【集萃網(wǎng)觀察】二、  油墨粘著性的測(cè)定

    油墨的粘著性，可以用粘著應(yīng)力或粘著能密度來(lái)度量，粘著應(yīng)力和粘著能密度，都要通過(guò)專門的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。

    所謂粘著應(yīng)力，是指外力分離墨膜的過(guò)程中，墨膜內(nèi)部單位面積上反抗墨膜破裂的力。

    最早出現(xiàn)的關(guān)于測(cè)定和計(jì)算液體的粘著應(yīng)力口粘的公式是斯蒂芬(Stefa)公式：

    σ粘=3/4η（1/h12-1/h22）r2t             （1）

    式中，η是被測(cè)液體的粘度，h1和h2分別是兩平行圓板間初始時(shí)刻和t時(shí)刻的距離，r是圓板的半徑。試驗(yàn)時(shí)，被測(cè)液體放在平行圓板之間，然后逐漸拉開(kāi)兩圓板之間的距離。

    斯蒂芬公式僅適用于圓板緩慢拉開(kāi)的情況，或者說(shuō)，按斯蒂芬公式計(jì)算，得到的粘著應(yīng)力σ粘是靜態(tài)應(yīng)力。印刷過(guò)程中要計(jì)算的粘著應(yīng)力是沖擊作用下的動(dòng)態(tài)粘著應(yīng)力，斯蒂芬公式是不適用的，僅可用來(lái)參考。

    計(jì)算油墨在沖擊作用下的動(dòng)態(tài)粘著力，時(shí)間是個(gè)重要的因素。墨膜所受到的作用力的持續(xù)時(shí)間與油墨本身的松弛時(shí)間之間的關(guān)系，是判斷墨膜力學(xué)行為接近于粘滯性還是接近于彈性的依據(jù)。在印刷過(guò)程中，外力對(duì)墨膜的作用時(shí)間總是要比油墨的松弛時(shí)間短，甚至低一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以，我們可以把轉(zhuǎn)移過(guò)程中的油墨近似地做為彈性固體處理，這樣便得到了另一個(gè)計(jì)算油墨在沖擊作用下的最大粘著應(yīng)力σm的公式：

    σm = 284vη3/2／εm                                 (2)

    式中：v是油墨膜的體積，η是被測(cè)油墨的粘度，εm是最大拉伸應(yīng)變。實(shí)驗(yàn)表明，油墨的εm 常在3<εm <10的范圍內(nèi)。

    實(shí)際當(dāng)中油墨粘著性的測(cè)定都是在油墨表上進(jìn)行的。油墨表的結(jié)構(gòu)和工作原理下：

    油墨表的主要部件有三個(gè)：A是個(gè)金屬輥，中間是空的，可以通入循環(huán)水以調(diào)節(jié)溫度，A輥繞O1軸旋轉(zhuǎn)，是主動(dòng)轉(zhuǎn)輥，轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，B是個(gè)合成橡膠輥，繞O2軸旋轉(zhuǎn)，O2軸又能在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，所以B輥可以靠自重壓在A輥上；C是個(gè)支架，O2軸裝在支架的上端，支架的中部有個(gè)平衡杠桿L，支架—F部有個(gè)配重w，整個(gè)支架能繞O1軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

    (a)是儀器靜止時(shí)的狀態(tài)；(b)是兩輥間無(wú)墨，儀器空轉(zhuǎn)時(shí)的情形，此時(shí)兩輥的摩擦力形成了對(duì)支架的轉(zhuǎn)矩，使支架轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)角度；(c)是在支架的杠桿上的某個(gè)位置加上一個(gè)—適當(dāng)?shù)呐渲豍，使儀器重又回到靜平衡位置的情形；(d)是兩輥間裝上油墨，儀器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的情形，此時(shí)在墨膜破裂過(guò)程中出現(xiàn)的粘著力形成了對(duì)支架的附加轉(zhuǎn)矩，所以又使支架轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)角度；(e)是在杠桿上距O1軸為1長(zhǎng)的位置上又加上一個(gè)重量Q，形成恢復(fù)力矩Ql，使儀器再次回到靜平衡位置的情形。

    從以上所述油墨表的各種情形可以看出，恢復(fù)力矩Q1，是和墨膜粘著力附加轉(zhuǎn)矩相平衡的，因而恢復(fù)力矩Ql的大小反映了油墨的粘著性。而且，油墨表有很好的模擬性，即油墨表的結(jié)構(gòu)和工作原理和實(shí)際印刷過(guò)程很相似。所以，用油墨表測(cè)得的Q1值對(duì)于衡量油墨的粘著性有較大的參考價(jià)值。不過(guò)，在油墨表上測(cè)得的數(shù)據(jù)和墨輥的壓力、表面狀態(tài)、墨層的厚度、測(cè)試的溫度等有很大的關(guān)系。因此，這些數(shù)據(jù)僅能作為油墨粘著性對(duì)比的依據(jù)。何況，墨膜粘著力附加轉(zhuǎn)矩和油墨粘著性間的數(shù)量關(guān)系并不明確。

    因?yàn)橛糜湍�表測(cè)得的結(jié)果僅有比較的意義，所以，儀器給出的表示油墨粘著性的數(shù)值，也只是個(gè)沒(méi)有量綱的數(shù)值。使用油墨表時(shí)，測(cè)定的條件要求穩(wěn)定，例如，對(duì)于膠印油墨，大多在儀器運(yùn)轉(zhuǎn)速度為400轉(zhuǎn)／分，溫度控制在30℃左右的條件下測(cè)定，測(cè)定時(shí)油墨用量常在1．32cm3左右。

    還應(yīng)指出，膠印樹(shù)脂油墨連結(jié)料里含有高沸點(diǎn)窄餾程的煤油溶劑，在墨輥高速運(yùn)轉(zhuǎn)下會(huì)有部分揮發(fā)，造成油墨的粘著性增加。這種粘著性的變化，可以用粘著性增值來(lái)表示。粘著性增值規(guī)定為：油墨表運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘和1分鐘兩種情況下測(cè)得的油墨的粘著性的差值。粘著性增值越小，油墨的粘著性越穩(wěn)定。粘著性增值為1左右比較理想。

    三、油墨拉絲性的測(cè)定

    測(cè)定油墨拉絲性的直觀的方法是用絲頭的長(zhǎng)短來(lái)衡量油墨的拉絲性。所謂油墨絲頭的長(zhǎng)短是指從油墨被拉伸成絲起到墨絲斷開(kāi)止，墨絲伸展的長(zhǎng)度。這僅僅是個(gè)粗略的，形象的描述，計(jì)算和測(cè)定都有困難。表征油墨拉絲性的物理量，叫油墨的短度Z，等于油墨的屈服值τB與塑性粘度門ηp之比：Z=τB／ηp。因?yàn)橛湍�的拉絲性與τB 和ηp有關(guān)，所以有人建議用Z表示油墨的拉絲性，Z越小，油墨的拉絲性越好。但是，油墨的拉絲性并不是僅僅與τB 和ηp有關(guān)，而且與τB和ηp的關(guān)系也不是這樣的簡(jiǎn)單，Z也不具有長(zhǎng)度的量綱，所以用Z來(lái)表示油墨的拉絲性還得不到普遍的承認(rèn)。

    對(duì)油墨的拉絲性，實(shí)際當(dāng)中普遍采用的是一種間接的測(cè)定和表示的方法。這種方法是從平行板粘度計(jì)測(cè)定油墨中得到和引伸出來(lái)的。平行板粘度計(jì)上的油墨鋪展直徑d和油墨鋪展時(shí)間的對(duì)數(shù)logt，近似地成線性關(guān)系：

      d=Sl．logt+I                                        (3)

    習(xí)慣上，把上式叫作油墨的特征方程，把方程中的Sl和I分別叫做油墨的斜率和截距。若取t1=10，t2=100，其對(duì)應(yīng)的油墨鋪展直徑計(jì)作d10和d100；則Sl可按下式計(jì)算：

      Sl = d100- d10                                      （4）

    即油墨的斜率等于100秒時(shí)測(cè)得的鋪展直徑減去10秒時(shí)測(cè)得的鋪展直徑。這樣看來(lái)，油墨的拉絲性就可以用d100- d10來(lái)間接表示了。   

    用Sl表示油墨的拉絲性是個(gè)簡(jiǎn)便實(shí)用的近似方法，國(guó)內(nèi)外印刷行業(yè)普遍采用這種方法。對(duì)于膠印油墨，如在25℃條件下測(cè)定，Sl在5—8的范圍內(nèi)是可用的，Sl在5—6的范圍內(nèi)則更好，下限不宜低于4。 

    另外，油墨的截距I可以用來(lái)表示油墨的“軟硬"，截距越大，油墨越軟，截距越小，油墨越硬。對(duì)于使用相同的顏料和連結(jié)料的油墨，截距還可以用來(lái)表示油墨粘度的大小，截距越大，粘度越�。唤鼐嘣叫�，粘度越大。這種性質(zhì)也容易理解，設(shè)想有兩種油墨具有相同的斜率，卻有不同截距，對(duì)于同一時(shí)刻t，截距大的油墨將有較大的鋪展直徑，因而油墨較軟，油墨的粘度較小。只要測(cè)得10秒時(shí)的油墨鋪展直徑d10，在求得油墨的斜率Sl以后，油墨的截距可以從下式很方便地得到：

    I = d10 – Sl                                              (5)

    對(duì)于膠印油墨，一般地說(shuō)，I為16~25是可用的，若在20~22之間比較理想。

    另外，對(duì)于油墨的流變特性，在印刷工藝中，還有一些常用的表示方法，油墨流動(dòng)性就是一個(gè)經(jīng)常用來(lái)表示油墨的某些流變特性的概念。

    油墨流動(dòng)性并沒(méi)有確切的定義，目前在油墨的制造和使用領(lǐng)域里，對(duì)油墨流動(dòng)性的理解，通常包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容。

    第一個(gè)是油墨從一個(gè)容器很容易地傾注到另一個(gè)容器的性能，這就是我們平常所說(shuō)的一般流體的流動(dòng)性。影響油墨的這種流動(dòng)性的主要因素是油墨的粘性、屈服值和觸變性。對(duì)于接近牛頓流體的較為稀薄的油墨，如影寫版墨、橡皮凸版墨等，流動(dòng)性只用牛頓粘度ηN來(lái)表示就可以了，通常是用流動(dòng)性f=l／ηN來(lái)表示。對(duì)于可以看做是塑性流體的稍稠的油墨，如印報(bào)用輪轉(zhuǎn)凸版油墨等，情況比較復(fù)雜，流動(dòng)性要測(cè)定幾個(gè)指標(biāo)一起來(lái)表示。例如，屈服值小的油墨，在粘度一定時(shí)，就比較稀薄，絲頭也比較長(zhǎng)，流動(dòng)性較好，此外還與觸變性有關(guān)，這樣，油墨的流動(dòng)性就要測(cè)定τB，ηp，油墨的斜率和油墨的觸變破解系數(shù)等一起來(lái)表示。有時(shí)也用一種綜合的評(píng)價(jià)方法，用一個(gè)叫做“流度”的指標(biāo)來(lái)表示油墨的這種流動(dòng)性。流度是這樣得到的，用一個(gè)特制的銅棒蘸取油墨并攪拌一定時(shí)間，拉成墨絲后滴在一塊玻璃板上，再使玻璃板垂直立起，10分鐘后量取油墨沿玻璃板下流的長(zhǎng)度，這個(gè)長(zhǎng)度就是流度。對(duì)于較為稠厚的膠印油墨，不能用流度表示它們的流動(dòng)性，必須分別測(cè)定幾個(gè)指標(biāo)。

    第二個(gè)是油墨在容器內(nèi)或者在涂層上使墨膜表面流平的性能，通常叫油墨的流平性。流平現(xiàn)象是在油墨自身的重力和分子作用力的作用下發(fā)生的現(xiàn)象，是油墨在低切應(yīng)力和低切變速率下發(fā)生的流變特性。所以，油墨的流平性是一種特定條件下的流動(dòng)性。流平性不佳的油墨可能使印品表面出現(xiàn)波紋或呈桔皮狀，流平性過(guò)分的油墨又可能在印刷過(guò)程中不時(shí)產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，即涂好的墨層在干燥之前只要不是水平放置便會(huì)不住地向某個(gè)方向流動(dòng)，流掛現(xiàn)象會(huì)使印品上留下流動(dòng)的痕跡或者造成墨層的厚薄不勻。如果油墨近于牛頻流體，在低粘度范圍，油墨的流平性總是好的，但有時(shí)會(huì)發(fā)生流掛現(xiàn)象。如果油墨近于塑性流體，由于有屈服值，油墨自身的重力和分子作用力未必能克服屈服值而使油墨流動(dòng)，所以流平性總不理想。如果油墨具有觸變性，在發(fā)生觸變現(xiàn)象后的短時(shí)間內(nèi)(一般是指300秒內(nèi))，如果不是很快地回到原來(lái)的狀態(tài)。那么油墨是可以流平的，也不致發(fā)生流掛現(xiàn)象。

    第三個(gè)是油墨在印刷機(jī)墨斗里能不斷下墨的性能。流動(dòng)性好的油墨，在墨輥稍許轉(zhuǎn)動(dòng)一點(diǎn)的時(shí)候，墨斗中的油墨整個(gè)地轉(zhuǎn)—?jiǎng)�，流�?dòng)性差些的油墨，在同樣的情況下，就只有靠近墨輥附近的油墨轉(zhuǎn)動(dòng)，流動(dòng)性太差的油墨，墨輥和油墨就像分開(kāi)的一樣，不能順利下墨。出現(xiàn)不下墨的現(xiàn)象與油墨的粘度，屈服值、觸變性、絲頭長(zhǎng)短有關(guān)，從經(jīng)驗(yàn)說(shuō)，油墨的粘度小，屈服值大、觸變性大、絲頭短都是導(dǎo)致不下墨的原因，其中又以觸變性更顯重要。下墨容易的油墨的觸變指數(shù)在1．6左右，如果觸變指數(shù)．超過(guò)3．2，油墨使用中，下墨便有困難了。顯然，如果油墨的流平性好，就容易下墨。因?yàn)橛湍�在墨斗和墨輥間流動(dòng)的情形和油墨發(fā)生流平時(shí)的流動(dòng)條件是很相似的。

    用油墨的流動(dòng)性描述油墨的流變特性，與用油墨的粘度，屈服值、觸變性、絲頭長(zhǎng)度等描述油墨的流變特性，在本質(zhì)上是相同的，不過(guò)有時(shí)會(huì)更方便些。

    與流動(dòng)性有關(guān)的還有兩個(gè)實(shí)用的指標(biāo)，一個(gè)叫“流動(dòng)度”，另一個(gè)叫“流動(dòng)”，都是習(xí)慣上的叫法。在兩塊重量為50g，直徑為67—70mm的圓形玻璃板間放入0．1cm3的油墨，在上面加上一個(gè)200g重的砝碼，放入恒溫35℃的恒溫箱中，經(jīng)15分鐘后取去砝碼，量油墨的擴(kuò)展直徑，這個(gè)直徑就是“流動(dòng)度”。在平行板粘度計(jì)上測(cè)出一分鐘時(shí)油墨的擴(kuò)展直徑，這個(gè)直徑就是“流動(dòng)”。