第十四章 油墨的流变特性

2012年3月22日星期四
3
二、流变学基本概念
2、层流的定义 当流体受力发生流动时，如果流动的速度比较低，流 体中的所有质点都在沿平行于流道轴线方向流动，无 横向流动，即流体质点之间不发生掺混。对液体而言， 会以垂直于力的方向或平行于管轴的方向不紊乱地流 动---层流。（粘滞流动或简称滞流）。 • 1880年法国科学家雷诺曾用苯胺着色液和水进行实验， 证明了层流的存在。 • Re<2300
2012年3月22日星期四 13
宾哈姆流体的流变曲线 τ τm τB τe
0
实际宾哈姆流体的流变曲线
特点：其受剪切作用过程 中，流体发生连续不断的形 变，但施加的剪切应力必须 超过某一最低值，剪切小于 此最小值时，仍保持原有外 形，即τ≥τe时才流动。 D
宾哈姆流体流变方程： 宾哈姆流体流变方程：
19
• 四、粘度与屈服值的测量
– 油墨的粘度和屈服值都是在粘度计上测定的。 – – – – – – 常用种类： 毛细管粘度计 小孔式粘度计 旋转粘度计 平行板粘度计 落棒粘度计(拉雷粘度计)
2012年3月22日星期四
20
– 测量原理： 测量原理：
⒈毛细管粘度计：以一定量的某流体流
出所需时间来表示。已知标准液(蒸馏 水粘度0.01斯托克斯，时间500S)，先 求出仪器常数k Q 0 . 01 k = = = 0 . 000020 t 500 相同条件乙酸乙酯需时580S，则乙酸乙 酯粘度：
2012年3月22日星期四
29
触变性产生的原因及触变现象形成的机理： 触变性产生的原因及触变现象形成的机理：
扩散双电层 架子结构，网状结构 静止时：引力=斥力呈现凝胶 状态，粘度较高； 外部机械作用下，双电层被破坏，引 力≠斥力，粒子运动范围加大，呈现 溶胶状态，表现为粘度降低，作用时 间越长，粒子双电层破坏越彻底； D=0，粒子双电层重新恢复，经过 一定时间，体系再次回到起初的凝 胶状态。
①仪器：可变速旋转粘度计 ②使用不的角速度ω1、ω2测得 相应的粘度代入格林触方程 可求出破解系数H： ③破解系数的物理意义：AB1A 滞后圈面积小，粘度η1大； AB2A滞后圈面积大，粘度η2 小，流变曲线滞后圈面积的 变化(即蓝色部分的面积)即为 破解系数H就是油墨触变性的 大小。
32
油墨流变曲线的滞后现象 τ τ τ
A
对应于同一个剪切速率， 上行线的表观粘度要大于 下行线的表观粘度，该现 象为滞后现象。 滞后圈大，触变性大。
0
D D
触变性流体的流变曲线
2012年3月22日星期四
33பைடு நூலகம்
– 触变性性的测量：
⒈流变曲线滞后面积法： ①仪器：无级变速旋转粘度计 ②原理：在恒温条件下，通过 逐渐增大转速达到某一预定最 大值后，再逐渐降低转速，将 渐增与渐减的剪切速率与剪切 应力的关系数据记录，并作出 其关系图，如右图。
η = kt = 0.00002 × 580 = 0.0116
用于比较稀薄的溶剂和矿物油的粘度测量
2012年3月22日星期四 21
2 小孔粘度计: 车间常用涂-4粘度计（杯） 作现场测试，是一种以测定流 体从粘度杯中全部流出的时间 来作为该流体的条件粘度的一 种粘度计。 适合于测定粘度在150S以下 的流体，精度稍差，不适合于 比较精密的科学研究 。
2012年3月22日星期四 30
连接料本身的触变性： 高分子链的缠绕与破坏。
2012年3月22日星期四
31
– 影响触变性的因素： ①颜料颗粒形状：针状＞球状； ②颗粒的表面性：非氧化炭墨＞氧化炭黑； ③颜料含量↑触变性↑； ④颜料的润湿性↑触变性↓； ⑤助剂对触变性有影响，如表面活性剂等。
2012年3月22日星期四
2012年3月22日星期四
6
二、液体的流动性质与流动曲线
牛顿流体
符合牛顿流动定律的流体都称
为“牛顿流体”，小分子液体与高分子的稀 溶液属于此类。 其特点：流动曲线是一条通过原点的直线， 粘度即是该直线的斜率，粘度不随剪切力和 剪切速率的大小而改变，是一个常数。
2012年3月22日星期四
7
非牛顿流体
2012年3月22日星期四
22
3 旋转粘度计
如图，内筒以一定速度ω转动， 外筒静止，使液体受到剪切作用并 传到外筒内侧，使外筒产生转矩， 通过测量转矩来测定液体的粘度， 因为这种粘度计可以通过改变转速 来改变被测流体的剪切速率，所以 比较适合用来测定非牛顿流体。
2012年3月22日星期四
23
4 拉雷粘度计 又称落棒粘度计，由同轴圆 棒和套在棒外的圆管组成，如图。 在粘度计的支架上刻有相距 10厘米的记号，测定是时加载一 定附加质量的圆棒在油墨中下降 10厘米距离所需的时间T，以此 来表示油墨的粘度。
• 五、 油墨的触变性
– 定义：流体在温度不变时，如剪切保持恒定，切应力 和表观粘度会随时间延长而减小，流体的这种性质称 为触变性。 – 表现为流体在恒定剪切速率作用时，粘度随时间而下 降，直至某一较低恒定值，当停止剪切，经一段时间， 粘度恢复初始值。
2012年3月22日星期四
27
– 触变性在印刷上的意义： ①油墨在众多墨辊的挤压，剪切作用下，使油墨的流 动性变好，有利于油墨在墨辊间的分配与转移，特 别是油墨易从印版上转移到承印物表面上；
2012年3月22日星期四
16
三、油墨的粘度与屈服值
粘度在印刷中至关重要，受自身结构、环境温度、作 用力时间、剪切力及速度的影响。它直接影响印刷质量， 如每小时2万印的轮转胶印油墨，其粘度应在10~30Pa•s 范围，若粘度太小，在高速运转下会产生墨丝断裂形成 “飞墨”现象。 相同印数下，纸张结构松软的油墨粘度应低一点，纸 张结构紧的要求油墨粘度高一点。否则松软纸用高粘度油 墨，将把纸粘坏，产生拉毛现象。 粘度对流动性有影响，粘度高，流动性会差些，这主 要取决于颜料粒子的形状与分散度。
2012年3月22日星期四
17
屈服值τ 屈服值τe：指使油墨产生变形所需要的最小剪切应力。 当剪切应力τ≤ τe时，D=0,油墨不产生变形； τ 当剪切应力τ＞ τe时，油墨才发生变形而流动。 τ 屈服值τ 屈服值τe的单位：N/m2，通常油墨应具有一定的屈服值 （较小）。
屈服值的大小与油墨的结构有关，它影响油墨的流动性。
2012年3月22日星期四
18
屈服值形成原因： 油墨在静止时，内中的粒子会相互吸引聚集成一个整 体，此时是稳定的。当受到外力作用，粒子间的这种聚集 作用力被破坏，外力越大，破坏得越严重，当达到一定的 临界作用力时，油墨便开始变形流动。导致油墨流动的力 即是屈服值（剪切应力）。
2012年3月22日星期四
4
2012年3月22日星期四
• 当流体流动的速度很高达到并超过某个临界值时，流 道方向与横向方向均有流动，则产生紊流（湍流）， 其Re>2300 • 支配流体流动形式的还有流体的密度、粘度和塑性等。
2012年3月22日星期四
5
第二节 油墨的粘滞变形
一、粘度的概念 –粘度(η)：流体在受外力作用时，各层的流 速不同，在两接触的流速不同的液面间会产 生一种阻碍其相对运动的力，度量这种力学 性质的物理量称为～。流体受剪切力的流动 如下图所示：
第十四章 油墨的流变特性
第一节 概述
• 油墨流变特性是对油墨在印刷机上和承印物表面行为 的全方位的、深入的描述。 • 揭示油墨在印刷过程中的行为和产生的原因。 • 油墨具有固体、液体两种特征。油墨流变学是用流体 力学的方法对油墨的变形流动、断裂过程进行研究， 达到控制油墨的行为并预测油墨的质量。
2012年3月22日星期四
τs
= Gγ
(τ s < τe ) (τ s > τe)
τ s - τ Y = npγ
2012年3月22日星期四
14
宾哈姆流体的流变曲线
τ = η pD +τ B
τ 〉τ B τ ≤τB
τ =0
塑性粘度: 屈服值:
2012年3月22日星期四
15
宾哈姆流体的流变曲线
• 形成机理：静止时，分子间、粒子间建立了 网状结构，使分子与粒子受到约束，这种约 束限制了流体各单元的位置变化，而使流体 具有高粘度，当外加应力不足以破坏其内部 结构时流体表现出固体特征—不变形，当其 受应力大于临界应力(τe)时，破坏其内部结 构，发生了流动。
0
D剪切速率
之外， 、 、 、 均为非牛顿流体 非牛顿流体。 除A之外，B、C、D、E 均为非牛顿流体。 之外 通常，印刷过程中的油墨在很多情况下可视为宾哈姆流体， 通常，印刷过程中的油墨在很多情况下可视为宾哈姆流体，如胶印 油墨为宾哈姆流体 但有时要看成为胀流型流体， 雕刻凹版油墨， 为宾哈姆流体， 油墨为宾哈姆流体，但有时要看成为胀流型流体，如雕刻凹版油墨， 有时还要看成假塑性流体， 某些凹版油墨。 有时还要看成假塑性流体，如某些凹版油墨。
凡不符合牛顿流体的称为非
牛顿流体，高分子的熔体与浓溶液均属此类。 特点是：粘度随剪切力，剪切速率而变，不 是常数。 流变曲线上任一点斜率称为该切变速率下的 粘度。
2012年3月22日星期四
8
各种流型的流变曲线（τ-D关系曲线 ） 各种流型的流变曲线（
切应力
τ τ0
E D B A C
A：牛顿型流动（流体） ：牛顿型流动（流体） B：假塑性流动（流体） ：假塑性流动（流体） C：胀流型流动（流体） ：胀流型流动（流体） D：宾哈姆流动（流体） ：宾哈姆流动（流体） E：塑性流动 （流体） ： 流体）
2012年3月22日星期四 11
D剪切速率
②流体受到剪切力作用时，分散粒子定向排列，同时高分 子溶液的链被拉伸分开也呈定向排列，粒子与高分子这 种定向排列，使滑动较为容易，流体抵抗变形能力减弱， 表现为粘度降低，当剪切停止后，以可恢复高粘度。