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                柔印產業鏈要做大做強的幾個關鍵細節

                首頁    行業瞭望    柔印產業鏈要做大做強的幾個關鍵細節

                柔印同其他傳統印刷工藝一樣,追求的目標主要有五個方面:產能高、質量好、綠色環保與可持續發展、能吸引年輕人、擴大產品利潤空間。柔印產業鏈要繼續做大做強,僅靠資本的簡單擴張是有難度的,需要整個產業鏈一起來解決工藝技術方面的一些關鍵難點。

                 

                1、衛星式柔印機亟需配置滾枕機構

                 

                衛星式柔印機的優點是套印精準,只要油墨干燥速度足夠快,印刷產能在所有印刷工藝中幾乎是最高的。衛星式柔印機的各色組環繞著龐大的中心壓印滾筒分布,緊貼在中心壓印滾筒表面的承印材料(薄膜或紙張)經過各印刷色組的相鄰間隔一般只有800~1?000?mm,這在各類輪轉印刷機相鄰印刷單元紙路的長度中幾乎是最短的。由于承印材料與中心壓印滾筒的機械運轉速度基本同步,而且有中心壓印滾筒作支撐,因此承印材料在各印刷單元之間幾乎沒有變形。即使是極易受熱拉伸變形的薄膜,在衛星式機型上也不會因變形而影響套準。

                根據輪轉印刷機上承印材料所受張力的計算公式(張力T=V2-V1),張力即后一色組與前一色組的線速度之差。因為衛星式柔印機上相鄰色組的材料線速度V2=V1,所以T=0,即套印是在零張力的條件下獲得的。這與機組式輪轉機型的套準需要恒定的材料張力和精確的光電跟蹤系統相比優勢極大,因此其質量高、成本低,在業界普遍受到青睞。

                衛星式柔印機的精確套準是有條件的。將承印材料緊貼在中心壓印滾筒表面的橡膠壓輥上,材料的形狀與花紋,調節壓力的氣缸以及材料在中心壓印滾筒上的包角等技術細節,為材料傳輸速度與機械運轉速度的基本同步提供了保證?,F在的衛星式柔印機基本采用伺服電機直接驅動,傳動的穩定性與響應速度有了明顯提高,各色的套印精度也有了明顯提高。

                套印準確為提高產能奠定了基礎。尤其是采用全伺服電子軸傳動以后,600?m/min的印刷速度已不是難事,如果油墨干燥跟得上,800~1?000?m/min也不再是夢想。高產能成為衛星式柔印的基本特征。

                然而,當機組式柔印機配置了滾枕機構以后,衡量產能與質量這一對矛盾時,天平顯然朝產能雖低一些但印刷質量明顯有優勢的機組式機型傾斜。所謂滾枕,其實就是在版滾筒軸的兩端各裝一個鐵盤,鐵盤直徑約等于版滾筒直徑+2層雙面膠厚度+2層印版厚度。這個尺寸其實就是版滾筒的齒輪節圓,一個傳動系統虛擬圓的基本數值。鐵盤必須是耐磨的硬質合金材質,誤差必須是負公差,通常所說的正負公差是誤導。

                柔印機配置了滾枕以后,操作人員對上墨壓力與印刷壓力的調節就有了某種意義上的機械限位,即壓力調節必須在滾枕限定的范圍內進行,這樣就類似于膠印機上印版滾筒與橡皮布滾筒的走肩鐵。

                柔印機滾枕機構是否合理可以通過實驗方法來檢驗。根據齒輪節圓的控制理論,做一塊印版長度為三分之一版滾筒周長的測試版,寬度不限。測試印版上30%的傳統圓網,對線數無特殊要求。在額定速度下印刷,得到一段印有三分之一平網與三分之二空白的印張。由于30%圓網的相鄰網點間距離約等于網點直徑,因此肉眼就容易觀察到網點擴張的變化。將樣張先受壓部分與后離壓部分的網點裁下作目視比較,若首尾相疊處沒有網點擴張的突變,說明滾枕有效;若受壓處與離壓處的網點發生明顯變異,說明滾枕尺寸有誤差,沒有起到對齒輪節圓的有效控制。精確的測試可以使用分光密度儀測量網點數值,正確的滾枕結構可以使網點大小誤差只有1%~2%,若誤差接近5%或更大,表明滾枕作用沒有顯現。

                這個測試方法利用了齒輪節圓這類虛擬圓的相切與實際柔印三個滾筒表面相切的差別必然會造成的印刷故障這一情況。網紋輥與壓印滾筒的端面分別是完整的圓,而版滾筒由于印刷版面的三分之一凸起與三分之二凹陷,版滾筒端面并不是完整的圓。在額定速度下三滾筒相切,版滾筒必然會跳動。寬幅柔印機對版滾筒跳動的解決方法通常是錯開排版,但窄幅柔印機由于印版尺寸的限制,只能橫向單排,因此版滾筒跳動很難避免。唯一的解決辦法是降低印刷速度,使沖擊力小一些。但若采用滾枕結構,印版上的凹凸被版滾筒兩端的鐵盤擱起來了,鐵盤為版滾筒提供了相切時的旁路通道,版滾筒不再因表面受壓不均勻而跳動。

                柔印機采用滾枕機構首先是在窄幅標簽印刷機上實現的。不論柔印三滾筒采用什么結構,版滾筒上的鐵盤尚有空間安裝,尤其是三滾筒的軸芯呈等腰三角形分布,在設計上很容易實現。由此,機組式柔印機雖然在產能上不及衛星式柔印,但在印刷質量上的提升非常明顯。機組式柔印機采用滾枕機構以后,三大效果逐步顯現:一是因人員操作水平的差異所造成的網點擴大不一致,同一機臺的不同班次所得到的產品質量不一致,都得到了有效控制;二是因排版因素造成版滾筒跳動而引起的網點異常擴張被解決了;三是柔印工藝標準化具備了堅實基礎,可以像膠印一樣控制灰平衡了。一個良好的局面從具有滾枕機構的機組式柔印機開始逐步打開了。

                然而衛星式柔印很難在版滾筒兩端安裝滾枕,因為與版滾筒齒輪節圓相同尺寸的鐵盤沒有辦法在原本就非常緊湊的印刷單元上找到安裝位置,所以目前尚未見到具有滾枕結構的衛星式柔印機。其實辦法還是有的,有些機組式柔印機在版滾筒支承座上設置了上下左右四片弧形金屬板,在版滾筒兩側分別構成了限定版滾筒與網紋輥、版滾筒與壓印滾筒間隙的限位。兩片弧形板在同一平面構成一道外向的有間斷的弧,在版滾筒兩側分別按弧形曲線架住了網紋輥與壓印滾筒。這種也被稱之為“耳朵片”的限位機構,從版滾筒支承座上向外延伸出的數值,正是按齒輪節圓設定的版滾筒直徑與雙面膠厚度以及印版厚度的相加值。這種從外形上看不到兩個大鐵盤但能控制齒輪節圓的機構,本質上也是一種滾枕結構,在衛星式機型上完全可以找到安裝位置。

                對于目前還沒有安裝滾枕的衛星式柔印機來說,對上墨壓力和印刷壓力的調節一般分為三步:一是調節網紋輥與印版滾筒的間隙,使印版著墨,整塊印版各處都均勻上墨方才完成;二是調節印版滾筒與壓印滾筒的間隙,在承印材料上獲得完整的印版圖文,轉印圖文無缺漏、無變形;三是將原先已調整好的上墨壓力逐步減小,找到圖文因上墨壓力過小而造成缺省的臨界點,此時再略微加壓,完成一個色組的調節。

                仔細分析這三個步驟,第一個步驟是定性的,看印版上有沒有油墨,至于油墨多少暫時不考慮;第二個步驟是定量的,需要從已經轉移到承印材料上的圖像(尤其是網點與線條)來判斷印刷壓力的大??;第三個步驟是對第一個步驟的修正,尋找最小上墨壓力的合適位置,此時需要根據經驗作出快速判斷。因為沒有滾枕機構,沒有對齒輪節圓提供限位,衛星式柔印機上的壓力調節是緩慢的,全憑機長經驗完成。即使同一位機長,每一次調節也會有誤差;即使存有以前同一份印樣的調節參數,再次上機仍然需要微調。印刷質量不穩定的風險依然存在。

                對于因排版因素造成的印版滾筒跳動,一線操作人員常常通過制版時在印版兩側留下的3?mm壓條為印版版面的凹凸提供旁路通道,使之從端面看能保持一個完整的圓。但3?mm壓條的實踐效果并不好,放寬到5~10?mm會有所改善,但如此一來承印材料損耗驚人,生產成本不允許。標簽柔印曾將兩側壓條加寬到15?mm,將壓條上的UV油墨轉移到壓印滾筒上,效果很明顯,旁路通道確實形成了,承印材料也沒有浪費。轉移到壓印滾筒上的UV油墨雖未經干燥仍保持濕潤,但累積多了墨滴會掉落造成污染,必須降低印刷速度。

                標簽柔印機最終采用滾枕機構來解決這個問題,由版滾筒兩端的機械滾枕代替原先用雙面膠貼上去的加寬壓條。這種思路應該對衛星式柔印機的改善也有幫助,用在版滾筒上加貼壓條的土辦法來作為暫時的滾枕值得一試。

                有三個細節需要注意:一是在印版兩端貼上的壓條必須有足夠的寬度,否則無法支撐整根版滾筒,尤其是寬幅衛星式柔印機上;二是印刷過程中壓條不能著墨,承印材料不能增加損耗;三是貼上壓條后,版滾筒的實際直徑必須等于其齒輪節圓。注意:構成版滾筒外徑的實際數據包括印版厚度和雙面膠厚度,雙面膠厚度須是實際受壓后泡棉結構變形后的真實厚度,須實際測量得到確切可驗證的數值,才能真正發揮滾枕的作用。

                根據上述要求,壓條寬度可以放大到接近25?mm。網紋輥可選用兩端留有25?mm未雕刻空白區的型號,使該處不著墨,版滾筒上的壓條與此處相切也不會沾上油墨。壓條的貼版需要專門的貼版機(國內已有供應)。

                貼版機應該有兩個附加功能:一是在貼版滾筒外側有一根能對貼版滾筒加壓的橡膠壓輥,由氣缸驅動,壓力大小可按需調節;二是有測量版滾筒外圓直徑的測量裝置,用數顯方式直接顯示版滾筒外徑。貼壓條時,可按計算的齒輪節圓值調節橡膠壓輥所需要的壓力,模擬雙面膠在印刷時的受壓狀態,然后決定壓條的實際厚度,模擬滾枕機構。機組式標簽柔印機幾年前就有過類似嘗試,衛星式機型也不妨試試看。

                一年多前,筆者在一個技術論壇上曾看到過一臺寬幅貼版機配置有橡膠壓輥,所缺的只是測量外徑的數顯裝置。只要稍加改造,這種設備就能應用于為版滾筒添加加寬壓條。

                其實筆者提出的衛星式寬幅柔印機改善方案,其原理在標簽柔印領域都取得過經驗。版滾筒兩端的壓條,貼版機外側的氣動加壓輥乃至版滾筒兩端的滾枕,只要在理論上站得住腳,機組式柔印的優勢基本都能嫁接到衛星式柔印上來。但這種嫁接需要有理論支撐,并非依葫蘆畫瓢的簡單模仿。從外觀的花瓣式結構到走肩鐵,直至控制齒輪節圓,理論總結十分重要。多年來,我國一直瞄準國外的先進技術在追趕,現在若能率先在衛星式柔印機上配置可有效控制齒輪節圓的滾枕類機構,將在該技術的研究與發展上增添中國智慧。

                 

                 

                2、水墨應用的兩個共性問題

                 

                柔印產業鏈在中國的成長與環保密不可分。柔印因能在紙張印刷時大量應用水墨,而水墨的環境友好性令大家對柔印的環保秉賦逐步接受。柔印產業鏈從柔性版的制造、應用、回收再利用以及水墨的應用、污水處理、廢渣處理等整個生命周期,貫穿了一條綠色環保的主線。

                但是塑料薄膜印刷目前還是使用溶劑型油墨為主,對環境的污染一直遭到社會的詬病。近幾年來,國家從源頭上控制油墨的環保特性,制定了油墨的環境標志產品技術要求,力度很大。但由于某些技術原因,水墨在薄膜印刷領域的應用并不順暢。

                紙張水墨與薄膜水墨在應用過程中遇到的問題有共性。雖然前兩年薄膜印刷時水墨的附著特性還遭到業界的質疑,但通過水性丙烯酸與水性聚氨酯樹脂的不斷改進,這個問題已逐漸解決。共性的問題在于水墨在實地印刷時的質量特點以及印刷高產能所需要的高干燥速率。

                水墨實地印刷時,在放大鏡觀察下,實地不平服,表面墨層似乎有高低,墨色有深淺,相比膠印和凹印有差距。而UV油墨的實地印刷比水墨要好許多,但同膠印和凹印相比還有差距。薄膜水墨印刷實地不平服的缺陷更明顯。

                這個問題同水墨本身的結構有關,原因就在于水墨中的水性乳液。構成水墨的主要成份有水性溶液制造的水墨色漿和水性乳液。色漿的作用是著色,干燥后再浸入水中能再次溶解。水性乳液則用于形成墨膜,提供墨膜的物理耐抗性。乳液樹脂的分子量比較大,一般在20萬以上,內聚力大,分散后黏度也高,這不利于油墨向承印材料上的轉移。因此用乳化劑對樹脂進行乳化,使高分子量的樹脂分散為極小顆粒,懸浮在水中構成水性乳液。水性乳液具有固含量高、黏度低的特點,一般占水墨質量的50%左右,干燥后不溶于水。

                乳液型水墨是目前的主流水墨,樹脂顆粒以懸浮態存在,同溶劑型油墨存在很大差別。溶劑型油墨呈均相狀態,實地印刷很平服;而乳液型水墨呈非均相狀態,實地流平性較差,實地印刷時缺陷很明顯。紙張水墨印刷時,承印材料的粗纖維能有效掩蓋水墨的非均相特點,但在涂層較厚、本身紙纖維不明顯的銅版紙等承印材料上,水墨的非均相缺陷就暴露出來了。水墨薄膜印刷的缺陷更明顯,在放大鏡下觀察有時還慘不忍睹。

                在水墨制造過程中添加少量助溶劑能夠改善這一缺陷。但按照環境標志產品技術要求的限定,水墨中的溶劑添加量不能超過總質量的5%,這就需要另外從印版制作和油墨黏度調節兩方面來改善。

                柔性版制版工藝中的實地加網技術是解決水墨非均相態缺陷的有效措施,這其實是在為實地版面提供通溝。凹印電雕版正是有了通溝,實地平服才有了切實的保證。柔性版實地加網技術也能將原本無規則排列的水墨顆粒引導到有規則的通溝中,就像柔性版暗調網點的排列一樣,水墨非均相特點造成的缺陷將很難被看出。實地加網技術中通溝的形狀與寬度需要與所用水墨的顆粒大小匹配,需要選擇合適的實地加網參數。

                提高水墨黏度的作用也很明顯。單位面積上水墨的黏度越高,乳液顆粒間的間隔就越小,相鄰顆粒間水分間隔所呈現的淺色面積也越小,從視覺上看顏色就更平服。在實地加網的基礎上提高水墨黏度,作用很明顯。

                上文說到UV墨的實地質量比膠印和凹印的實地略差,是由印刷工藝的特點決定的。膠印版面的實地均勻,墨輥上的油墨經多次勻墨后也是均勻的。膠印上墨輥也稱為“揩膠”,因為墨輥往印版上轉移是揩上去的,所以實地很平服。凹印電雕版因為有通溝,所以油墨在通溝中迅速流平,實地也很均勻。但UV柔印因為在印版上沒有通溝,而且貼版雙面膠受壓變形、離壓反彈,所以實地不夠平服。由于印版著墨區的表面能與UV墨表面張力的匹配關系,在使用UV墨時,版面實地加網技術的優勢不明顯。好在用戶對UV實地印刷并沒有提出過于苛刻的要求,UV印刷薄膜收縮套標市場的快速增長,說明這一質量水平是被市場所接受的。

                從水墨制造方面徹底解決乳液型水墨非均相狀態的缺陷,目前在技術上是有保證的。利用中等分子量的水溶膠樹脂改善乳液型水墨暫時的不足,采用國內材料與國內技術在成本上也是可接受的。

                干燥問題一直是困擾業界使用水墨的主要障礙。紙張柔印使用水墨已有幾十年歷史,其干燥原理一般理解是水墨在紙張中揮發干燥、滲透吸收。吸水性好的紙張干得快些,吸水性差的紙張則干得慢些,應對方法是加大烘干能力、升溫或加大風量。

                而水墨用于薄膜印刷領域則不然。薄膜沒有滲透吸收功能,只能揮發干燥,但因為薄膜受熱后會拉伸變形,因此不可能無限制地升溫。由于水墨中約一半是水,而水的蒸發潛熱大,這意味著如果按揮發干燥的原理來理解水墨干燥將走入誤區。在水墨干燥時添加溶劑,尤其是價格較低的乙醇,表面上看乙醇與水組成共沸溶劑,共沸點會降低,干燥會快些,或者說水分會隨著溶劑的揮發而揮發,可以加快干燥。但共沸點的變化需要參與的質量比作為支撐,沒有大量溶劑的加入,干燥速度不可能有明顯提升,而添加溶劑如果超過規定的紅線,就違背了使用柔印水墨的初衷。

                問題出在對水墨干燥原理的理解。目前使用的水墨絕大多數屬于乳液型。水性乳液的干燥原理與水性溶液完全不同,而水性溶液的干燥原理同溶劑型油墨倒是極為相似。溶劑型油墨的干燥是通過烘干溶劑加速揮發,并使浸透在樹脂中的溶劑脫出,樹脂堆積并交聯成膜。

                乳液干燥則完全不同。乳液屬非均相狀態,樹脂被乳化后呈懸浮態。干燥過程的第一步是通過烘干揮發掉樹脂顆粒間的水或乳化劑,第二步是顆粒排布的靠攏集中并堆積,第三步是樹脂交聯,第四步才是成膜。因此烘干在整個干燥過程中僅僅在第一階段起作用(減小了樹脂顆粒間的間隙),而顆粒集中與樹脂交聯才是乳液型水墨干燥的關鍵。

                因此水墨干燥必須關注兩個關鍵參數,即成膜溫度與成膜時間。在烘干的基礎上要加快干燥,可以添加交聯劑。在乳液型水墨中添加溶劑助干,說明對其干燥原理沒有理解,在錯誤理論的指導下實施了錯誤的實踐。

                將水墨的烘干溫度設定在高于供應商提供的成膜溫度,干燥上就沒有大問題。印刷企業在選購水墨時只要把成膜溫度作為評估標準之一,干燥過程中就沒必要增加更多的能耗。成膜時間目前還沒有直接的計算公式,可以在實驗室測定,或在印前模擬,抑或通過印后的數據測定來倒推。針對已經在使用的水墨,通過相關數據測定,就可以估算出該水墨的成膜時間。

                乳液型水墨在紙張上柔印,因為紙張有滲透吸收功能,所以印后烘干只要墨膜不黏手或卷料產品沒背黏,就說明干燥過關。至于不同紙張的滲透吸收功能在乳液型水墨干燥的第四步起到了多大作用,很少有人會關注。但薄膜水墨則不同,因為沒有滲透吸收功能,干燥上就會慢很多??梢杂靡豢畋∧に扔≡诩垙埳?,使之烘干成膜,然后用同一印版印在薄膜上,樣品下機后用3M測試膠帶來測墨膜對薄膜的附著力,或測墨膜的其他耐抗力,各項指標達標則表示水墨成膜。比較兩者的成膜時間,就能看到滲透吸收在乳液型水墨成膜過程中竟有這么大的貢獻。

                因此,根據水墨的成膜溫度與成膜時間來制定印刷工藝十分重要。如果供應商暫時無法告知成膜時間,就需要印刷企業通過實驗來測定。測定參數有水墨對薄膜的附著力、墨膜的硬度與耐磨擦性,以及水墨產品的水分殘留量等。

                因為承印材料從紙張換成了薄膜,使我們對使用了幾十年的水墨作正本清源的重新理解。用水墨印刷的復合軟包裝在剝離強度方面一直不穩定,很大程度上就是由于水分殘留過高、墨膜太嫩導致機械強度不夠。

                乳液型水墨在應用過程中的問題很多,但究其根本都與油墨的乳液型結構有關。據此來做好每一步分析,對策并不難。當然若水墨設計走入中等分子量的水溶膠體系,出現的問題就會不一樣。

                 

                 

                3、柔性版非著墨區表面性能的改善

                 

                這原本是印刷過程的界面分析與界面匹配的小眾理論問題,但這個問題與柔印的特征性缺陷(堵版)密切相關。

                堵版又稱為糊版、臟點、堵版、塞網、堵墨等,是油墨黏結在印版上不應該著墨的區域(相鄰網點間的凹陷區)。因為柔性版是凸版,黏結在凹陷區的油墨初始時并未出現印刷故障,但隨著積墨越來越多,轉移到承印材料上就形成了質量故障。

                稱堵版為柔印的特征性缺陷,同柔印的基本原理有關。第一,柔印采用可壓縮的彈性印版,版面上的凹凸面決定了上墨與否的分界,但版面若受壓過大,網點坍塌,油墨會掉落到原本不該著墨的凹陷區;第二,柔印轉印單元的壓力控制基本依賴人工調節,容易壓力過大;第三,柔印使用低黏度的油墨,特點是自流平,油墨從應該著墨的高處自動流向不該著墨的低處是大概率事件;第四,柔印采用網紋輥傳墨,當印版上的網點直徑小于網紋輥上網穴的開口時,網點會誤塞進網穴,拔出時網點的四周會沾染油墨,這些油墨無法轉移出去,只能在印版凹陷區堆積,直至形成質量故障。

                在一線生產中,柔印堵版后必須停機擦版,用壓縮空氣吹干擦洗過的印版,延緩再次出現故障的時間。在清洗后的印版上噴涂低表面張力的硅類脫模劑,相當于在印版凹陷區填充低表面張力的有機硅,能降低凹陷區的表面能。隨著脫模劑中溶劑的揮發,印版相鄰網點間的凹陷區會恢復原有的表面能,仍然有可能堆積油墨。采用定時停機續噴脫模劑的措施來彌補,比發現故障再停機擦版要好得多。

                這就把柔性版在著墨區與非著墨區應該具有不同表面能的需求提上了議事日程。但這事關柔性版產業鏈的最前端,國內過去還沒有具備掌握并改善該技術的條件。好在目前國內薄膜與片材制造企業的多層共擠技術逐步成熟,在薄膜與片材的厚度截面上獲得不同的物理特性已經成功,將該技術理念應用到柔性版制造工序具有可行性。

                目標很簡單,讓柔性版不同厚度上具有不同的表面能。高處的版面需要的表面能略高,與在此處著墨的油墨表面張力適配;中間高度的版材需要較低的表面能,能噴涂脫模劑而不沾染油墨;底部的表面能不能太低,因為此處還須黏附貼版雙面膠。

                遺憾的是隔行如隔山,處于產業鏈中低端的位置往往人微言輕。在無法獲得共擠復合型柔性版的條件下,利用界面分析與界面匹配的理論,也可以讓單層版獲得復合版的效果。

                如果用固體表面張力測試儀測一下現在使用的單層柔性版上不同位置的表面能,也能獲得不同的表面張力數據。以一款水洗柔性版為例,著墨區域表面張力30~31達因,非著墨區域表面張力32~33達因,即印版不著墨的凹陷區比著墨區要高出2達因。這從版面光潔度的觀察上也能得到驗證,在200倍放大鏡觀察下,非著墨區表面比著墨區要粗糙得多。用該方法對其他柔性版進行驗證,熱敏柔性版或激光直雕柔性版也是這樣,有一款竟然達到了6達因。油墨若不慎滴落到該區域,一定會牢牢黏附于其上,還可能迅速流平。

                因此減小該區域的表面能,使著墨面與非著墨面的表面能數值接近,非著墨面可以略大些,但決不能過大。放大鏡下看到的版面粗糙度與表面張力數據的相關性是解決問題的第一步,而造成版面粗糙的原因在于洗版溶劑的溶解性與洗版毛刷。

                對洗版溶劑溶解性的關注很早。在洗版工序要將細小網點洗出,溶劑的溶解性越好,洗得越干凈,網點四周無黏連,印版的質量就越好。溶解性波動涉及兩個因素,溶解在洗版液中的未固化樹脂越多,溶解性就越差;洗版液往往是混合溶劑,不同溶劑的沸點不同則蒸發速率不同,溶解度參數也不同。洗版過程中因溶劑的揮發會使原本設計合理的混合溶解性發生變動,若溶解性強的真溶劑揮發過多,溶解性就變差。即使后來加入按原先比例配制的補充混合溶劑,但由于真溶劑揮發比例過大,洗版液中的溶解性已不能達到初始水平。

                早期柔性版洗版液中兩種溶劑的合成配比是3∶1。制版過程中要用比重計測量混合溶劑的密度,必要時添加溶劑以保持原有密度。缺什么補什么,及時調整洗版溶劑的溶解性,這個方法使用多年,效果不錯。后來有企業將配比調整為4∶1,溶解性更好。

                環保溶劑是多種溶劑按比例混配,安全性提高了,但測定很繁瑣,補充溶劑的添加也很復雜。筆者看到過兩家柔性版國際品牌的洗版溶劑測定與補充方法,可能是出于商業保密的因素,方法設計得很不直觀,用戶甚至很難搞清楚想保持什么。因為對調節原理的不理解,不少用戶忽略了這個環節。環保溶劑的溶解性在設計上原本就略遜于傳統溶劑配方,在忽略測定就添加特定補充溶劑以后,洗版溶劑的溶解性更差些。雖然小網點能洗出,但毛刷在印版非著墨區域留下的痕跡更嚴重。

                業內目前實行的制版標準只要求洗出精細網點,忽略非著墨區域的平整度與光潔度,因此對毛刷的要求比較低,更不會關注毛刷用力輕重對痕跡的影響。洗版溶劑的溶解性波動與毛刷精度被忽略,這就是現今柔性版制版工序的現狀,非著墨區的表面能大于著墨區2達因已經不易了。

                柔印的界面匹配理論要求印版著墨區的表面能等于或略小于油墨的表面張力,印版在油墨轉移過程中起到二傳手的作用,要盡可能地轉移走而不能滯留。版面表面能略低于油墨的表面張力不會影響印版著墨,因為固體材料的表面剪切力增加會提升該處的表面能。實踐證明,版滾筒多次旋轉以后,版面的表面能提升了,用實驗的方法可以論證這一點。

                印版著墨區的油墨不慎滴落到相鄰網點間的凹陷區,若該處的表面能高于油墨表面張力,根據接觸角理論,接觸角小于90°則處于潤濕狀態,油墨在該處將潤濕并流平,必然黏附在版面上。油墨積累多了就會轉移到承印材料上形成堵版。若油墨表面張力大于版面表面能,意味著接觸角大于90°,油墨處于收縮狀態,就像玻璃上的水珠沒有黏附于其上而處于滑動狀態。這就是需要的界面匹配效果。

                油墨因各種原因滴落到相鄰網點間的凹陷區,即使已經沾染到印版網點的坡根,利用油墨表面張力與該區域印版表面能所形成的接觸角,墨滴可以不黏附在版材上。當壓印滾筒旋轉到網點坡根高于坡頂的位置,墨滴就會隨著坡度滑落至坡頂處,重新回到印版的著墨區。柔性版的這種自我清潔功能是柔印可以達到清潔轉印的根本原因。

                柔印要達到這種功能,對油墨表面張力與版材的表面能要有選擇,對制版時相鄰網點凹陷區的表面能提升要有所控制,要注意洗版液的溶解性與毛刷的作用。制版時一定要使印版的非著墨區域保持光滑細膩,不讓表面粗糙引起該區域的表面能增加。

                有一個消息很使人振奮,上一屆中國印協柔印分會石梅杯質量展評活動中有一款獲得技術創新獎的產品,已經采用了洗版工序不用毛刷的新工藝。印版非著墨的凹陷區表面光潔細膩,用固體表面張力測試儀測得的數據令人驚喜。

                油墨的表面張力可以測定,印刷企業可以請油墨供應商提供參數。印版的表面能也可以測定,版材供應商也會提供。印版非著墨的網點相鄰區域表面能需要企業自己測定。在一塊實地版的非著墨區域,用固體表面張力測試儀測定,基本就能認定印版相鄰網點凹陷區的表面能。對于溶劑型或水性制版工藝,影響版材表面能的有UV固化、洗版液對未固化樹脂的溶解以及洗版毛刷在未固化區域留下的痕跡。在實地版的非著墨區域得到的數據與相鄰網點凹陷區的數據接近,在實際測定中可以將其認定為基本相同。

                在確定界面匹配問題時,若是在薄膜上印刷,因為薄膜本身的表面張力一般控制在38達因及以上,所以選定油墨表面張力時同樣要考慮接觸角理論,即油墨在薄膜上的潤濕。

                在柔印機結構方面控制齒輪節圓,同時在制版方面控制網點相鄰凹陷區的表面能,雙管齊下,柔印堵版將不再是困擾業界的大問題,這就為柔印自動化奠定了基礎。開機即是成品的夢想將很快實現,柔印智能化未來可期。

                 

                 

                4、柔印自動化相關的技術問題

                 

                第一個問題是圖像自動監測并反饋,這在機組式柔印機上已部分實現。CCD相機既可提供對產品的質量監控,又能根據圖像中的質量檢測點判斷衛星式柔印機上各色組加熱裝置對中心壓印滾筒表面溫度的影響,從而驅動各印刷色組在絲杠上的位置調節。榮獲2020年國家科技進步二等獎的西安交大團隊在高端包裝印刷裝備關鍵技術與系列產品開發方面取得了很大成績,其電子軸全伺服控制系統已能同該領域的博世力士樂、西門子與貝加萊三大巨頭比肩。驅動領域電子控制技術的進步為柔印機的自動化改進提供了堅實基礎。當然,因中心壓印滾筒表面受熱而引起的直徑方向1米1絲1℃問題,也應該徹底解決了。

                第二個問題是承印材料不停機換卷(類似于馬汀裝置)與生產車間的自動物料運輸相結合,將倉庫領出的承印料卷直接送到印刷機旁,并適時自動上機,無需人工操作。

                第三個問題是高、中、低速印刷時顏色密度的一致性。這個問題針對封閉式刮墨刀的固有缺陷,即油墨被墨泵打入腔式刮刀后,在避免油墨隨網紋輥高速旋轉引起飛濺時出現的副作用。封閉的腔式刮墨刀是柔印使用液體油墨時的一種技術創新,可以解決高速印刷時的油墨飛濺問題。在使用溶劑型油墨時,封閉的管道連接與刮刀結構使印刷轉印單元附近的溶劑揮發較少,無組織排放的濃度較低。但是在腔式刮刀架中,油墨的輸入與輸出管道上下位置受刮刀架高度限制,無法隔得很開,兩個點的勢能相差有限。雖然輸入輸出管道嚴格遵循進管細、出管粗的原則,但管道中隨油墨進入的空氣被封閉在刮刀腔里,向網紋輥上的網穴壓迫,占據了網穴中原本應該容納油墨的位置,致使網紋輥載墨量減小,油墨轉移后的顏色密度下降。采用封閉式刮刀系統的印刷機有個特點,速度越高,墨色越淺。因此換新訂單時,額定速度為600?m/min,取樣確定墨色時的速度在350?m/min左右,若簽樣確定墨色時的速度過低,正常生產速度時顏色密度一定不夠。令人心痛的是,調機取樣都是不合格的成品,原材料損耗很大。解決措施是在刮刀架上增加排氣通道,但目前采用的技術還不穩定,增加排氣通道后,顏色密度的變化小了,有時油墨會隨著排氣口飛出,造成污染。因此須詳細計算,通過測量排氣孔徑的大小與排氣口管道的高低來確定。理想目標是30?m/min的調機速度與300?m/min的正常印刷速度之間的顏色密度,肉眼很難分辨其差異。

                第四個問題是油墨自動清洗與柔印7色方案。油墨自動清洗通過清洗程序與管道的特氟隆涂布,利用氟材料的低表面張力,使換油墨時的速度加快,殘存量減少。如采用乳液型水墨,提高噴淋壓力,將網紋輥中殘存水墨沖刷下來,這與印刷機墨路的自動清洗關系極大。比較困難的是7色方案,其著眼點并不單單在色域擴大,而是用7色方案代替專色,從而達到印刷色組免清洗。標簽柔印嘗試7色方案被兩大問題所困擾:一是7色油墨疊出的181個專色按色差⊿E≤2.0的要求,應該達到72%,而現在的7色實驗只能達到31.49%;二是用多色疊印來模擬專色,部分疊色會產生摩爾干涉。因為柔印采用7色方案是在印刷過程能像膠印一樣控制灰平衡以后,只有具有滾枕結構的柔印機才具有這種功能,所以這是一項新嘗試。但膠印并不是,膠印能控制灰平衡。因為膠印機上早就有滾枕,所以膠印高保真印刷(即膠印6色或膠印7色)的經驗與教訓是可以為柔印提供借鑒的。181個專色的合格率要達到72%,必須采用高保真油墨,用傳統4色油墨則不行,這說明7色油墨與4色油墨的色相有差異。因此用7色油墨疊印的專色合格率來評估4色油墨疊印的專色,對柔印7色實驗來說苛刻了些。多色相疊的摩爾干涉可以用調頻與調幅網點的相疊來解決,而且通過調幅網點的大小調節可以提高印版線數。只要網點直徑比較小,肉眼就不敏感。柔印7色軟件需要根據實際需求來調整。筆者曾看到柔印6色產品的紫色是紅藍相疊的。對一種新工藝來說,尚未出現一錘定音的權威,上下產業鏈商量著辦,這個問題并不難解決。

                第五個問題是自動換單,以解決人工換單帶來的一系列手工調節工作。用空閑的多余色組在不停機狀態下換新的訂單在國內印刷廠家早已有之,據說這樣的印刷車間僅配置8個人就能頂起一個工廠的產能。柔印車間目前還做不到無人化,但少人化是可行的。在不停機狀態下的調機使用機械手而不是人工,是柔印最終達到自動化的前提條件。國外的衛星式柔印生產已部分采用機械手,但目前需要機械手與人工結合。先半自動化然后自動化,這是規律。先少人化再達到無人化,這條路一定要走。(原文刊載于《印刷雜志》202302期,為國家新聞出版署智能與綠色柔版印刷重點實驗室研究成果 Supported by Key Lab of Intelligent and Green Flexographic Printing.)

                 

                2023年3月22日 00:00
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