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第七章油墨的流变性和印刷适性油墨在印刷过程中主要有两种行为：1)油墨在剪切应力作用下作粘性流动，产生变性。油墨呈液体行为，表现为粘滞性流动特征；2)在非常短暂的冲击力作用力，油墨产生的变性及断裂，表现为油墨的弹性效应，呈现固—液双重行为，即粘弹性断裂特征第一节流变性基础知识第一节流变性基础知识一、流体及流变性流变学：研究具有固-液双重形态物质力学行为的学科油墨流变学：对油墨的变形流动、断裂过程进行研究，以此控制油墨的行为，预测油墨的印刷质量流变性：流体在外力作用下所表现出来的流动与外形变化上的特性油墨的流变性：表现在剪切应力作用下，油墨流动的剪切速度(切变速度)与剪切应力之间的关系二、牛顿粘性定律及粘度D=dv/dr=∂/∂Y(∂X/∂t)=∂/∂t(∂X/∂Y)∂X/∂Y为变形率（Ύ）根据牛顿定律，对于理想粘性流体，剪切应力τ与流动的速度梯度D成正比，可以用下式表示：τ=ηD=η（dv/dr）A(cm2)X(cm)F(dyne)dxdy上平行板(移动)下平行板(静止)流体层F(dyne)式中τ——切应力（剪切应力）；η——粘度；D——切变速率（剪切速率、速度梯度）。η是剪切应力与相邻两层垂直于流体流动方向的速度梯度D的比例系数，称为流体的粘性系数或牛顿粘度。η体现了流体在剪切力作用下产生变形的难易程度，是描述流体流动特征的重要特征参数。η是不依懒于剪切速率的常量。牛顿定律表明：对理想的粘性流体，剪切应力与流动的速度梯度成正比。2.粘度的概念内摩擦力：在流动的液体中，流体的各层流速不同时，则在两层接触面流动速度不同的液层之间，有作用力和反作用力存在。这一对力称为内摩擦力粘度：流体在流动中所表现出来的内摩擦力的表现，即流体分子间相互作用吸引而导致的运动阻力，流体的这种性质称为粘滞性，度量它的物理量称为粘度。是阻止流体流动的一种性质，是流体分子间相对作用而产生阻碍其分子间相对运动能力的量度。也称：内摩擦力、内聚力第二节油墨的流变性3.粘度的单位粘度单位用泊、厘泊或帕·秒（帕斯卡·秒）、毫帕·秒表示。使用的符号为：P：泊；C·P：厘帕；Pa·s(或Pas)：帕·秒；mPa·s:毫帕·秒。单位泊是指：当流体受到1达因∕厘米2的剪切应力，而能产生每厘米·1厘米∕秒的速度梯度时，该流体具有1泊的粘度。即：泊＝(达因·秒)∕厘米2＝（克·厘米∕秒2·秒）∕厘米2＝克∕（厘米·秒）帕（斯卡）·秒为国际上采用粘度单位。由于牛顿粘度具有动力学量纲，所以将其称为流体的动力粘度，也称绝对粘度。此外，在讨论流体的运动时，还经常引入η/ρ，由于η/ρ具有动力学量纲，所以将其称为运动粘度，用υ表示υ=η/ρ4、粘度的表示方式1）绝对粘度——剪切粘度2）相对粘度——与水的粘度之比在生产控制上，还经常使用相对粘度和条件粘度。相对粘度是流体的绝对粘度与同条件下标准液体的绝对粘度之比；3）运动粘度在讨论流体的运动时，还经常引入η/ρ，由于η/ρ具有动力学量纲，所以将其称为运动粘度，用υ表示υ=η/ρ4）条件粘度——一定量的流体，在一定温度下从规定直径的水孔中全部流出所需的时间，以“秒”表示三、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。非牛顿流体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。流动曲线上与某一切变速率相对应的点与原点相连直线的斜率。流变曲线上任一点斜率称为该切变速率下的稠度ηc。第一节流变性基础知识0AC雕刻凹版油墨B凹版油墨D胶印油墨EDττ0各种流体的流变曲线（τ-D关系曲线）A：牛顿型流动（流体）B：假塑性流动（流体）C：胀流型流动（流体）D：宾哈姆流动（流体）E：塑性流动（流体）除A之外，B、C、D、E均为非牛顿流体。通常，胶印油墨为宾哈姆流体，雕刻凹版油墨为胀流型流体，凹版油墨为假塑性流体。第一节流变性基础知识α2α1α2α3ττDD0p00==DdDdτηDaτη=dDddτη=nkD=τ(n1)假塑性流体的流变曲线假塑性流体的流变方程：初始粘度表观粘度微分粘度此为幂率流动，k、n为特性参数。第一节流变性基础知识ττmBeττDBpDτητ+=Bττ≤0=τBττ〉宾哈姆流体的流变曲线实际宾哈姆流体的流变曲线理想的宾哈姆流体的流变曲线应是线性的。宾哈姆流体流变方程：塑性粘度ηp=(τ-τB)/D0第一节流变性基础知识一、油墨的流变性：表现在剪切应力作用下，油墨流动的剪切速度(切变速度)与剪切应力之间的关系1、油墨流变性质研究内容：油墨的黏度、黏着性、屈服值、触变性、拉丝性及流动性等油墨在印刷机墨斗中经不同途径涂刷到印版上，最后转移到承印物表面。在此过程中，油墨的流变性质对油墨的延展、涂刷和转移有很大的影响。墨斗匀墨装置着墨辊压印装置1)油墨在墨斗中的变化2)油墨在墨辊间的传递和转移3)油墨的转移第二节油墨的流变性2、油墨在墨斗中的变化：如果油墨流变性差，会产生堵墨、不下墨现象。经常搅动墨斗中的油墨以破坏其触变性，使墨斗中的油墨具有良好的流变性，保证墨斗中顺利地下墨。3、油墨在墨辊间的传递和转移：a)受到压力、动态剪切力和拉伸力作用。使油墨扩展、匀布、大颗粒分散为小颗粒，形成均匀墨层。b)黏度、屈服值过大或屈服值过大，而黏度过小的油墨均不能很好地转移和扩展c)墨丝过短的油墨也不能很好地转移和扩展第二节油墨的流变性3)油墨的转移：a)匀墨辊着墨辊印版橡皮布承印物b)屈服值过大、黏度大，转移性差；黏度不大，但屈服值过大的油墨，其转移性也不佳c)丝头过长或过短，油墨转移性不好d)转移率：指被转移体上的油墨量与转移体上的油墨量的比率e)转移效果：指油墨在承印物上的再现性和其他的印刷故障，如飞墨、剥皮、掉粉和掉毛等第二节油墨的流变性二、油墨的粘度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，纸张结构紧密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。第二节油墨的流变性一、屈服值τ0：指使油墨产生变形所需要的最小剪切应力。当剪切应力τ≤τ0时，D=0,油墨不产生变形；当剪切应力τ＞τ0时，油墨才发生变形而流动。屈服值τ0的单位：N/m2，通常油墨应具有一定的屈服值（较小）。二、屈服值形成的原因：油墨在静止时，内部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）。屈服值的大小与油墨的结构有关，它影响油墨的流动性。第三节油墨的屈服值和触变性三、油墨的触变性1、触变性的定义：指油墨在外力搅动作用下流动性增大停止搅动后流动性逐渐减小，恢复原状的性能。触变性是塑性流体所具有的一种流变特性第三节油墨的屈服值和触变性2、触变性的表现形式当油墨受到外力搅拌时，油墨由稠变稀，表观粘度随时间的持续而下降，甚至能产生流动。当搅拌作用力停止后，油墨又由稀变稠，表观粘度随静置时间的持续而上升，并恢复到原来较高的恒定值，油墨流动减弱最后停止流动。注意：触变性是在恒温条件下进行的，表观粘度的下降不是因搅拌时油墨升温而导致的，而主要是油墨内部结构发生了变化而引起的。第三节油墨的屈服值和触变性3、影响触变性的因素：1)颜料的性质:表面吸附性强的颜料制成油墨后触变性强2)颜料的颗粒形状：呈针状或片状粒子的颜料比球状粒子的颜料配制的油墨的触变性要强3)颜料用量：油墨中颜料所占比例越大，粒子间相互作用力越强，油墨的触变性则越强4)颜料粒子与连接料的润湿能力：颜料与连结料之间的润湿好时，油墨的触变性要小5)树脂的相对分子质量：油墨连接料中的树脂相对分子质量增大时，制成油墨后的触变性也随之增大第三节油墨的屈服值和触变性4、触变性对于印刷过程的重要意义：1)静止时，油墨的黏度比较高，可以有效地阻止颜料粒子由于分子热运动而导致的聚集，有利于油墨的储存和运输。但油墨的触变性过强，会造成供墨中断的现象，影响连续印刷时供墨量的均匀和准确程度。所以在印刷中不断地对墨斗中的油墨进行搅动，以保证正常供墨。2)油墨在受到恒定剪切应力作用时，粘度不断降低并逐渐稳定，有利于油墨的传递和转移。即：在印刷过程中，由于墨辊之间的作用力，油墨的黏度有所下降，流动性增强，有利于油墨顺利、均匀地转移，提高油墨的转移率3)油墨转移到承印物上，外力作用消失，油墨的流动性下降，粘度上升，油墨开始由稀变稠，能够保证印迹的清晰度，减少油墨网点铺展，提高图象的清晰度。第三节油墨的屈服值和触变性5、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；外力撤除后，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。第三节油墨的屈服值和触变性油墨流变曲线的滞后现象τττADD0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。触变性流体的流变曲线第三节油墨的屈服值和触变性第四节油墨的转移性一、油墨的粘弹性1、粘弹性是高分子特有的性质,既有粘性,又有弹性.油墨是一种混合粘稠体系,尤其是其中溶有高分子树脂,也同样具有这种特性。油墨粘弹性是在印刷机高速运转的交变应力下表现出来的,最突出的表现是两墨辊相压后再分离的时候,粘滞的油墨被拉成墨丝,进而断裂,形成“飞墨”的过程。2、粘弹性产生的原因体系内部结构：树脂的溶入使体系粘度增大，颜料粒子与填料粒子的高度分散，分子自身结构：油墨中分子多数具有极性，取代基数目多上述构成使体系运动的阻尼很大，所有物质的分子之间的各种相互作用形成了一个巨大的吸引力把体系整体束缚在一起构成了一个“网架”。因此油墨在剪切力或拉伸力的作用下就体现了粘弹性的现象。二、油墨的拉丝性和粘着性1、拉丝性是油墨印刷中的正常现象，是粘弹性的表现。印刷过程中，油墨在辊与辊之间、辊与版之间、版与承印物之间连续转移，紧密粘滞在一起，两辊分开时，油墨受到了两个方向的拉力，此时粘滞力开始解体，内部出现了空隙空洞，随着拉伸继续进行，空隙加大，墨膜拉成丝，最后经变形而断裂。总之，若墨丝以粘性特征断裂，则墨丝拉丝较长，若墨丝以弹性特征断裂，则墨丝拉丝较短油墨形成丝状的能力称为油墨的拉丝性。指油墨在外力的作用下，墨层分丝断裂时的长度为丝头从面到丝容易产生丝头稀且粘，拉丝后，马上回弹→丝头长→易造成飞墨稠不粘，拉丝后，回缩→丝头短→易造成鱼鳞斑现象墨辊转动时油墨的受力及墨拉丝的状态图第四节油墨的转移性2、油墨的粘着性（弹性）1)概念：油墨在传递与转移过程中，墨层在分裂的瞬间，其内部存在着一个抵抗分裂的力。2）粘着性强弱的取决因素：粘度、油墨的转移速度、墨层的厚度3）粘着性对油墨性能的影响油墨的转移：粘着性过大，易造成墨辊打不开，使油墨转移不良，使墨色不匀，墨量不足。与承印物的关系：粘着性过大，易造成掉粉掉毛，严重会造成拉毛，剥皮现象。叠色，主要是湿压湿的情况从第一色到最后一色的粘着性应依次减弱，即T1＞T2＞T3＞T4第四节油墨的转移性第四节油墨的转移性油墨附着力：使油墨分裂并转移到其他物体表面上的力粘着性的实质：油墨内聚力在附着力作用下的一种表现三、油墨的流动性1）流动性包括三个方面：流动性、流平性、下墨性a:流动性：油墨流体自身所具有的流动能力b:流平性：油墨水