《印刷原理及工艺》教学课件(1)

物理意义：表示的是垂直通过液体表面任一单位长度、 并与液面相切的收缩表面的力，简称为表面 张力 量纲：[力/长度]，一般用N/m表示
h
比表面能
dA
则有：表面张力所作的功为－δW 而且： －δW与dA成正比 假设：比例系数为γ
－δW＝γ×dA
另一方面：在T、P恒定的条件下：体系对外界作的功应等于在此过程中体系自由能的减少 自由能的减少用dGT.P表示
G相
S相
γSG
G相
γSL
L相
S相 L相
单位面积体系自由能的变化：ΔG＝γSL－γSG 单位面积体系对外所做的功：Wi=－ΔG＝γSG－γSL Wi：称之浸湿功
Wi的大小表征了液体在固体表面取代气体的能力。在铺展作用中，它是对抗液体收缩 表面的能力（表面张力）而产生铺展的的力，也称之称为粘附张力，常用A表示。 在恒温恒压下，只有当体系的能量变化ΔGT.P≤0，该过程才能自发进行。 浸湿的自发条件：ΔG＝γSL－γSG≤0 或：Wi=－ΔG＝γSG－γSL≥0 或：A=γSG－γSL≥0 浸湿在印刷中的应用： 凹版印刷中，印版滚筒的上墨和柔性版印刷中网纹辊上的网穴能否被油墨附着，便属于 浸湿作用。
●墨辊的润湿性
1、墨辊润湿的条件
油墨与墨辊的粘附功大于油墨的内聚功.
2、墨辊表面润湿性变化
（a）
（b） 墨层干结前后润湿性质的变化
（c）
第三章 印刷压力
Printing Pressure
1、什么是印刷压力、分类、表示方法
2、各种印刷方式印刷压力的来源、印刷包衬
3、印刷压力计算方法、分布 4、如何确定印刷压力
G γ＝ A T . P
dGT.P ＝γ×dA
物理意义：恒温恒压下，增加单位表面积表面所引起的体系自由能的增量。 或：单位表面积上的分子比相同数量的内部分子过剩的自由能。
γ被定义为比表面过剩自由能，简称“比表面能”
单位：[焦尔/平方米]，一般用J/m2表示
1J＝1N· m
γLL
Wc=Wa＝γLG+γLG=2γLG
Wc的大小表征了液体分子间的相互作用为，叫做内聚 功。Wc越大，液体本身结合越牢固
沾湿在印刷中的应用： ★平版印刷中水能否附着在印版的图文部分。 ★平版印刷中油墨能否附着在印版的空白部分。
2、浸湿
定义：固体浸没在液体中，“气－固”界面全部转变为“液－固”界面的过程。
3、铺展
定义：是指液体在固体表面上扩展时，液－固面被液－固界面取代的同时， 液体也铺展的过程。 γLG
G气相 L液相 γLG
γSG
G气相
L液相
γSL
S固相
S固相
单位面积体系自由能的变化：ΔG＝γSL＋γLG－γSG 单位面积体系对外所做的功：S=－ΔG＝γSG－γLG－γSL S称之为铺展系数：S的大小表征了液体在固体表面铺展的能力
★★ 润湿的条件一般采用接触角作为判断的依据
θ
θ
★★ 90°是润湿与否的界限
q>90° q<90°
润湿
q=0°
铺展
大于90°的固体为憎液固体 小于90°的固体为亲液固体 θ角愈小，润湿性能愈好
不润湿
固体被完全润湿
接触角的测量 接触角的测量常用方法有斜板法和长度法 ●斜板法
斜板法测量接触角的方法是最简单的方法，其方法采用的是接触角的定义。
润湿方程的应用
根据沾湿、浸湿和铺展的条件，可变换为： Wa=γSG+γLG－γSL=γLG（1＋cosq） Wi＝A=γSG－γSL＝γLGcosθ S＝γSG－γLG－γSL＝ γLG（ cosq －1） 液体在固体表面附着的条件为： Wa=γLG（1＋cosq）≥0 A＝γLGcosq≥0 S＝ γLG（ cosq－1）≥0 θ≤180° θ≤90° θ＝0° 只要知道了液体的表面张力 和两者之间的接触角，就可 以确定它们的附着类型
●印版表面的润湿的概述
印版表面的润湿：是指各类印版的图文部分上的气体被油墨取代的过程。对于 胶印，是指印版表面的空白部分的气体被润湿液取代的过程。 油墨对印版表面图文部分的润湿看成是油对印版图文部分的润湿。
润湿液对印版表面空白部分的润湿看成是水对印版空白部分的润湿。
●平版的表面结构和润湿性 1、胶印印版的种类
γLG
G相
dA1
γSG
ΔG＝γSL×dA＋γLG×dA－γSG×dAcos(q –dq )
体系平衡条件下：ΔG＝0 0＝γSL×dA＋γLG×dA－γSG×dAcos(q –dq )
θ1
L相
θ γSL
S相
dA 润湿方程
γSG－γSL＝γLG×cosq
接触角θ 象征着三个界面张力γSL、γLG、γSG相互作用的平衡状态，当它们之间达到平衡 以后，水平方向的力平衡关系如下： γSG－γSL＝γLG·cosθ
第二章 印刷中的润湿与吸附理论
Wettability of Surface
1、润湿及其方式和条件
2、接触角及润湿方程 3、各种印版的特点及其润湿 4、墨辊和橡皮布的润湿
第一节 润湿原理
●什么是润湿
润湿就是指物体表面上的一种流体被另一种流体取代的过程。
从定义出发，必须涉及到：
固相
液相
气相
从这三相出发，又涉及到：
在恒温恒压下，只有当体系的能量变化ΔGT.P≤0，该过程才能自发进行（热力学定律）。 沾湿的自发条件：ΔG＝γSL－γLG－γSG≤0
或：Wa=－ΔG＝γSG+γLG－γSL≥0 体系自由能减少得越多，沾湿过程越容易进行，粘附功越大，液－固界面结合越牢。
L液相 G气相 L液相 L液相
γLG
γLG
G气相 L液相
印版水
印版水
印版上油墨
空白部分油墨
胶印版润湿性的提高与保护
胶印版润湿性的提高与保护主要是指印版非图文的亲水的提高与保护！
●粗化印版非图文部分的表面
在版基上建立砂目 注意：只有润湿的表面粗化度越大， 润湿性能越好
提高
印版的亲水性能
●影响印版亲水性的因素 a.亲水部分的电化腐蚀 b.亲水部分吸附杂质 c.亲水部分的磨损
在“液－固”界面缩小之后测量的接触角称之为后退接触角，用θR表示。 θA、θR之间的差值（即θA－θR）称之为接触角滞后
H2O
θA
θR
φ
表面不均匀或表面不平
表面越粗糙，起伏角Φ角越大， 接触角滞后越严重
第二节 吸附理论
一、吸附现象与原理 二、吸附的类型以及印版表面的吸附 三、固体表面对液体的吸附
第三节 印版表面的亲油亲水性
一种物质的比表面能与表面张力数值上完全一样，但物理意义 有所不同，所用的单位也不同。
表面张力的测定（实验室）
◢ ◢ 滴体积法：既可测量表面张力，还可测量界面张力（润版液和油墨连结料） 挂环法：要求挂环能完全被测试液所润湿
影响表面张力和比表面能的因素
◢ 物质的种类； ◢ 共存另一相的性质； ◢ 温度的变化； ◢ 表面活性剂
感光物质的 极性分子 版基Al
c.印版图文为低能表面
印版图文部分 ●印版非图文部分 印版非图文部分
a.由版基铝组成，亲水面为氧化铝
b.属高能表面：7.0×10-1J/m2
PS版结构图
印版图文部分 ●印刷中的油墨 a.为弱极性的非极性分子 b.表面张力低：3.0-3.6×10-2N/m ●印刷中的水 a.极性分子 b.表面张力较高：7.2×10-2N/m ●结论 a.印版的图文部分有选择吸附性 b.印版的空白部分无选择吸附性 c.印刷过程中一定要先上水，后上墨 印版上油墨
★★ 常用铺展系数S作为体系润湿的指标。
接触角
●接触角与润湿的关系
接触角的含义
接触角是指在固、液、气三相交界处，自“液－固” 界面，经液体内部，到达“气－液”界面的夹角
气相
θ
液相 固相
润湿方程
在这个体系中自由能的变化： ΔG＝γSL×dA＋γLG×dA－γSG×dA1 ΔG＝γSL×dA＋γLG×dA－γSG×dAcosq1
●胶印中常用的印版种类有：
阳图型PS版
常规PS版 阴图型PS版 光聚CTP版 CTP版 热敏CTP版 银盐扩散版
重氮类化合物＋版基
叠氮类化合物＋版基 感光物质＋版基 热敏层＋版基 （银盐乳剂层＋受核层）＋版基 套准或调色方面有优势 带来的问题很多
无水胶印版
阳图型PS版
（感光层＋硅橡胶层）＋版基
网点扩大方面有优势
图2-2 表面张力和浓度的关系
●液体在固体表面的附着条件
液体在固体表面的附着主要有沾湿、浸湿、铺展三种。
1、沾湿
定义：液体与固体接触，将“气－固”界面转变为“液－固”界面的过程。
L液相 G气相 γLG γSG G气相 L液相 γSL
S固相
S固相
单位面积体系自由能的变化：ΔG＝γSL－γLG－γSG 单位面积体系对外所做的功：Wa=－ΔG＝γSG+γLG－γSL Wa：称之为粘附功
在恒温恒压下，只有当体系的能量变化ΔGT.P≤0，该过程才能自发进行。 沾湿的自发条件：ΔG＝γSL＋γLG－γSG≤0
或：S=－ΔG＝γSG－γLG－γSL≥0
因为：A=γSG－γSL 所以：S=A－γLG ，当S≥0时，则有： A≥γLG 这说明当液体和固体之间的粘附张力大于液体本身的表面张力时，液 体能自动在固体表面铺展。 铺展在印刷中的应用： 平版印刷中的水能否在印版的空白部分铺展
4、液体在固体表面附着条件分析
Wa=γSG+γLG－γSL=A+γLG Wi=γSG－γSL＝A S＝γSG－γLG－γSL＝A －γLG
只要S≥0，Wa、Wi都大于0
从中还可以看出： （1）“气－固”和“液－固”界面能对液体的附着贡献相同，都以A的形式表现。 （2）液体的表面张力对液体的附着所起的作用不同。
a、印刷压力偏小，印品墨色浅淡，图文残缺不全 b、印刷压力偏大，印品上的网点严重扩大，甚至糊版 c、印刷压力不稳定，印品上则会出现墨杠 d、印刷压力过大或不稳，加剧印版的磨损，从而降低印版的耐印率 e、使印刷机运转情况恶化，减短印刷机的寿命
网点正常 网点扩大
印刷原理及工艺
曲阜师范大学印刷学院
原稿分析 印前图文 信息处理
《印刷原理及工艺》讲述内容的核心
Baidu Nhomakorabea
制版 印刷 印后加工
印刷中的几大理论
1
2 3
印刷中的润湿原理
印刷中的压力原理
印刷中的油墨传递原理
4
印刷中的水墨平衡原理
第一章 绪 论
第一节 胶印工艺特点和工艺过程
图1-1 单色胶印机示意图
图1-2 胶印机三大滚筒
2、胶印印版的结构
●无论何种胶印印版，其结构基本相同 感光层
感光层
亲墨 ●版基的砂目
＋ 版基（主要是Al）
亲水
总厚度：0.3mm
版基砂目（放大2000倍）
建立砂目目的：
a.提高PS版的比表面积 b.提高PS版的亲水能力
感光物质的非极性分子
●印版图文部分 a.由感光物质组成 b.为弱极性的非极性分子
●表面张力与表面过剩自由能
1、两者的物理性质 2、形成的机理
以液体为例
描述物体表面状态的物理量 主要原因是物体表面的分子和物体 内部的分子能量不同导致的
气相
从力的角度
形成了液体的表面张力
从能量的角度
液相
形成了液体的表面过剩 自由能
表面张力
F＝2γ×l
γ＝F/2· l
l A
F
B
式中：γ被定义为表面张力系数
砂目遭到破坏
擦胶保护：晒版，印刷停机 控制印刷压力、辊压、供水量等
第四节 胶印橡皮布、墨辊和水辊的润湿性
●橡皮布的润湿性
1、橡皮布的组成
橡皮布主要是由天然橡胶、合成橡胶组成
属非极性分子，主要用来伟递油墨，化学结构相似，所以能被油墨润湿
2、橡皮布润湿性的变化
印刷过程中出现的纸粉、纸毛
橡皮布的“老化” 橡皮布的晶化 橡胶硫化后的结构模型
第二节 印刷工艺中的油和水
图1-3 极性基团
非极性基团，碳链越长，非极性越强
图1-4 脂肪酸结构模型
图1-5 水分子的极性结构
图1-6 甘油三酸酯结构式
图1-7 甘油松香改性酚醛树脂
图1-8 非极性分子相互作用时的情况
图1-9 极性分子和非极性分子相互作用时的情况
图1-10 极性分子相互作用时的情况
气－液界面
气－固界面
液－固界面
液体表面
固体表面
●印刷知识回顾
模拟印刷需要五大要素，它们分别是：
原稿
印版
印刷机械
承印物
油墨
固体表面
固体表面
固体表面
流体表面
印刷过程的实质就是：
油墨
印刷机械
印版
承印物
油墨
印刷机械上的墨辊、印版图 文部分、承印物表面的气体 都要被油墨取代
水
印刷机械
印版
印刷机械上的水辊、印版空 白部分的气体都要被水取代
θ α
θ
α
θ
α
特点：金属板的测量；用液量大
●长度法
在一光滑的水平固体表面放一小液滴，重力不计，测量出液滴的高度和底宽，利用公试计算 sinq＝ R/R1 R1＝(H2＋R2)/2H sinq＝2HR/(H2＋R2)
接触角的滞后
常用前进接触角表示接触角
在“液－固”界面扩展之后测量的接触角称之为前进接触角，用θA表示。