【集萃网观察】油墨的粘性流动

    一、  概    述

    油墨的印刷适性与油墨在印刷过程中的流变行为密切相关，油墨的流变特性早巳受到普遍的重视。但油墨本身的成分、油墨在印刷过程中的受力情况非常复杂，致使油墨在印别过程中呈现复杂多样的流变状态。这给油墨流变特性的研究带来很大的困难。

    油墨在一般的情况下呈流体状态，具有粘滞性，在切力作用下做粘性流动，但在高速转移的情况下，力的作用时间非常短暂而近于冲击，油墨又会明显地表现出弹性，油墨是一种粘弹性体，粘弹性体的一个重要的特性，是必须考虑在流变行为中的时间效应。

    这里讨论油墨的粘性流动，暂且不考虑油墨的弹性效应和时间效应；主要介绍油墨的流动型式、油墨的粘度、流变方程和流变曲线等基本概念，是深入研究油墨的流变性质和印刷适性的基础。

    在“纸张的印刷适性”部分中，描述过牛顿流动，并把符合牛顿流动规律的理想化流体模型，叫作牛顿流体。牛顿流体在流动中，切应力τ和切变速率D成线性关系：

          τ = ηND                                              （1）

    式中，ηN是个不依赖于切变速率D的常数，叫作牛顿流体的粘度。关于粘度这个概念，后面要泎深入的讨论。

          ηN =τ／D                       （2）

    方程(1)中，切应力τ和切应变速率D，是描述牛顿流体流变状态的力学变量，粘度ηN 是表征牛顿流体物理性质的特性参数。一般地说，描述物体流变状态的力学变量和表征物体物理牲质的特性参数的方程，就叫作物体的流变方程。方程(1)就是牛顿流体的流变方程。

    在一般情况下，物体的流变行为要用两组方程来描述。一组就是流变方程。这组方程的建立有各种方法，另一组方程是所谓“场方程”，这组方程建立的依据是：质量守恒原理、能量守恒原理和动量守恒原理。对于牛顿流体来说，这两组方程的建立，都没有什么困难，而且在许多给定的边值条件下，求得了解。然而，印刷过程中的油墨，在大多数情况下，并不能看作是牛顿流体。这样，作为研究印刷过程中油墨流变性质的第一步，就必须弄清油墨可能表现的流动型式，并建立相应的流变方程。

    油墨通常呈流体状态。流体微团在切应力的作用下很容易变形：流体微团变形的宏观表现就是流动。从研究流体流变性质的角度看，我们关心的还不是流体切变的本身γ而是流体切变的快慢，即切变γ对时间t的变化率D，D= γˋ=dγ／dt。这是因为，对于给定的流体，在给定的切应力τ的作用下，所发生的切变速率γˋ是唯一的，而发生的切变γ却是没有限制的。事实上，流体的切变速率D，是个可测的物理量，而流体的切变γ，却是无法测量的。所以，我们可以用切应力τ和切变速率D，作构成流变方程的力学变量。如果用切变速率为横坐标，用切应力τ为纵坐标，在直角坐标系中绘制：τ—D关系曲线，这就是流体的流变曲线了。至于出现在流变方程中的物理特性参数，主要是各种形式的流体粘度。

    由切力引起的流动，叫剪切流动。实验表明，粘性液体的剪切流动，可以分为五种主要的流动型式(流型)。油墨作为粘性液体，在印刷过程中所表现的流变行为大多在这五种流型之中，下面分别予以说明。

    曲线A所表示的是牛顿型的流动，它表明：只要有切应力τ，不管它多么小，在切应力τ的作用下，液体的切变速率D便瞬即产生，并且始终与切应力τ成正比。   

    曲线B和C同曲线A一样通过原点，同样表明：只要有切应力τ，不管它多么小，在切应力τ的作用下，液体的切变速率会瞬即产生。但在切变速率产生以后，随着切应力的增加，曲线B所代表的流型的切变速率增加得越来越快，而曲线C所代表的流型的切变速率却增加得越来越慢。前者的流型叫假塑性流动，后者的流型叫胀流型流动。与此相应地，我们把符合假塑性流动规律的流体模型叫假塑性流体，而把符合胀流型流动规律的流体模型叫胀流型流体。

    曲线D代表所谓宾哈姆流体的宾哈姆流动；曲线E代表所谓塑性流体的塑性流动。这两种流型的共同特点是，当作用在流体上的切应力小于或等于某个确定的应力时，流体并不发生流动，这时切变速率为零；而当切应力大于这个确定的应力时，流体才发生流动。这个确定的应力叫流体的屈服应力或屈服值。它们的不同之处是，当流动发生后，宾哈姆流动的切变速率随切应力成比例地增加，而塑性流动的切变速率却增加得越来越快。

    假塑性流体、胀流型流体、宾哈姆流体、塑性流体通称非牛顿流体。印刷过程中的油墨，在很多情况下要看作是宾哈姆流钵，但有时要看作是胀流型流体，如雕刻凹版油墨；有时还要看作是假塑性流体，如某些凹版油墨。  

    以上五类流型，都是剪切引起的流动，流体中的所有流体微团都呈现简单剪切变形状态，这样的流动叫剪切流动。表示的是剪切流动的模型，粘性流体充塞在两个平行平板之间，一板固定，另一板在力F作用下以匀速U平移，则板间流体的运动就是剪切流动。

    还有一种流动，当流体通过截面积逐渐收缩的孔道时，流体微团在正压力作用下呈拉伸变形状态。这种流动是近年来才引起重视的拉伸流动。事实上，任何一种真实的流动，总是同时含有剪切流动和拉伸流动两种成分，纯粹的剪切流动和拉伸流动都是不存在的。有资料说，在聚合物的加工过程中，拉伸流动的阻力可能要比剪切流动的阻力大上两个数量级，并由此推断，拉伸流动的成分只要占到全部流动的1％，其作用就相当可观，甚至占支配地位。油墨在印刷过程中不断地被均匀化和转移，拉伸流动是存在的。油墨的拉伸流动是个有待进一步研究的课题。

    剪切流动和拉伸流动都没考虑流动中的弹性效应，叫作非弹性流动。非弹性流动中，出现在流变方程中的物理特性参数，是流体的粘度和屈服值，其中粘度更具有普遍的意义。

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