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（γ）：（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（γ）

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

γ＞1×10 –1J/m2（N/m）为高能表面

金属、无机物高能表面

磷酸锌γ=9 ×10 –1J/m2

氧化铝γ=7×10 –1J/m2

铜γ=1.0×10 0J/m2

低能表面

γ＜1×10 –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γ=(3~4)×10 –2J/m2

印刷材料的表面张力

PS版空白：γ= 7×10 –1J/m2；图文：γ= 3.8×10 –2 J/m2。

油墨：γ= 3.5×10 –2 N/m；润湿液：γ= 4.5×10 –2 N/m

水：7.2×10–2 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：

ΔG =γSL -γLG–γSG＜0 ；或

Wa =γSG +γLG–γSL＞0

内聚功

当液体与液体接触时，界面消失

γSL=0

γSG =γLG

Wa=2γLG=Wc

内聚功：分子间相互作用力。Wc大，结合牢。

（2）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 =γSG–γSL＞0 浸湿功

A=γSG–γSL＞0 粘附张力

ΔG=γSL–γSG＜0 自由能变化

当γSG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0.5~1μ。

自由能变化ΔG =γSL +γLG –γSG

对外界做功W = γSG -γLG–γSL = S

铺展系数：液体在固体表面上铺展能力

铺展发生条件：

ΔG =γSL +γLG–γSG＞0 或

S= γSG -γLG–γSL＞0

即γSG＞γLG +γSL

则：固体表面张力（自由能）大，液体能在表面自动铺展。

润湿条件

沾湿：Wa =γSG +γLG –γSL＞0

浸湿：Wi =γSG–γSL＞0

铺展：S= γSG -γLG–γSL＞0

结论

（1）同一体系，Wa＞Wi＞S。当S＞0时，液体能在固体表面铺展，一定也能浸湿和沾湿；

（2）γSG 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θ表示。

润湿方程应用

（1）当θ＞90º时，cosθ＜0，γSG -γSL＜0，γSG ＜γSL，体系能量增加，不能自动润湿。

（2）当θ＜90º时，cosθ＞0，γSG -γSL＞0，γSG＞γSL，体系能

量减小，能自动润湿。

结论

θ≥180º 完全不润湿

θ≥90º 不润湿

θ＜90º润湿

θ=0º 完全润湿

θ＜0º三力失去平衡，润湿方程不适用

润湿判据

（1）能量判据：

沾湿：Wa =γLG（1+cosθ）＞0

浸湿：A =γLG cosθ ＞0

铺展：S =γLG（cosθ-1）＞0

（2）接触角判据

沾湿：θ＜180º；浸湿：θ＜90º；铺展：θ＜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

C u F e Z n Al N i C r

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，γI= 0.7J/m2，γw=0.07N/m，γO=0.03~0.036N/m ，γI＞γw ＞γo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，γI’=0.03~0.04J/m2,

γw＞γI’＞γo，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

①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(γSG–γSL)= γLG cosθ0

整理得，G=cosθ0 /cosθ

G＞1，cosθ0＞cosθ

当θ＜90º时，则：θ0＜θ，粗糙表面润湿性好。

当θ＞90º时，则：θ0＞θ，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。