【集萃网观察】二、  油墨粘着性的测定

    油墨的粘着性，可以用粘着应力或粘着能密度来度量，粘着应力和粘着能密度，都要通过专门的实验来测定。

    所谓粘着应力，是指外力分离墨膜的过程中，墨膜内部单位面积上反抗墨膜破裂的力。

    最早出现的关于测定和计算液体的粘着应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是被测液体的粘度，h1和h2分别是两平行圆板间初始时刻和t时刻的距离，r是圆板的半径。试验时，被测液体放在平行圆板之间，然后逐渐拉开两圆板之间的距离。

    斯蒂芬公式仅适用于圆板缓慢拉开的情况，或者说，按斯蒂芬公式计算，得到的粘着应力σ粘是静态应力。印刷过程中要计算的粘着应力是冲击作用下的动态粘着应力，斯蒂芬公式是不适用的，仅可用来参考。

    计算油墨在冲击作用下的动态粘着力，时间是个重要的因素。墨膜所受到的作用力的持续时间与油墨本身的松弛时间之间的关系，是判断墨膜力学行为接近于粘滞性还是接近于弹性的依据。在印刷过程中，外力对墨膜的作用时间总是要比油墨的松弛时间短，甚至低一个数量级，所以，我们可以把转移过程中的油墨近似地做为弹性固体处理，这样便得到了另一个计算油墨在冲击作用下的最大粘着应力σm的公式：

    σm = 284vη3/2／εm                                 (2)

    式中：v是油墨膜的体积，η是被测油墨的粘度，εm是最大拉伸应变。实验表明，油墨的εm 常在3<εm <10的范围内。

    实际当中油墨粘着性的测定都是在油墨表上进行的。油墨表的结构和工作原理下：

    油墨表的主要部件有三个：A是个金属辊，中间是空的，可以通入循环水以调节温度，A辊绕O1轴旋转，是主动转辊，转速可以调节，B是个合成橡胶辊，绕O2轴旋转，O2轴又能在小范围内调节，所以B辊可以靠自重压在A辊上；C是个支架，O2轴装在支架的上端，支架的中部有个平衡杠杆L，支架—F部有个配重w，整个支架能绕O1轴转动。

    (a)是仪器静止时的状态；(b)是两辊间无墨，仪器空转时的情形，此时两辊的摩擦力形成了对支架的转矩，使支架转过了一个角度；(c)是在支架的杠杆上的某个位置加上一个—适当的配重P，使仪器重又回到静平衡位置的情形；(d)是两辊间装上油墨，仪器运转时的情形，此时在墨膜破裂过程中出现的粘着力形成了对支架的附加转矩，所以又使支架转过了一个角度；(e)是在杠杆上距O1轴为1长的位置上又加上一个重量Q，形成恢复力矩Ql，使仪器再次回到静平衡位置的情形。

    从以上所述油墨表的各种情形可以看出，恢复力矩Q1，是和墨膜粘着力附加转矩相平衡的，因而恢复力矩Ql的大小反映了油墨的粘着性。而且，油墨表有很好的模拟性，即油墨表的结构和工作原理和实际印刷过程很相似。所以，用油墨表测得的Q1值对于衡量油墨的粘着性有较大的参考价值。不过，在油墨表上测得的数据和墨辊的压力、表面状态、墨层的厚度、测试的温度等有很大的关系。因此，这些数据仅能作为油墨粘着性对比的依据。何况，墨膜粘着力附加转矩和油墨粘着性间的数量关系并不明确。

    因为用油墨表测得的结果仅有比较的意义，所以，仪器给出的表示油墨粘着性的数值，也只是个没有量纲的数值。使用油墨表时，测定的条件要求稳定，例如，对于胶印油墨，大多在仪器运转速度为400转／分，温度控制在30℃左右的条件下测定，测定时油墨用量常在1．32cm3左右。

    还应指出，胶印树脂油墨连结料里含有高沸点窄馏程的煤油溶剂，在墨辊高速运转下会有部分挥发，造成油墨的粘着性增加。这种粘着性的变化，可以用粘着性增值来表示。粘着性增值规定为：油墨表运转15分钟和1分钟两种情况下测得的油墨的粘着性的差值。粘着性增值越小，油墨的粘着性越稳定。粘着性增值为1左右比较理想。

    三、油墨拉丝性的测定

    测定油墨拉丝性的直观的方法是用丝头的长短来衡量油墨的拉丝性。所谓油墨丝头的长短是指从油墨被拉伸成丝起到墨丝断开止，墨丝伸展的长度。这仅仅是个粗略的，形象的描述，计算和测定都有困难。表征油墨拉丝性的物理量，叫油墨的短度Z，等于油墨的屈服值τB与塑性粘度门ηp之比：Z=τB／ηp。因为油墨的拉丝性与τB 和ηp有关，所以有人建议用Z表示油墨的拉丝性，Z越小，油墨的拉丝性越好。但是，油墨的拉丝性并不是仅仅与τB 和ηp有关，而且与τB和ηp的关系也不是这样的简单，Z也不具有长度的量纲，所以用Z来表示油墨的拉丝性还得不到普遍的承认。

    对油墨的拉丝性，实际当中普遍采用的是一种间接的测定和表示的方法。这种方法是从平行板粘度计测定油墨中得到和引伸出来的。平行板粘度计上的油墨铺展直径d和油墨铺展时间的对数logt，近似地成线性关系：

      d=Sl．logt+I                                        (3)

    习惯上，把上式叫作油墨的特征方程，把方程中的Sl和I分别叫做油墨的斜率和截距。若取t1=10，t2=100，其对应的油墨铺展直径计作d10和d100；则Sl可按下式计算：

      Sl = d100- d10                                      （4）

    即油墨的斜率等于100秒时测得的铺展直径减去10秒时测得的铺展直径。这样看来，油墨的拉丝性就可以用d100- d10来间接表示了。   

    用Sl表示油墨的拉丝性是个简便实用的近似方法，国内外印刷行业普遍采用这种方法。对于胶印油墨，如在25℃条件下测定，Sl在5—8的范围内是可用的，Sl在5—6的范围内则更好，下限不宜低于4。 

    另外，油墨的截距I可以用来表示油墨的“软硬"，截距越大，油墨越软，截距越小，油墨越硬。对于使用相同的颜料和连结料的油墨，截距还可以用来表示油墨粘度的大小，截距越大，粘度越小；截距越小，粘度越大。这种性质也容易理解，设想有两种油墨具有相同的斜率，却有不同截距，对于同一时刻t，截距大的油墨将有较大的铺展直径，因而油墨较软，油墨的粘度较小。只要测得10秒时的油墨铺展直径d10，在求得油墨的斜率Sl以后，油墨的截距可以从下式很方便地得到：

    I = d10 – Sl                                              (5)

    对于胶印油墨，一般地说，I为16~25是可用的，若在20~22之间比较理想。

    另外，对于油墨的流变特性，在印刷工艺中，还有一些常用的表示方法，油墨流动性就是一个经常用来表示油墨的某些流变特性的概念。

    油墨流动性并没有确切的定义，目前在油墨的制造和使用领域里，对油墨流动性的理解，通常包括以下三个方面的内容。

    第一个是油墨从一个容器很容易地倾注到另一个容器的性能，这就是我们平常所说的一般流体的流动性。影响油墨的这种流动性的主要因素是油墨的粘性、屈服值和触变性。对于接近牛顿流体的较为稀薄的油墨，如影写版墨、橡皮凸版墨等，流动性只用牛顿粘度ηN来表示就可以了，通常是用流动性f=l／ηN来表示。对于可以看做是塑性流体的稍稠的油墨，如印报用轮转凸版油墨等，情况比较复杂，流动性要测定几个指标一起来表示。例如，屈服值小的油墨，在粘度一定时，就比较稀薄，丝头也比较长，流动性较好，此外还与触变性有关，这样，油墨的流动性就要测定τB，ηp，油墨的斜率和油墨的触变破解系数等一起来表示。有时也用一种综合的评价方法，用一个叫做“流度”的指标来表示油墨的这种流动性。流度是这样得到的，用一个特制的铜棒蘸取油墨并搅拌一定时间，拉成墨丝后滴在一块玻璃板上，再使玻璃板垂直立起，10分钟后量取油墨沿玻璃板下流的长度，这个长度就是流度。对于较为稠厚的胶印油墨，不能用流度表示它们的流动性，必须分别测定几个指标。

    第二个是油墨在容器内或者在涂层上使墨膜表面流平的性能，通常叫油墨的流平性。流平现象是在油墨自身的重力和分子作用力的作用下发生的现象，是油墨在低切应力和低切变速率下发生的流变特性。所以，油墨的流平性是一种特定条件下的流动性。流平性不佳的油墨可能使印品表面出现波纹或呈桔皮状，流平性过分的油墨又可能在印刷过程中不时产生流挂现象，即涂好的墨层在干燥之前只要不是水平放置便会不住地向某个方向流动，流挂现象会使印品上留下流动的痕迹或者造成墨层的厚薄不匀。如果油墨近于牛频流体，在低粘度范围，油墨的流平性总是好的，但有时会发生流挂现象。如果油墨近于塑性流体，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动，所以流平性总不理想。如果油墨具有触变性，在发生触变现象后的短时间内(一般是指300秒内)，如果不是很快地回到原来的状态。那么油墨是可以流平的，也不致发生流挂现象。

    第三个是油墨在印刷机墨斗里能不断下墨的性能。流动性好的油墨，在墨辊稍许转动一点的时候，墨斗中的油墨整个地转—动，流动性差些的油墨，在同样的情况下，就只有靠近墨辊附近的油墨转动，流动性太差的油墨，墨辊和油墨就像分开的一样，不能顺利下墨。出现不下墨的现象与油墨的粘度，屈服值、触变性、丝头长短有关，从经验说，油墨的粘度小，屈服值大、触变性大、丝头短都是导致不下墨的原因，其中又以触变性更显重要。下墨容易的油墨的触变指数在1．6左右，如果触变指数．超过3．2，油墨使用中，下墨便有困难了。显然，如果油墨的流平性好，就容易下墨。因为油墨在墨斗和墨辊间流动的情形和油墨发生流平时的流动条件是很相似的。

    用油墨的流动性描述油墨的流变特性，与用油墨的粘度，屈服值、触变性、丝头长度等描述油墨的流变特性，在本质上是相同的，不过有时会更方便些。

    与流动性有关的还有两个实用的指标，一个叫“流动度”，另一个叫“流动”，都是习惯上的叫法。在两块重量为50g，直径为67—70mm的圆形玻璃板间放入0．1cm3的油墨，在上面加上一个200g重的砝码，放入恒温35℃的恒温箱中，经15分钟后取去砝码，量油墨的扩展直径，这个直径就是“流动度”。在平行板粘度计上测出一分钟时油墨的扩展直径，这个直径就是“流动”。

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