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印刷油墨的流动性及其测定方法

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印刷油墨的流动性及其测定方法

印刷油墨的流动性及其测定方法印刷油墨的流动性及其测定方法 先从油墨的流动性来考虑.印刷油墨是将颜料和其它填充料的固体粒子 分散于液状的连结料中制成的,呈现着复杂流动性的浓分散体系.而且,近年来 以树脂溶于溶剂的液体作为连结料来代替沿用已久的干性油, 而由于连结料本身 已经呈现复杂的流动性,所以更加棘手.概括说来,它们表现出非牛顿流动而显 示假塑性.即增加切变速度,则表观粘度变小.然而,不同的印版方式,大体上 以通常方法所测粘度值来规定。 印刷已是被高度机械化了的技术,所以印刷油墨的质量也需要很好地控制, 从这个意义上, 也可以说,对印刷油墨流变学的研究是分散体系中最有进展的内 容之一. 测定印刷油墨的流动性, 主要是用旋转型粘度计和平行板压缩粘度计. 前 者尤适于非牛顿流动、触变性的研究,后者用于塑性流动的研究.毛细管型和落 球型的粘度计与这些相比,在原理上因流动状况复杂,所以对于象印刷油墨这种 表现复杂流动性的材料的研究是不适用的. 旋转粘度计最普遍使用的是共轴双层圆筒型, 以一定速度旋转外筒测定 作用于内筒的转矩的 Couette 型粘度计. 其中尤以 Green 的粘度计最有名. 此外, 简便的测定,常用Brookfield 型的粘度计。这是以一定的角速度旋转内筒,借助 装在旋转轴上的弹簧,测定作用于内筒的转矩.Fischer 使用了靠滑轮和重锤给 内筒施加一定的转矩,以测定内筒所示的旋转速度的Stormer 型粘度计。这种粘 度计特别适于旋转速度小的情况.不管使用哪一种类型,用共轴双层圆筒型粘度 计所得的表观切变速度 D 和切变应力 T 的关系如下式 D 2Q / 1-(R1/ R2)21 T M/2 π R12h2 式中 Q 是内筒、外筒的相对角速度,M 是旋转的转矩,R1、R2是内筒、 外筒的半径,h 是液层的高度内筒浸于液中的深度.表观粘度 N 由下式求得 N = T/D 3 象印刷油墨那样的非牛顿性物质, 不只是测定表观粘度,还可用实际测 出的 Q 和 M,根据式1、 2来计算 T、D,然后从表示这些关系的D 叫曲线上 作图上微分,以求得真实的粘度.但是,平常表示非牛顿性,用表观粘度就足够 了. 最近被重视的旋转粘度计, 是由装在同轴上的圆锥和平板构成的类型.这种 类型的粘度计的特点是试样用得很少, 试样中的切变速度的分布比较均匀. 这时, 若圆锥和平板之间的角 φ 小时,切变速度 D 和切变应力 T 可用下式表示 D Q / φ 4 T 3M/2 π R35 可以认为在物质内是一定的.式中 Q 是圆锥和圆板的相对角速度,M 是旋 转的转矩,R 是圆板的半径。表观粘度仍可由式3求出. 旋转粘度计给予试样以种种的切变速度, 适用于弄清表观粘度的切变速 度依赖性,即非牛顿性.此外,使试样继续流动,可以立刻测得粘度的时间依赖 性.总之,可用于研究触变性.可是,经长时间的连续流动,在试样中会积蓄因 粘性即内部摩擦而发生的热,使试样的温度上升.在多数情况下,粘度因温度 的上升而发生显著的变化虽然可以校正某种程度的温度上升的效应,尽量注意 要少使温度上升. 象油墨这种浓分散体系,在粘度计中,与试样接触的金属面上,从颜料 分离出来的连结料形成润滑层,以高的切变速度表示滑动的效应,也有补偿这个 效应的尝试. 如能做到的话, 在金属面划以槽沟以增加摩擦尽量使之不产生滑动. 平行板压缩型粘度计是将高 h、 半径 a 的圆筒形试料夹于两块金属或玻 璃圆板之间,当在上面的圆板上施加了一定的载荷 F 时,测定两块圆板的间隔 减小下来的速度-dh/dt 或试样半径的增加速度da/dt;以求表观粘度. 这时,表观的切变速度 D 和切变应力 T,近似地可用下式表示 D3V/π2/1-dh/dt/h2/56π/Va2da/dt6 T2Fπ/V3 2/1h2/52FV/π21/a57 因此,表观粘度为 NT/D2πF/3V2h5/-dh/dt FV2/3π3*1/〔a7da/dt 〕8 式中假定试样的体积 Vπa2h 一定. 将式8积分,得 1/h4-1/h048πF/3NV2 9 和a8-a088V2F/3Nπ3 t 10 式中丸 h0、a0分别是时间 t0 时的试样圆筒的高度和半径.利用这个式子, 求出 h 或 a 的时间变化,就能算出表观粘度 N。但是,要导出6、7式子,用 了相当的近似处理,之所以用这个方法来求表观粘度,从原理上说,和使用旋转 粘度计一样,不能算是严密的.由式6、7可知,用这种类型的粘度计时,切 变速度 D 和切变应力 T 随时间而逐渐发生变化。因此,替换 F,测量-dh/dt 和 da/dt,则可求得 D 和 T 的关系,但必须选择 h 或 a 进行比较.所以,也不 能说是探讨非牛顿性的很适当的方法。但是,这个装置适于如下所述的塑性的研 究。 1 1、塑性流动、塑性流动 使用这些粘度计, 对多数的油墨所求得的切变速度 D 和切变应力 T 的关系, 一般属于非牛顿流动的一种类型,称做假塑性流动.这时,由式3求出的表观 粘度,当 D或 T大时就变小.有一种印刷油墨理想化,这种类型的流动被称为 Bingham 塑性流动。 一般,塑性流动的特征是,在于切变应力T 不超过 f 值,并不开始流动.而 Bingham 流动则是流动一旦开始,T 和 D 之间就变成下式关系。 T-f / NP1T≥f D {(11) 0T f 式中 f 是屈服值,NP1称为塑性粘度。这时的粘度也可由式(3)得出,所以 (11)变成 NP1 f / DT≥f N {(12) ∞T 2πR22hf即 T f/R22/R12时, 全体开始流动.这时就变成 D1/NP1{T 一 2f/1 一 R12/R22。1nR2/R1}14 D 和 T 成直线关系.称式14为 Reiner-Riwlin 公式. 如上所述,若使用旋转圆筒型粘度计,则在 D-T 曲线上 T 大的地方变 成直线,将此外推到 T 轴上,从截距的值很容易求出 f.还有,直线部分的斜率, 从式14上可以看出,表示塑性粘度 NP1。 至于用圆锥平板型的旋转粘度计,其切变应力 T 达到,时,D 立刻以直 线性增加,其斜率即表示了 NP1,所以这是最简单的方法. 2、 触变性 借助旋转粘度计绘制 D-T 曲线时,将 D 以一定的加速度使之自 0 直线 地上升,在达到某最大切变速度Dm处使之降下,连续测定其间的 Y,则对于 表现有触变性的物质,即,使 D 上升的时候和下降时,DT 曲线的位置错开, 在其间产生滞后回线.可以认为,这个回线的大小表示该物质的触变性的大小. Green 在一定的时间间隔下,通过分段地提高或降低,提出由所得滞后曲线 来评价触变性的方法.依这种方法求得的滞后曲线大致为直线。Green 认为此直 线表示与最大切变速度 Dm 相对应的物质状态, 所求得的塑性粘度 NP1和屈服值 f 表现了物质状态

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