16.油墨的流變性能

綠色印刷與印刷材料油墨的流變性能第十一章 油墨的流變特性11-1油墨流動性概述11-2油墨的粘滯變性11-3油墨的粘彈特性11-1油墨流動性概述油墨的流變特性油墨是具有固液雙重形態(tài)的物質(zhì)，在印刷過程中會發(fā)生各種變形及相應(yīng)的流動和斷裂；研究其流變特性有助于控制油墨的行為，預(yù)測油墨的印刷質(zhì)量。油墨的印刷適性是指用于某種印刷方式的油墨，應(yīng)具有適應(yīng)其印刷工藝和印刷條件的各種必需的性質(zhì)，而這些性質(zhì)又必須使印刷的產(chǎn)品達(dá)到一定的印刷效果和印刷質(zhì)量。分為運行適性和質(zhì)量適性11-1油墨流動性概述油墨的運行歷程油墨→墨斗→墨輥→印版(→橡皮布)→承印物油墨在印刷過程中的行為油墨在剪切應(yīng)力作用下做粘性流動，產(chǎn)生變形，呈液體行為，表現(xiàn)為粘滯性流動特征；油墨在瞬間沖擊力作用下產(chǎn)生變形及斷裂（彈性效應(yīng)），呈固－液雙重行為，表現(xiàn)為粘彈性斷裂特征。輸送傳遞、轉(zhuǎn)移、分配、抵達(dá)轉(zhuǎn)印固著干燥剪切、拉伸、擠壓、斷裂11-2油墨的粘滯變性一、油墨的粘度與粘滯流動粘度：是流體抗拒流動的程度，是流體分子間相互作用而產(chǎn)生阻礙其分子間相對運動能力的量度，即流體運動的內(nèi)部阻力(或內(nèi)摩擦力)。取決于：a.連結(jié)料的粘度b.顏料和助劑的用量、分散度、顆粒大小影響：直接決定油墨的流動性，影響印刷時油墨的轉(zhuǎn)移狀態(tài)。粘度過大，轉(zhuǎn)移不易均勻，導(dǎo)致掉粉、拉毛；粘度過小，油墨容易乳化、起臟，影響質(zhì)量。11-2油墨的粘滯變性流體的粘性系數(shù)流體受到剪切力的作用會產(chǎn)生變形，發(fā)生流動。對理想的粘性流體，剪切應(yīng)力τ與流動的速度梯度Ｄ（又稱剪切速率或變形速率）成正比，即:τ=ηＮ·Ｄ將這種性質(zhì)的流體稱為牛頓流體，其中ηＮ稱為流體的粘性系數(shù)或牛頓粘度，是描述流動特征的參數(shù)。多數(shù)油墨的τ~Ｄ不成正比，η也不是常數(shù)，多用表觀粘度ηa表示。11-2油墨的粘滯變性屈服值：是指使油墨產(chǎn)生變形所需要的最小剪切應(yīng)力，用τ0表示，即流體開始流動時所需要的最小剪切應(yīng)力。τ＞τ0，油墨產(chǎn)生變形，發(fā)生流動；τ≤τ0，D=0，油墨不產(chǎn)生變形；τ0不可過大，否則引起油墨輸送不良。取決于：a.連結(jié)料的性質(zhì)；b.油墨的結(jié)構(gòu)。影響：a.屈服值過大，油墨流動性差，不易下墨；b.屈服值過小，網(wǎng)點起暈、不清晰。11-2油墨的粘滯變性流變曲線在直角坐標(biāo)系中，用來描述剪切應(yīng)力τ與剪切速率Ｄ之間關(guān)系的曲線。粘性流體主要有5種典型的流變曲線：牛頓流體假塑性流體脹流性流體賓漢流體塑性流體11-2油墨的粘滯變性牛頓流體τ=ηＮ·Ｄ，ηＮ為常數(shù)，不隨τ的變化而變化，曲線過原點，表明只要有切應(yīng)力，不管多小，瞬間產(chǎn)生變形速率Ｄ，且Ｄ與τ成正比。（溶劑性油墨）假塑性流體受到外力作用即可流動，隨著τ的增加Ｄ增加的越來越快，粘度ηa越來越小。這種隨剪切速率升高而粘度下降的現(xiàn)象稱為“切稀現(xiàn)象”。（印報墨）脹流性流體受到外力作用即可流動，隨著τ的增加Ｄ增加的越來越慢，粘度ηa越來越大，即出現(xiàn)“切稠現(xiàn)象”。（雕刻凹版墨）塑性流體（大多數(shù)漿狀油墨）當(dāng)外力作用超過流體的屈服值后才發(fā)生流動，且Ｄ隨τ的增加而增加的越來越快。11-2油墨的粘滯變性賓漢流體當(dāng)切應(yīng)力作用時，并不能立即開始流動，當(dāng)τ超過某個界限時才發(fā)生流動；且流動初期為塞流運動，流體的表觀粘度越來越小；隨τ的增加塞流逐漸消失，流動情況與牛頓流體相同，即Ｄ隨τ成比例的增加，粘度不變。（膠印油墨）總之，油墨的流動形式比較復(fù)雜，影響油墨流動性的因素很多，主要有：顏料粒子的大小、形狀、分散情況；顏料與連結(jié)料的體積比；連結(jié)料的類型、結(jié)構(gòu)；表面活性劑的使用等。11-2油墨的粘滯變性二、應(yīng)力作用時間與粘滯流動——觸變性觸變性的表現(xiàn)及定義恒溫條件下，保持剪切速率D恒定，切應(yīng)力τ和表觀粘度ηa會隨時間延長而減小，即流體的流變特性受應(yīng)力作用時間制約的現(xiàn)象，稱為“觸變性”。觸變性表現(xiàn)為ηa隨D的增加而減小，當(dāng)D恒定時，隨τ作用時間的延長而減??；當(dāng)應(yīng)力消失后，隨靜置時間的延長而增大，并能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。油墨受到外力作用時由稠變稀，靜置一段時間后又恢復(fù)到原有稠度的現(xiàn)象。11-2油墨的粘滯變性觸變性對印刷的意義印刷過程中，油墨在墨輥上分離轉(zhuǎn)移過程中受力后流動性和延展性提高，即油墨轉(zhuǎn)移時由于觸變作用而粘度下降，利于油墨的傳遞和轉(zhuǎn)印；印刷后，附著在承印物上的油墨由于失去外力而粘度上升，保證油墨不向四周流溢，使印跡固著良好，則網(wǎng)點清晰、印品鮮艷。觸變性對印刷的影響觸變性過大，會引起送墨不流暢或出現(xiàn)堵墨現(xiàn)象；觸變性過小，則會導(dǎo)致網(wǎng)點不清晰或油墨沉淀、結(jié)塊等。11-2油墨的粘滯變性影響觸變性的因素油墨內(nèi)部分子間的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。顏料的性質(zhì)：表面吸附性強的顏料制成油墨后觸變性大；顏料顆粒形狀：顏料粒子呈為針狀或片狀時，比球狀粒子制成的油墨觸變性要大些；顏料的用量：油墨中顏料所占比例較大，粒子間相互作用力越強，油墨的觸變性則越大；顏料粒子與連結(jié)料的潤濕能力：顏料難以被潤濕或連結(jié)料潤濕能力差，制成的油墨觸變性較大；樹脂的相對分子質(zhì)量：油墨連結(jié)料中樹脂的相對分子量越大，其觸變性越大。11-2油墨的粘滯變性觸變滯后圈改變切應(yīng)力的作用，由小到大，再由大到小，繪制出的流變曲線，其起點與終點重合形成一條封閉曲線，對應(yīng)于同一剪切速率，外力增加時的粘度大于外力減小時的粘度，即出現(xiàn)“滯后現(xiàn)象”。這一曲線稱為“觸變滯后圈”。11-2油墨的粘滯變性三、溫度與油墨的粘滯變性——粘溫特性粘溫特性——油墨的粘滯變性隨溫度變化而產(chǎn)生的性質(zhì)。印刷過程中要求油墨對溫度應(yīng)具有相對的穩(wěn)定性，即溫度變化而引起的油墨粘滯性的變化應(yīng)越小越好。11-2油墨的粘滯變性粘溫特性的變化情況：低溫區(qū)域，油墨粘度隨溫度而變化的幅度較大；高溫區(qū)域，油墨粘度隨溫度而變化的幅度較小；不同溫度區(qū)域，油墨粘滯變形隨溫度而變化的幅度不同，在低溫環(huán)境下使用時，油墨的溫度穩(wěn)定性較差。11-3油墨的粘彈特性油墨在印刷作程中的傳遞，表現(xiàn)為墨層在墨輥與墨輥、墨輥與印版、印版與橡皮布、橡皮布與承印物之間進(jìn)行頻繁的分裂和轉(zhuǎn)移，這種行為同時具有粘滯性和彈性。油墨在分離過程中，由于擠壓、拉伸等作用會出現(xiàn)空洞、拉絲直至斷裂，作用時間短、發(fā)生頻率高，彈性效應(yīng)比較顯著，表現(xiàn)為粘彈性。油墨的粘著性和拉絲性是油墨的粘滯性和彈性在印刷過程中的油墨轉(zhuǎn)移時所反映出來的具體行為。圖示：油墨的分離轉(zhuǎn)移狀態(tài)斷裂點11-3油墨的粘彈特性一、油墨的粘著性定義：是指油墨斷裂分離時所產(chǎn)生的抵抗阻力的量度，又稱粘性；是墨膜在分裂過程中所表現(xiàn)出來的抵抗墨層分裂或阻止墨膜破裂的能力，是油墨內(nèi)聚力在附著力作用下的一種表現(xiàn)。粘著性與粘度粘著性是對油墨內(nèi)聚力所產(chǎn)生的阻止油墨分裂的力的量度；粘度是對油墨內(nèi)聚力所產(chǎn)生的阻止油墨相對移動的力的量度；粘著性與粘度的大小都與油墨的內(nèi)聚力成正比，即粘度大的油墨其粘著性也大。11-3油墨的粘彈特性印刷中影響粘著性的因素印刷過程中油墨層分離時的速度影響粘著性的大小。印刷速度快時所表現(xiàn)出的粘著性較大。油墨轉(zhuǎn)移時墨層厚度影響油墨粘著性的大小。印刷中供墨量大時墨層較厚，表現(xiàn)為油墨的粘著性較大。11-3油墨的粘彈特性粘著性與印刷的關(guān)系油墨的粘著性決定油墨的分離和轉(zhuǎn)移性能，對印刷過程有直接影響。粘著性過大，油墨分離時因阻力過大而造成油墨轉(zhuǎn)移量過少及分布不均勻，表現(xiàn)為印跡的墨量不足和墨色不勻等現(xiàn)象。粘著性過大，油墨在印版(橡皮布)與紙張分離時產(chǎn)生的粘著力超過紙張的表面強度，則會引起紙張拉毛、分層剝落等現(xiàn)象。粘著性過小，分離時墨絲回彈無力，印品網(wǎng)點擴(kuò)大，造成圖文不清晰。油墨粘著性與印刷色序不匹配，會使?jié)癔B濕的套色印刷油墨轉(zhuǎn)移率下降，印品色相失真。11-3油墨的粘彈特性二、油墨的拉絲性拉絲性：是指油墨受拉伸作用至斷裂時形成絲狀的能力。絲頭：是指從油墨被拉伸成絲到墨絲斷開時的長度，通常用來表征拉絲性的強弱。影響：決定油墨的分離和轉(zhuǎn)移性能斷點墨絲過短，油墨不能附著到墨輥上，造成轉(zhuǎn)移不良，出現(xiàn)脫墨現(xiàn)象；墨絲過長，引起飛墨，導(dǎo)致印品、設(shè)備的污染。

11-3油墨的粘彈特性三、油墨的流動性能油墨的流動性是指油墨流體自身所具有的流動能力。流動性是油墨粘度、屈服值、觸變性等性質(zhì)的綜合表現(xiàn)，油墨的內(nèi)聚力大則粘度大、屈服值高，表現(xiàn)出的流動性較弱。流動度：是指油墨在壓力作用下產(chǎn)生流動時，直徑擴(kuò)展的能力。對印刷的影響：決定油墨印刷時的給墨、傳墨、分配、轉(zhuǎn)移過程是否能順利進(jìn)行。油墨的流平性是指油墨水平地自然流動，擴(kuò)展成為表面平整的膜的能力。流平性是油墨在自身的重力和分子間作用力作用下所產(chǎn)生的現(xiàn)象，是油墨在特定條件下的流動性。流平性對印刷的影響：油墨流平性好，干燥后印跡表面平整光滑、墨膜光澤度高；油墨流平性不佳，印品表面不光滑，影響光澤度；流平性過強會在印刷中產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，造成印品污染。一般，牛頓流體的流平性較好，塑性流體的流平性不理想，如果具有適當(dāng)?shù)挠|變性，油墨的流平效果較好。11-3油墨的粘彈特性下墨性：是指油墨在印刷機(jī)儲墨機(jī)構(gòu)(墨斗)中能不斷向外輸送的能力。是油墨流動性的另一種表現(xiàn)。影響下墨性的因素：油墨流動性好，