂于印版表面；（2）印刷时，用水擦除胶层；（3）中途停机时间长，涂胶保护，PS版可用水保护。2. 凸版的润湿性 凸版：图文凸起，空白凹下金属：高能表面油墨润湿好；高分子聚合物：低能表面，与油墨结构相似，亲合力强，润湿好。3.凹版的润湿性 图文部分凹下，

9、非图文凸起，网穴深浅不同。金属版材，表面能高，满足浸湿条件： Wi =SG SL0 4.孔版的润湿性图文部分网孔通透，空白部分网孔封堵不锈钢网表面能高，润湿好；尼龙网润湿一般（0.046N/m）聚酯网润湿较差（0.043N/m）三、橡皮布与墨辊的润湿1.橡皮布的润湿性橡皮布结构总厚度：1.61.7mm;1.81.9mm橡胶层：吸油不吸水，耐油耐酸耐氧化抗老化胶层：内、外胶层材料：天然橡胶、合成橡胶分子以非极性为主，加入一定量醋酸乙烯-氯乙烯共聚体，亲油疏水，油墨润湿好。（1）短期变化润湿性下降变化原因：物理作用：周期性滚压，纸粉毛、油墨颗粒覆盖；化学作用：油墨、润湿液侵蚀。结果：覆盖层多极性，

10、亲油下降，亲水上升，油墨难转移。印迹发虚，网点丢失；纸张含水增加，套印不准；纸张强度下降。解决方法：清洗橡皮布。（2）长期变化-老化变化原因：长时间日照；受热或周期性滚压生热；结果：表面玻璃状光滑膜；胶层变硬、发粘、裂纹；传墨性降低。解决方法：恒温恒湿；水、墨辊冷却（高速机）；降低印刷压力。2.墨辊的润湿性组成：供墨部分、匀墨部分、着墨部分软辊：传墨辊、匀墨辊、着墨辊-橡胶硬辊：墨斗辊、串墨辊、重辊-高分子软硬交替：接触良好直径不同：防止误差复映油墨润湿墨辊的条件共同特点：亲油粘附功Wa = SG +LG SL内聚功Wc = 2LG当Wa Wc时，油墨附着当Wa Wc时，油墨脱落，即SG LG

11、 +SL 油墨附着SG LG +SL油墨脱落（1）软质墨辊：受热老化高速滚压摩擦结果：表面硬化，龟裂，脱落。解决方法：磨削，冷却装置，清洗干净清洗时，用清洗剂或汽油，不用煤油。（2）硬质墨辊钢质辊：亲油差，乳化严重时，成亲水膜，脱墨。去除亲水膜层。铜质辊：易氧化、硫化，亲油性下降，脱墨。10%稀硝酸清洗。高分子辊：非极性亲油，浇注喷涂，少脱墨。强度低，免敲刮第二节 油墨转移一、油墨的附着1.油墨的附着（1）机械投锚效应：油墨流入承印物表面的凹凸和间隙，像投锚。（2）二次结合力：分子间相互作用力。色散力非极性分子间诱导力极性与非极性分子间取向力极性分子间一次结合力：原子或离子间相互作用力（化学键

12、）（3）毛细作用：当纸张（或其它承印材料）和印版滚筒分离时，借毛细管吸力，油墨附着在上面。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2.油墨在纸张上的附着（1）纸张极性较强。纸张主要成分是纤维素、胶料、填料等，纤维素和松香胶料分子不对称。（2）油墨有一定的极性 。油墨流体部分是连结料，常用干性植物油和天然树脂或合成树脂。（3）二次结合力吸附。分子靠近时 ，产生取向力、诱导力和色散力，附着在纸张上。二次结合力愈大，附着效果愈好 。(4)机械投锚效应纸张纤维交织，表面凹凸不平有孔隙，油墨有较好流动性，机械投锚效应使油墨在纸张上附着。 平滑度较高纸张，油墨附着主要依赖二次结合力；粗糙纸

13、张，油墨附着主要借助机械投锚效应。3.油墨在箔片和薄膜上附着（1）金属箔片金属表面平滑，油墨的附着靠分子间的二次结合力金属表面是高能表面，比油墨的表面张力高得多，有较大的粘附功，使油墨的附着效果较好 （2）高聚物薄膜表面平滑，油墨附着靠分子间的二次结合力。二次结合力很弱，油墨的附着仍很困难。表面张力大于固体临界表面张力c的液体，均不能润湿此固体表面。 为提高附着效果，要对高聚物表面进行处理。一般采用电晕放电法联，提高表面自由能，增加表面粗糙度。 二、油墨转移方程1.油墨转移率与油墨转移系数油墨转移率f 印版墨量x，转移墨量y油墨转移系数 x、y的单位g/m2，或m2.油墨转移方程油墨转移方程：

14、油墨转移过程中，转移墨量与印版墨量及其它相关因素之间关系的解析表达式。沃尔克(WCWalke)和费茨科(JWFetsko)提出的油墨转移方程，叫WF油墨转移方程。即使是实地，油墨也不能填满整个画面设单位面积转移墨量为Y（g/m2）纸张表面的凸凹不平，致油墨转移中，不能与油墨完全接触。设单位面积纸面上与油墨接触的面积比为FF随x的增大而增大。纸面与油墨全部接触，F1；纸面与油墨完全不接触，F0。实际墨量yFY y(x)F（x）Y（x） 转移墨量Y分成两部分，Y1和Y2Y= Y1 + Y2Y1-填入墨量； Y2 -自由转移墨量设填入墨量的最大值为b极值墨量Y1=b墨量填入程度比例系数01完成第一部

15、分墨量Y1转移后，印版上剩余的墨量为x- Y 1 =xb，为自由墨量 设自由墨量分裂率为f，则转移墨量Y 2 =f (x- Y 1 ) =f xbY 2由x- Y 1分裂而来。初步方程Y F Y = F （ Y 1 + Y 2） =F b+ f （ x b） （1） 求F油墨接触面积比为F，空白面积比为1-Fx变大，1-F变小经验假定：F对x的变化率dF/dx=k(1-F)K纸张平滑度系数积分得：F=1-e-kx （2） 求实际填入墨量Y1，极值墨量b，为填入比例，= Y1 / b空出空间比为1- x变大,1- 变小;b越大,变化越小经验假定：对x的变化率d/dx=(1- )/b积分得： =1

16、- e-x/b （3）将式（2）、（3）代入式（1）y (ekx）b（ex/b）fxb（ex/b） y转移墨量；x印版墨量b极值墨量（填入墨量的最大值）k纸张平滑度系数f自由墨量分裂率3.油墨转移方程的赋值（1）参数b、f、k的意义 b：纸张表面凹陷处在印刷瞬间可能填入的极值墨量 纸张凹孔多，油墨粘度低，印刷压力大，印刷速度低，b大；反之b小b值大，纸张凹孔大，存墨多f：自由墨量分裂率墨量充足时， f近似等于f。油墨粘度大，纸张表面粗糙，吸收性强， f小印刷速度低，f接近1/2f大，分裂率大，油墨转移多k：纸张平滑度系数纸张平滑度高，质地柔软，印刷压力大，印刷速度低，油墨稀，k大。油墨与纸张接

17、触面积大，时间长，k值增大。k值大，纸张接触油墨面积大，印刷效果好y 随b、f、k增加而增加b、f、k受纸张、油墨印刷适性影响为提高油墨转移量，就要提高b、f、kx较小时， ekx值相对较大，k影响较大x较大时，y fx+C(常数)， f影响较大x中等时，b值影响较大（2）赋值的近似方法建立近似方程x足够大时， ekx 0， ex/b 0油墨转移方程近似写为：yfxb(1f)斜率 m=f截距 I = b（1f） =b(1-m)求b、f、k值x较小时，近似公式误差大x较大时，近似公式误差小例题（例题实测的印版墨量x和转移墨量y的数据如表2-4所列。试依据表中所给数据，用线性油墨转移方程的方法，给

18、参数b、f、k赋值。解：(1)求近似方程（较大数据为直线） (2)求b、f（3）求k将b、f数据和表2-4中的前3组x、y（较小）数据代入(2-37)式，可算得k1、k2、k3三个数据，取平均值k=(k1+k2+k3)/3=(1.55+1.83+1.72)/3=1.7（4）写出油墨转移方程：y(- e-1.7x）0.6（- e-5x/3）+0.44x- 0.6（- e-5x/3）4.油墨转移方程的修正沃尔在和费茨科所建立的油墨转移的数学模型假定：转移墨量的大小，首先与纸张接触油墨的面积大小有关；其次，在接触油墨的纸面部分，转移墨量的大小又与油墨在纸面的机械投锚效应和自由墨量因二次结合力而产生的

19、分裂率有关。沃尔克与费茨科据此推导出WF油墨转移方程，重写如下： y(x)=F(x)Y(x) =F(x)b(x)+fx-b（x) =(1-e-kx)b-1-e-x/b)+fx-b(1-e-x/b) 三、油墨调配油墨 滤色片 RGBY0.030.071.10M0.14 1.200.53C1.230.500.14油墨中加入干燥剂、调墨油、冲淡剂、撤黏剂等来调整油墨的干燥速度、黏稠度、流动性等性能，以适应各种产品印刷的需要。印刷彩色产品时，有些色相的彩色油墨，特别是专色，需要几种单色油墨凋配而成。有时为了印金、印银、印塑料、印透明等特种印刷需要，也要进行调墨。1.彩色油墨参数（1）色强度 用彩色密度

20、计三色滤色片测得的三个密度值中最高的一个表示该油墨的色强度。也是各自的主密度值。油墨强度决定了油墨颜色的饱和度，黄墨主密度值为1.001.15，品红墨主密度值为1.201.40，青墨主密度值为1.251.50，黑墨主密度值为1.501.60。（2）色相误差也称色偏，是与理想油墨比较颜色偏差的情况。用DH、DM、DL油墨在三种滤色片下最大、中等和最小密度值色相误差值越低，色相越纯正。黄油墨色相误差很小，稍偏红，青墨偏蓝，理想三色版油墨的色相误差应为0 品红油墨的色相误差 （3）灰度油墨色相不应吸收区域最小密度与应吸收区域的最大密度之比为油墨的灰度。油墨的灰度可以理解为该油墨中含有非彩色的成份。灰

21、度的百分数越小 ，油墨的饱和度就越高，色彩越鲜艳 品红油墨的灰度值 （4）色效率一个颜色对光的正确吸收与不正确吸收的百分比。一种原色油墨应当吸收三分之一色光，完全反射三分之二色光。品红油墨的色效率值 2.调墨原理和方法用色料减色法原理分析原样在三原色中的含量，确定主色和辅色的配合比例。三原色油墨等量混调，所得到的色近似黑；三原色墨中的两种原色等量或不等量混调，可获得各种间色，其色相偏向于含量比例大色墨三原色墨分别以各种比例混调，可得多种复色任何色油墨中加入黑墨，它的明度必然下降以致色相变深暗。若加入白墨其明度则提高。一般浅色墨的调配，可以参考以下的一些配合关系：淡红：以白墨为主，略加大红，橘红

22、。淡（湖）蓝：以白墨为主，略加孔雀蓝。肉色：以白墨为主，略加橘红，中黄。米色：以白墨为主，略加橘红，中黄以及微量的黑色。灰色：以白墨为主，略加黑墨、品蓝。银灰色：以白墨为主，略加银浆、少量黑墨。淡雪青：以白墨为主，略加淡红、品蓝。象牙黄：以白墨为主，加中黄、孔雀蓝和橘红。湖绿：以白墨为主略加亮光型青、淡黄翠绿：孔雀蓝加淡黄。橄榄黄绿：以白墨为主，加淡黄和孔雀蓝，略加品红。墨绿：深黄加中蓝，再略加深红假金：以黄墨为主，略加深红、中蓝金色：以中黄及淡黄为主，略加金粉。青莲：孔雀蓝加桃红。古铜：以深黄为主，略加大红。黑墨 调配油墨时，如需加入调墨油、干燥剂、撤黏剂等辅料，一般加入量在1%5%。根据两

23、种原色油墨的不同比例，可以调配多种间色（两种原色油墨调配而成的墨色）。根据三种原色油墨的不同比例，可以调配多种复色 3.色相鉴别（1）仪器检测 用密度计检验所调油墨密度，计算色相误差、灰度、色效率等。用分光光度计对所调油墨进行质量控制，分光光度计测量更准确。（2）颜色对比法 拓墨法在印刷纸上，取一块油墨，用手指衬一层印刷纸，把油墨拓散，接近印刷墨层，和原色样对比 刮样法在长方形纸张上部，用刮墨刀把油墨从上向下刮成薄层，两种油墨凭目光观察4.计算机调墨计算机调墨计算油墨配方时，必须先建立一个油墨的颜色数据库，记载各种油墨颜色的光吸收值H与光反射值I。配色时，计算机便会根据H、I值，按着不同的百分

24、比来组合各单色油墨的比例，以得到与所需颜色的H、I值比例最接近的组合。计算机调墨在实际应用中，并没有办法与标准完全吻合，除了与系统精度有关之外，还与使用者所建立的数据库有关。计算机调墨的第一步是建立油墨数据库，每一个颜色都要测量H、I值，然后对数据库进行评估。因为数据库的准确度决定了配方效果，数据库的准确度低，便不能调配出正确的颜色。实际印刷时，承印材料与实验室建立时使用的承印材料不同，会造成计算机调墨准确度降低。印刷压力、墨膜厚度、供水量、印刷速度等若有变化，色块会产生色彩差异。建立油墨数据库时，选择适当的印刷条件与涂布打样系统，在计算机调墨中很重要。 （1）主要工具和器材 毫克电子天平。能

25、测量小数点后三位数重量的电子天平。 打样机。能把油墨平均印在承印物上的设备，能以着墨重量来控制厚度，如IGT油墨打样机、RK印刷打样机。 电脑。安装油墨配方软件，能计算油墨资料及配方，建立数据库等功能，如Gretag Macbeth Ink Formulation、X-Rite Color Master等调墨软件。 分光光度计。 标准光源。配紫外光灯、D50、D65及A光源的灯箱为最理想。这样可同时观测在不同光源下，印刷品同色异谱的情况。（2）建立数据库把数十种油墨的颜色利用分光光度计输入电脑，数据要准确，电脑便将其转化成可见光谱数据。不同公司生产的油墨，颜色及印刷适性不同，印刷企业的印刷条件

26、也不同，数据库必须符合本企业生产条件，如纸张、油墨、车间温湿度、印刷参数等，但不一定适合其它企业。如企业需经常要做上光油处理，在建立资料库时，输入一个有上光油效果的数据。需要有上光油效果时，电脑便会计算含有上光油效果的配方。计算机还可以把纸张的颜色、纸张的吸收性、油墨的渗透程度等因素计算在内。建立资料库时，分别建立涂料纸和非涂布纸数据库。（3）调墨步骤 利用分光光度计把颜色资料输入软件内； 点击选择配色功能。此时，电脑要求选择资料库。 根据样品所用的纸张，选择涂料纸或非涂料纸，有印后加工或无印后加工。 选择所用的颜色数量。 进入配方视窗，输入生产用纸张资料。 点击配方运算。电脑会把利用不同颜色

27、油墨配制目标的结果显示出来。（4）选择配方电脑会运算出最多50个配方。根据色差（E）、同色异谱指数（MI）、曲线吻合指数（CFI）和成本选择配方。色差是指电脑计算的配方与标准的偏差，以同一照明光源下计算，数值越小，准确度越高。同色异谱指数为两个样品在不同光源下色变的情况。曲线吻合指数是光谱曲线差别情况。成本是输入油墨资料时可同时输入的一个参考指数电脑运算得出的配方用百分数表示，用户根据百分比和用墨总量称取油墨，然后混合，用调墨器把油墨彻底调匀。（5）检验利用印刷适性仪印制色样，用目视在三种不同的光源下判定颜色复制的再现性，以及是否有同色异谱的情况发生。色样接近干燥时，把色样进行测量，将数据输入

28、电脑，从最初由电脑计算出来的配方对比色差E。如果E在1.52.0之间，即为合格。如果不合格，这时电脑已知道色样的资料，然后比较电脑原来配方的资料，通过电脑配方改正功能，自动计算还需加入什么分量才能达到要求的颜色。 实际印刷中，油墨浓度是影响墨色深浅的重要一环，在利用电脑调墨的同时，可先输入最低的墨层厚度，一般建议1.0m、1.2m.等等，根据墨层厚度与印刷浓度的关系，便可知道生产所要求的油墨浓度。利用最低浓度生产出最近似的色彩，是最理想的。有时因为纸张底色影响，需增加浓度，增加油墨的遮盖度，若效果仍不理想，可要求电脑加白墨或黑墨，再重新计算配方 。 第三节 印刷压力与滚筒包衬一、印刷压力印刷压力：油墨转移过程中，压印体在压印面上所承受的压力。在印刷过程中压印体之间相互作用的力1.印刷压力的作用和产生b压印面宽度压缩变形量p1作用力p2 反作用力R1印版滚筒半径R2 橡皮滚筒半径d滚筒中心距L滚筒长度2.印刷压力的作用 原则：保证油墨转移前提下，小为好（1）实现印刷面完全接触。纸张、橡皮布、印版粗糙微孔（2）增强吸附力。克服油墨分子引力（3）促进干燥。加速油墨被纸面吸收3.油墨在承印物上附着（1）二次结合力、机械投锚效应和毛细作用表面平滑承印物，以