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    印刷膠輥的印刷適性分析

    印刷膠輥的印刷適性分析
    橡膠的種類極多,工藝控制的要求也高。那么,什么樣要求的膠輥才是真正適用于印刷環境的呢?印刷環境又會對印刷膠輥產生什么樣的影響呢?下面我們分享:
          
    印刷膠輥的技術參數及對印刷的影響
    印刷環境對橡膠的品質要求
    從膠輥在印刷中的必須表現來看,橡膠的品質對于印刷膠輥在印刷中的作用和影響是根本性的,它主要可以達成和控制膠輥在印刷中的以下表現:

    1. 能把油墨以均勻的墨膜/水膜形式分離。

    2. 保證連續平滑的油墨/潤版液傳輸。

    3. 形成油墨/潤版液蓄積以彌補印刷輸送環節造成油墨/潤版液不均的缺陷。

    4. 補償幾何差變。

    5. 補償和抑制振動。

    6. 控制熱增長。

    7. 與印刷機上媒介質的化學兼容性,如油墨、潤版液及清潔維護的化學品等。

    8. 抗臭氧、老化,保持穩定的硬度。

    9. 良好的熱和電的傳導性。

    10. 良好的彈性和回復性。

    11. 抗磨損和抗撕裂的能力。

    二. 印刷膠輥的表面結構對印刷過程的影響

    在印刷膠輥的技術指標中,表面粗糙度是達成膠輥傳遞油墨和潤版液的一項重要性能。一般來說,印刷墨輥要求表面粗糙度為6 – 20微米即可,而酒精水輥的表面粗糙度為4 – 10微米即可,有的印刷機為了增加帶水的能力,水輥的表面研磨得更細,比如:在小森印刷機上的酒精潤版水輥的表面粗糙度為2 – 6微米。

    膠輥的表面粗糙度在印刷中的作用是至關重要的,它既要準確的計量所傳遞的油墨和水,保證傳水傳墨的穩定性,從而保證印刷色彩的穩定,同時,能把油墨以均勻的墨膜/水膜形式分離,保證連續平滑的油墨/潤版液傳輸,并形成油墨/潤版液蓄積以彌補輸送環節造成的不均缺陷。但是,在實際的印刷過程中,由于印刷壓力和與膠輥接觸的其他化學品的作用,膠輥總會造成表面結構的損失,我們稱之為表面釉化現象。以下是對釉化現象的發生以及在印刷中產生的不良后果的分析研究。

    1. 膠輥表面的釉化
       結釉的印刷膠輥表面積損失,同時膠輥的硬度變大,彈性降低。膠輥表面發生釉化現象是不可避免的,膠輥結釉時不要草率的認為膠輥已經老化、失去印刷功能,也不要粗暴地使用含顆粒的物質去清潔或打磨膠輥表面(這種做法目前在印刷廠中普遍存在,由于違背釉化的原理,效果也并不理想),可通過化學方式恢復膠輥。
    2. 釉化現象產生的原因
    在印刷過程中,一些殘留的雜質堆積在膠輥的橡膠表面。它們中的某些殘留物可以通過水或溶劑清潔,但仍會有少量留在橡膠表面的微孔底部。這些殘留物在孔內長時間的堆積,在印刷壓力和熱量的作用下,最終使膠輥表面發生釉化。
    值得一提的是,一些清潔劑本身的清潔能力不足或自身的殘留物過多(如一些劣質的煤油、汽油、酒精),都會加快釉化的過程。不及時處理,釉化層會越來越厚,對印刷造成極大的困擾。
     
    3. 釉化現象造成的不良后果
    A.  使橡膠表面積大大減少,油墨和潤版液轉移性能不良,印刷困難。
    以下一組數據可以說明問題(以海德堡印刷機為例):   
    普通膠輥:在印刷機運轉百萬轉以后,橡膠表面開始結釉。
    優質膠輥:在印刷機運轉五百萬轉以后,橡膠表面積殘留不到30%。
    免釉化膠輥:在印刷機運轉三千萬轉以后,橡膠表面積可以保持在70%以上。
    B.  釉化使膠輥表面變硬,導致印刷壓力增大,調校墨輥和水輥的壓力困難。
       并直接導致以下問題:
             印品油墨密度不足
             干燥慢
             水墨平衡不穩定
             增加紙張浪費并且清潔困難
     
    膠輥粘彈性原理是膠型選擇的依據之一
    1. 膠輥粘彈性的基本原理
           在平版印刷中使用的膠輥材料是粘彈性相對滯后的橡膠材料,也就是說平版印刷中使用的膠輥材料彈性很小,這是為什么呢?
    橡膠作為一種粘彈性材料,其彈性的基本原理是在周期性的應力作用下產生周期性的應變,而且相位滯后于應力。在應力-應變曲線上形成所謂的滯后圈的面積即是材料結構阻尼所耗散的能量,即由機械能轉變為熱能,這一過程叫作內耗。
    在印刷過程中,這種內耗若得不到及時的發散,會使膠輥及周圍環境溫度升高,膠輥受到長期低溫焦灼后會極大程度地影響自身壽命,而且油墨在高溫影響下流變也會不穩定,由此會導致印刷調節的困難、印刷速度對印品質量的失控。
           墨輥在油墨傳輸過程中溫度的上升,是由墨輥間的接觸壓力引起的,接觸壓力與接觸面積有關,在膠輥長度一定時,即與接觸寬度有關。
           膠輥的溫度升高與接觸寬度成線性關系,大約接觸寬度每增加1毫米,膠輥溫度約升高3攝氏度。
    膠輥溫度的升高引起墨輥直徑的膨脹,兩者也成線性關系,而且橡膠層愈厚,墨輥直徑的膨脹量愈大。
           因此,在勻墨系統中,不增大墨輥的直徑,而是增加墨輥的數目,就不僅能夠提高勻墨系數,而且可以保持墨輥間接觸寬度不再增大,膠輥的溫度上升不會很高。而且,為了保持膠輥尺寸的穩定性,所包覆的橡膠厚度小,會更有利于印刷溫度的控制。
           在傳輸油墨的過程中,膠輥的不斷輾壓和摩擦,會造成印刷機輸墨裝置溫度的慢慢上升。
    當機器運轉兩個小時以后,墨斗、串墨輥、著墨輥的溫度都有所升高,四小時后,溫度繼續升高,溫度最高的地方是串墨輥。當印刷機運轉到七小時后,墨斗、串墨輥、著墨輥的溫度才幾乎相等。因此,為使輸墨系統的溫度不上升得過高,降低串墨輥的溫度可以收到良好的效果。
    目前很多先進的印刷機一般都在串墨輥的附近安裝了冷卻系統,來降低印刷過程中輸墨系統的溫度,就是基于這個原因。
    2. 膠輥粘彈性的實際應用
    在實際印刷生產中,橡膠的粘彈性效應對膠輥的動態硬度,印刷壓力以及膠輥內的熱量積累都會產生直接的影響,表2.1、表2.2、表2.3和圖2.4就分別對此進行了詳細的說明。
     

     

    印刷機
    海德堡SM 102
    曼-羅蘭COLORMAN
    曼-羅蘭ROTOMAN
    張/小時
    13000
    40000
    60000
    速度(米/小時)
    2.70
    12.0
    10.5
    膠輥直徑(毫米)
    60
    140
    92
    轉速(轉/秒)
    14.4
    27.3
    36.3
    跳動(次/秒))
    28.8
    54.6
    108.9
    跳動次數少的膠輥更加容易熱積累

     

    表2.1: 不同印刷方式膠輥的動態跳動測試
     
     
    圖2.4: 不同印刷方式熱積累的比較
     
    從圖2.4和表2.1看出膠印中的熱量積累是比較容易發生的,因此在平版印刷中使用的膠輥材料應該選取粘彈性相對滯后的橡膠材料,控制膠輥尺寸穩定性和橡膠老化,防止過度的印刷壓力,是非常重要的。
     

     

    性質
    橡膠1
    橡膠2
    靜態硬度(Shore A)
    25
    25
    滯后系數
    0.17
    0.05
    壓力深度設置(mm)
    0.30
    0.30
    靜態壓力(N/mm)
    0.15
    0.15
    動態壓力(N/mm)
    0.68
    0.40
    動態硬度(Shore A)
    43
    31
    壓痕的最大壓力(MPA)
    0.06
    0.036
    扭矩(N/mm)
    1.20
    0.15
    溫度累積(K)
    8
    3
    轉動速度(m/s)
    15
    15
    以上數據是對厚度為一米的橡膠測試所得

     

    表2.2: 橡膠的粘彈性對膠輥動態硬度,溫度,壓力的實際影響
     
    從表2.2我們可以看出,同樣是紹氏25度的橡膠,內耗比較大的橡膠材料在印刷過程中的動態壓力,動態硬度都比較大,并且在相同的印刷條件下比較容易積累熱量。
     

     

    溫度(攝氏度)
    直徑(mm)
    壓痕寬度(mm)
    壓力(N/mm)
    20
    160.000
    5.00
    0.05
    40
    160.053
    6.96
    0.14
    60
    160.106
    8.50
    0.24

     

    表2.3: 溫度,壓痕寬度和壓力的關系
     
    同時,從表2.3可以看出,較高的溫度和較寬的壓痕都會導致印刷過程中的實際壓力的非線性增加,從而引起膠輥體內的熱積累劇增,直接導致膠輥損壞。
    因此,無論是否已經選取在一定溫度下可正常使用的合適的膠型,在實際印刷中,都應該采用合適的壓痕(印刷生產商一般都會在說明書中提供其原裝膠輥的合適的壓痕要求),并采取措施阻止溫升。尤其在機器空轉的時候,為此專門研究出了空車保護膏,以替代過去常使用的一些無效的措施。
     
    印刷膠輥適應的硬度
    膠型和硬度對于不同的印刷方式來說是非常的重要的,不同的印刷要求有不同的機械標準和化學標準。對于大多數的普通印刷中,印刷膠輥的硬度從一定程度上可反映橡膠的品質,硬度過大可能其抗腐蝕能力得到一定增強,但是帶水和帶墨的能力下降,并且對于印刷機器的損耗以及對于PS版的圖文的磨損增加。硬度過小則可能因抗壓和耐腐蝕的能力差而造成膠輥使用壽命過短的。
    對于印刷膠輥的硬度要求:在要保證良好的上水和上墨的能力,且有足夠的抵抗化學腐蝕和物理作用的能力前提下,印刷膠輥的硬度應適當的降低。目前,為各印刷機制造商所提供普通油墨印刷機的原裝膠輥的硬度標準是Shore A 25。
    在實際的印刷應用中,選用適當的膠型可首先避免由于膠輥本身角色的不恰當而引發的印刷質量故障,以保證穩定順暢的印刷。
           表2.4是為海德堡,羅蘭,高寶,三菱,小森等著名的印刷機的不同印刷方式和不同功能的印刷膠輥選取的膠型和硬度標準:
     

     

    膠輥
    膠型
    硬度
    (Shore A)
    應用
     
    墨輥
    179
    25
    一般傳統油墨
    725
    471
    40
    38
    UV油墨
    一般 / UV油墨
     
     
    酒精水輥
    119
    25
    一般酒精潤版
    144
    115
    171
    25
    25
    25
    減少酒精印刷
    免酒精印刷
    一般 / UV油墨

     

    表2.4 優質印刷膠輥的膠型和硬度
    普通油墨印刷墨輥一般都采用免釉化橡膠179 25的膠型和硬度,一般酒精水輥采用親水性能好的119 25的膠型和硬度。在進行UV印刷時則采用抗UV油墨腐蝕的725 40的膠型和硬度作為印刷墨輥,兼容性更強的471 38的膠型和硬度用于普通和UV兩用印刷墨輥,171 25的膠型和硬度用于普通和UV兩用印刷水輥。      
    對于在印刷機上的自動清洗裝置所使用的膠輥,對清潔劑的傳輸作用和自潔能力都很好,而且抗腐蝕性能好;另外,對于印刷中常出現的紙毛紙粉問題,也有專門的除臟膠輥。
     
    膠輥壓力對印刷的影響
    印刷壓力是膠輥的各項技術指標在印刷過程中的綜合體現,膠輥的印刷壓力表現基于其硬度、彈性、表面粗糙度等性能基礎之上,對于印刷機上不同位置的膠輥其壓力標準也是既定的。膠輥的壓力調節在印刷中直接影響到印品的質量,并且還直接影響到印刷其他的相關成本,例如:膠輥的壽命,機器的折舊,電費的損耗等等。
     
            圖2.8  膠輥壓痕寬度和印刷壓力的關系
    從圖2.8我們可以看出,當壓痕寬度為4毫米時,膠輥壓力達到1.8公斤,
    而當寬度為6毫米,壓力達到6.35公斤,當寬度為8毫米時,壓力已經達到14.9公斤。因此我們得出以下結論:
    1.增加50%的壓痕寬度會增加250%的膠輥壓力。
    2.增加100%的壓痕寬度會增加725%的膠輥壓力。
    所以,在不影響印刷質量的前提下,膠輥壓力應該越輕越好。因為在實際操作中,壓痕寬度即是印刷壓力的表現,印刷生產商所提供的壓痕寬度要求即是已經過測試的原裝膠輥的印刷壓力標準,最好不要隨意更改。
    對于印刷成本控制,印刷壓力的影響也是很大的。筆者曾做過以下測試:
      機器:海德堡CD 102五色印刷機   機身編號:530.664
      油墨:杭華油墨,標準四色印刷             潤版液: BottcherFount 3010
      印刷壓力代表輥:直徑60的靠版墨輥
      印刷速度:10000張/小時    工作時間:24小時/天
      原裝墨輥硬度:Shore A 25       原裝水輥硬度:Shore A 25
      在第二個月將印刷壓力調節到第一個月的50%,得到了表2.9的結果。
     

     

     
    膠輥壓力
    電耗費
    油墨耗費
    潤版液耗費
    第一月
    3.6kg
    墨杠:4.3mm
    17000度
    820kg
    86kg
    第二月
    1.8kg
    墨杠:4.0mm
    11000度
    600kg
    70kg
    節約量
     
    35%
    27%
    18%

     

    表2.9 印刷壓力對成本的影響
    從表2.9可以看出,在印刷過程中印刷壓力對印刷的成本影響是相當大的。
     
           五. 實際生產中印刷膠輥技術指標變化的可接受范圍
    性 筆者專門做了關于在生產中印刷膠輥技術指標變化的詳細調查研究,總結出在高速印刷過程中如何通過掌握膠輥的技術參數變化來對印刷機運轉過程實行預見性的控制。
           設  備:     海德堡CD102                出廠年份:     1992年
           印刷介質: 普通油墨,銅版紙      印刷產品:精美畫冊
    機器速度:平均11000張/小時      膠輥:原裝膠輥
           工作狀態: 兩班/天,工作24小時,實際正常運轉時間約18小時/天
           通過對該機器的第一個色組進行三個月的技術跟蹤,定期測試其膠輥的硬度、直徑以及表面狀態等指標,在專業公司指導的規范清潔情況下,墨輥表面硬度變化在Shore A 2以內,直徑變化在2%以內,表面結構的損失在10%以內,在這種情況下,印刷仍進行得比較順利,經保養后恢復。
    對于高品質的印刷,膠輥的技術指標可接受變化范圍如下:
           1.硬度指標
         標準硬度: Shore A 25  ( 海德堡CD 102 )
            可以接受的硬度變化:Shore A 5
            如果超出此硬度變化的范圍,可能會導致印刷問題的發生,也較難保養恢復。
           2.直徑指標
            可以接受的直徑變化: 5%
            如果超出此直徑的變化,需要盡快更換。
           3.表面粗糙度
            若不考慮磨損的情況,而僅以膠輥表面的釉化程度來認定。
            當釉化而使得表面積損失達30%以上,就會導致印刷問題的發生,對于品質好的膠輥,可采取措施恢復;當釉化而使表面積損失到50%以上,即使暫時采取措施恢復,也應考慮更換膠輥。因此,應該注意及時清潔、保養膠輥。
            在操作過程中,應以印刷品的要求和操作者的預見性來結合考慮。如果3個月內就產生超出允許范圍的變化,應該首先檢查是否使用了不適當的膠輥(如UV印刷時使用普通墨輥和水輥),其次是否使用了不恰當的油墨、潤版液或清潔劑。
           在印刷的過程中,膠輥故障的發生的原因往往是多種多樣的,而影響膠輥正常使用和壽命的因素也是和所使用的其他印刷輔助器材息息相關的。例如;優質的印刷膠輥配合使用不當的紙張會因表面結晶而導致印刷問題,長期使用含有芳香族的油墨進行印刷或長期使用含有芳香族的清潔劑清洗膠輥,都會對印刷膠輥造成傷害,從而影響印刷的品質。建議印刷企業盡量選擇對印刷膠輥無傷害的、印刷適性能相互平衡的印刷器材,這樣才能做到資源的最優化配置。
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