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蔡成基:凹印質量問題的產(chǎn)生原因(下)

2008/10/13 23:12:48 人評論

  糊版

    從理論上說,刮刀將網(wǎng)墻上的油墨刮去以后,網(wǎng)墻上應該是干干凈凈的,不應該有油墨。但產(chǎn)生糊版的時候,刮刀其實并沒有將油墨刮凈,由于刮刀角度的關系,網(wǎng)墻上殘留了一層薄薄的油墨(薄到用肉眼很難分辨),轉印到印刷基材上造成糊版。印刷透明薄膜時,這種原因造成的糊版在單張印品上是很難發(fā)現(xiàn)的,但印刷成卷,許多透明印品疊在一起,就會顯現(xiàn)出沒有刮凈的墨色,在收卷好的成品卷兩側可以很明顯地觀測到透明薄膜被染色。更嚴重的糊版故障,油墨在圖文四周滲透開來,這是油墨黏度過低和刮刀角度沒調整好造成的,不僅僅是操作者技術問題,更是責任心問題。

    凹印糊版的造成,其實同凹印工藝比較粗放有關。傳統(tǒng)的凹印工藝控制,一般是要求油墨黏度和刮刀角度控制在某個范圍內,而不是具體的數(shù)值,生產(chǎn)時主要由一線員工自行掌握,印得好壞,損耗高低,全在一線機長。所以印刷企業(yè)推崇的是機長的一把刀,把所有的希望全寄托在機長的經(jīng)驗和責任心上。雖然培訓年年搞,經(jīng)驗年年學,然而損耗率不見明顯減少,成品率始終提不上去。

    控制凹印糊版,要注意不要一種傾向掩蓋另一種傾向,即拼命加大刮刀壓力,把刀片的角度調得更陡。若采用這種矯枉過正的辦法,除了加速版輥的磨損外于事無補,要知道版輥的角度總是在正向范圍內,不可能像柔印那樣采用反向刮刀的。刮干凈網(wǎng)墻上的油墨,版輥表面的光潔度也是一個重要問題,刮刀的角度和壓力只有與版輥的光潔度相配合,才會有實際的意義。

    油墨“白化”

    油墨“白化”主要是指溶劑中含有水分,印在薄膜上失去光澤,嚴重時色相也會有些變化。其實從材料供應方面分析,溶劑中含有水分的概率倒不是很高,絕對不含水分是不可能的,所有溶劑的純度總有一定的百分比。印刷過程中使用的溶劑,對水分總有一個寬容度,不必斤斤計較。

    油墨白化的產(chǎn)生往往同使用過程中油墨吸收環(huán)境中大量的水分有關。筆者曾看到一家企業(yè)在梅雨季節(jié)用新墨印刷,剛開始的2個小時內印品色相沒有變化,但2小時后,由于油墨中所用的乙醇吸收了空氣中的水分,油墨逐漸分層,印品失去了光澤,要更換新墨才能恢復正常。凹印在使用醇溶性油墨時對環(huán)境會有一些特殊要求,如周圍環(huán)境的濕度不能太高,否則乙醇會從環(huán)境中吸收水分,因此要車間安裝恒溫恒濕裝置,溫度控制在25℃左右,濕度不超過70%,以避免油墨白化。

    對于水分造成的白化,筆者主張從溶劑進行調整,在周圍濕度較高的時候,用一些吸水性小的醇類溶劑來取代乙醇。當然,用空調制冷抽濕來改善車間環(huán)境也是一個辦法,不過筆者不主張,從成本上計算,實在是太浪費了。

    油墨“白化”的另一種原因是凹印生產(chǎn)過程中溶劑的綜合平衡被破壞。

    混合溶劑中快干劑和慢干劑的揮發(fā)速度不等,造成快干劑失逸,慢干劑滯留。若快干劑是油墨的真溶劑,而慢干劑僅僅是調節(jié)油墨干燥速度的假溶劑時,油墨的溶解性變差,印刷適性變壞,印品失去光澤。

    在傳統(tǒng)的凹印工藝中,很少有人去研究溶劑的綜合平衡。在溶劑綜合平衡圖中,橫軸表示該溶劑在油墨混合溶劑中的百分比,縱軸則表示在揮發(fā)時揮發(fā)氣體中該溶劑的百分比,若圖中為一根一定斜率的直線,說明溶劑平衡是穩(wěn)定的,但許多混合溶劑呈現(xiàn)的一般都是較大曲率的非直線,甚至兩段反方向的曲線,說明在混合溶劑中快干劑和慢干劑的比例跟揮發(fā)氣體中快干劑和慢干劑的比例是失衡的。

若我們簡單地按照油墨中混合溶劑配比的同一比例來補償揮發(fā)溶劑的損失,必然會造成快干劑和慢干劑比例的失衡。溶劑綜合平衡的破壞會造成油墨印刷適性的改變,會影響到印品的光澤甚至顏色密度。

    背黏和溶劑殘留

    凹印產(chǎn)品,尤其是凹印薄膜產(chǎn)品,由于干燥系統(tǒng)故障,印品沒有干透,往往容易背黏,即油墨表面干了,但收卷后,由于膜卷張力的存在和薄膜的收縮,對膜卷內的油墨層會產(chǎn)生一個較大的正壓力,這個壓力會使里層薄膜的背面黏上外層薄膜上印刷的油墨,使印品臟污,造成質量損失。

    分析背黏故障的原因,首先要檢查油墨的質量,即樹脂連結料的質量。常用的方法是Blocking測試:用刮棒在PE膜上制得印樣,2分鐘后將印跡相對折疊,夾在兩片20mm×20mm薄玻璃片中間,上加300~500g/cm2壓力,恒溫60℃,歷時24小時,檢查印跡是否黏連,以不黏連為合格。

    印刷基材中的低分子物(如滑爽劑、抗靜電劑等)析出,也會使油墨對基材的附著力下降,產(chǎn)生背黏,甚至墨層脫落現(xiàn)象。常用測定薄膜表面張力的方法進行判定,并決定相應的解決措施。

    絕大部分背黏故障的原因在于印品沒干透,即溶劑殘留量偏高。雖然用手輕觸印品墨層并不黏手,但收卷后在一定壓力下,油墨中殘存的溶劑使墨層軟化,造成背黏。干燥不徹底造成背黏,這是從表面上就能看到的,但背黏的更大危害在于印品中的溶劑殘留會對內裝的食品產(chǎn)生污染。這是因為凹印所使用的溶劑型油墨,雖然通過干燥能揮發(fā)掉絕大部分溶劑,但殘留溶劑會隨著時間的延長遷移到包裝的內容物上,對食品造成污染。近來,我國政府和有關部門十分關注食品包裝的安全性,并已啟動QS認證,嚴格控制食品包裝的溶劑殘留量。

    印品油墨干燥不徹底一般有以下幾方面原因:

    (1)版輥網(wǎng)穴較深,有時候會達到60μm,上墨量大,干燥會有困難。

    (2)為保證高光小網(wǎng)點的順利轉印,凹印生產(chǎn)中必須要向油墨中添加慢干劑。

    (3)混合溶劑的綜合平衡不易掌握,造成慢干劑大量滯留于油墨中。

    (4)某些里印工藝的最后一色印刷白墨,然后就收卷,干燥和收卷單元的距離過短,干燥困難。而且用白墨鋪底時要求墨層的遮蓋力要高,一般來說其上墨量是所有顏色中最大的。

    (5)薄膜印刷時,干燥裝置的溫度不能過高,烘道不能過長,否則薄膜會發(fā)生拉伸變形,影響到套印精度與印品長度。常用的方法是采用低溫、大風量,在干燥工藝上采用揮發(fā),舍棄了蒸發(fā)。

    (6)溶劑揮發(fā)對大氣條件有依賴性,當環(huán)境氣壓較低時,用機械式的排風裝置就很難有效控制干燥效能。

    (7)印品表面的墨層同大氣的接觸表面有一個分界層(國外稱為Boundary layer,國內有人譯為鏡膜),這是一層包含熱量、空氣和溶劑蒸汽的混合物。油墨干燥時在熱量的作用下,油墨中的液態(tài)溶劑會蒸發(fā)并移動至分界層,若分界層中無溶劑,溶劑蒸汽將很容易轉移到大氣中。但隨著分界層中溶劑蒸汽濃度的不斷增加,蒸發(fā)比率將減小,當分界層中的溶劑蒸汽趨于飽和時,蒸發(fā)過程將停止。

傳統(tǒng)的凹印干燥工藝沒有重視分界層的存在,忽視了蒸發(fā)在干燥中的作用,雖然對烘道的曲線做了一些改進,減小了風阻,提高了風量,但由于這層不隨空氣流動的分界層的存在,將油墨中一些未揮發(fā)的殘留溶劑包裹在其中。

    目前凹印在解決干燥問題上常用的方法是:①在油墨中加入快干溶劑;②降低印刷速度,以延長印品在烘道中的干燥時間;③改進凹印機的烘道曲線,減小風阻,加大風量,甚至加長烘道,提高干燥效果。

    由于凹印行業(yè)以前對干燥問題并不是很重視,所以對干燥過程的一些理論問題沒有充分的準備,例如對分界層的認識。不少凹印機上的干燥裝置將含有溶劑蒸汽的熱風第二次回用,直接返回烘道,稱為熱風循環(huán),殊不知正是這種含有大量溶劑成分的熱空氣抑制了溶劑的蒸發(fā)。因此對于國家在溶劑殘留方面提出的新的控制參數(shù),凹印工藝還無法在各種氣候條件下都能絕對控制,在關系人們健康的食品和藥品包裝印刷方面,這將是一把高懸于其上的達摩克利斯劍。

    他山之石 可以攻玉

    凹印產(chǎn)品在以上9個方面存在著質量風險,當然還不包括由于油墨的質量和使用問題等供應鏈上的諸多問題引發(fā)的產(chǎn)品質量故障,也不包括由于現(xiàn)場管理出錯而造成的質量損失。由于工藝的原因,凹印的質量損耗有著必然性。在所有的印刷工藝中,凹印工藝的紙路是最長的,因此在裝版、換卷的損耗中凹印也是最大的,因此凹印在進一步提高成品率方面存在著瓶頸。凹印普及很快,深入很難,大多數(shù)凹印企業(yè)都擠在同一個平臺,紅海搏殺,價格戰(zhàn)在所難免。

    凹印該怎么辦?要解決凹印工藝中存在的缺陷,筆者有以下幾點看法與大家交流。

    (1)凹印界的有識之士有必要認真研究凹印工藝,解決一些懸而未決的理論問題。如凹印的轉印原理,一些理論說是印刷基材的毛細管吸附,那么它同版輥網(wǎng)穴、膠輥硬度、壓印時的壓力有什么聯(lián)系?凹印機制造工藝中對壓印膠輥的壓力是有具體參數(shù)要求的,但這是因為傳動方面的要求還是轉印方面的要求?這些問題不搞清楚,僅靠靜電吸墨裝置是不行的。靜電吸墨對印刷基材在壓印以后的靜電釋放性能有很高的要求,否則印刷中靜電的積累會產(chǎn)生極大的危害。又比如產(chǎn)生刀絲的原因,真有“活性粒子假設”嗎?如果有,為什么使用同一油墨的柔印卻沒有呢?凹印有必要總結一下自己的實踐,并上升到理論。在國內已有了幾十年歷史的輪轉凹印,在印刷高校中至今仍無法像膠印一樣形成專業(yè),而只能開辦講座,這同我們這些搞了凹印幾十年的人但在一些凹印的基本理論方面仍然缺失,顯然不無關系。

    (2)要解決版輥的淺版化。實踐證明,目前大量使用的電子雕刻凹版有其不足之處,所以激光雕刻凹版才有了用武之地。但是淺版問題,至今還沒有成效。凹印有不少印刷弊病與版輥的網(wǎng)穴深度有關,與電子雕刻凹版網(wǎng)穴深度同網(wǎng)點面積成正比有關。凹版的加網(wǎng)角度同膠印與柔印是不同的,它的黑版和黃版可以采用同一個網(wǎng)線角度,可以在同一圖案中采用不同的加網(wǎng)線數(shù),這種特點雖然有其他印刷方式無法比擬的長處,但也有其局限性。凹版淺版化會牽涉到網(wǎng)穴形狀、網(wǎng)線角度、加網(wǎng)線數(shù)等一系列問題,估計其難度不小。凹印制版從碳素紙腐蝕制版、布美蘭制版發(fā)展到今天的電子雕刻制版,激光雕刻制版,是一個進步,但也舍棄了凹印不少有用的東西,使自己進一步提高成品率走到了瓶頸。凹印不解決淺版化問題,許多工藝弊病就無法克服,當前正在興起的水性油墨凹印工藝將無法完善。

  (3)封閉式上墨系統(tǒng)。柔印的封閉式腔式刮刀,簡單地照搬到凹印機上顯然是不行的,這已為實踐所證明。但敞開式上墨單元容易產(chǎn)生刀絲、墨點、印刷區(qū)域的污染等問題,且溶劑的大量揮發(fā)不僅增加了生產(chǎn)成本,對生產(chǎn)環(huán)境和操作人員的健康也構成了威脅。凹印應該研究刮刀的正反向角度與其墨路合理的長短,來解決這一系列問題。

    (4)對印刷基材伸縮變形的套準控制。凹印目前的伺服控制革除了長軸和齒輪箱

    用伺服電機直接驅動。對于印刷基材的伸縮變形,應該盡快建立數(shù)學模型,并結合伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)反饋。只有將印刷基材的變形問題考慮進去的反饋方案,才是可靠的。

    (5)能夠有效更新油墨干燥過程中分界層的烘干系統(tǒng)。對現(xiàn)有凹印機烘干系統(tǒng)的改良不能解決根本問題,減小風阻可以略微加大風量,但流體力學的有關定律表明,進出風量最終是平衡的,實踐也已證明,提高的效能不是很明顯。美國PCMC公司的專利技術采用一定壓力的加溫的壓縮空氣進行干燥,能不斷更新分界層,用高速氣流來沖擊印刷基材,提高溶劑的蒸發(fā)效率,以提高傳熱的最大化,流速越高,熱量傳輸越多,能完全克服分界層的負面作用。這些已經(jīng)在柔印上取得的經(jīng)驗,應該可以給凹印一定的幫助。

    凹印的紅海搏殺迫使我們回過頭來審視凹印工藝的不足。實踐表明,凹印的質量損耗是同目前采用的工藝密切相關的。凹印多年來一直在自身的范圍內尋找解決辦法,然而收效甚微。他山之石,可以攻玉,如果我們從其他相關工藝方面找一下自己的不足,是不是可能會得到一些新的啟示?柔印工藝的特點就涵蓋了膠印的色彩復制理論和凹印的張力控制理論,近年來得到了很大的發(fā)展,除了在環(huán)保方面柔印有得天獨厚的優(yōu)勢外,柔印的高成品率更是促進其逐步發(fā)展的重要原因之一。當然在包裝印刷方面,柔印不可能完全取代凹印,但柔印可以在一定范圍內對凹印起到推動和補充作用。檢視凹印工藝的不足,尋找解決問題的方案,以減少損耗和提高成品率,是我們當前急迫地想要做到的,但我們無法像開藥方那樣列出一長串解決辦法,這不是我們的目的,而且也無法準確地做到。解決凹印產(chǎn)品的質量問題,只能是具體問題具體分析。我們唯一能做的,就是找出產(chǎn)生凹印質量問題的真正原因,只要找到了真正原因,離解決問題也就不遠了。

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