凹版印刷机工作原理与应用解析

第一章概论

凹版印刷作为印刷工艺的一种，以其印制品墨层厚实，颜色鲜艳、饱和度高、印版耐印率高、印品质量稳定、印刷速度快等优点在印刷包装及图文出版领域内占据极其重要的地位。

1.1 凹版印刷原理及特点

1.1.1 凹版印刷的原理

凹版印刷从其名称上就可以得知：它的文字图像是凹入版面的。也就是说凹版的空白部分都在同一平面上(版面)，而图文部分位于空白部分之下，并以不同深度凹入版面来表现原稿图像的浓谈层次。这样的印版称之为凹版。用凹版复制图像的印刷称为凹版印刷。

原稿上的暗调层次在凹版上相应的印刷部分，其低凹的深度大；反之，原稿上最明亮的层次在凹版上相应印刷的部分，其低凹的深度就浅。因此，凹版的印刷部分是根据其凹下去的深浅程度所含的油墨的不同来表现印刷图像的深浅层次。

1.1.2 凹版印刷的特点

凹版印刷与凸版、平版相比较，凹版保存并传递油墨的载体是网穴。由于网穴的油墨容积可以各不相同，所以传递的油墨量也就各异，因此，凹版印刷的印品与平、凸、丝网印刷相比，具有墨层厚实、色彩鲜艳、层次清晰丰富和真实感强等特点。

（1）墨层厚实。一般来说，印刷的油墨层厚度乎印约2ym，凸印约7严m，而凹印可达9—20Pm，仅次于丝网印刷，墨层的厚实可产生许多特殊效果，如立体感强，能在大幅面的粗质纸、塑料薄膜和金属箔上印刷的优点。

（2）墨层干燥快，不需要喷粉，可以进入下一工序。

（3）凹版印刷属于干式叠印，无润版液干扰，图像质量和纸张尺寸比较稳定。

（4）承印材料适应广。

（5）耐印率高，适合大批量印刷。

目前，凹版印刷的印品主要有以下几类：

纸包装，如烟盒、酒盒、酒标、香皂盒、药盒等等。

塑料软包装，如食品包装、化妆品、医药包装、种子包装、工业品包装等。

有价证券印刷，如钞票、邮票等。

第二章凹版印刷的分类

按承印物形状，凹版印刷可分为单张印刷和卷筒印刷。按制版的方式不同，凹版又可分为腐蚀凹版和雕刻凹版两大类。腐蚀凹版又包括照相凹版和照相加网凹版。雕刻凹版包括电子雕刻凹版、激光雕刻凹版、机械雕刻凹版和手工雕刻凹版。

2.1 雕刻凹版

雕刻凹版是用刻刀直接在印版滚筒的表面刻出与原稿图文相对应凹版印刷凹版印刷的凹坑，按刻刀的控制方法可分为手工雕刻凹版，机械雕刻凹版及电子雕刻凹版。

2.1.1 手工雕刻凹版

手工雕刻凹版是技术人员用刻刀在印版滚筒的表面按照原稿图文进行手工雕刻制成的，印版材料可用铜板或钢板。手工劳动繁重，制版费用大，周期长。但是手工雕刻的凹版线条清晰，印刷品层次感强，难以伪造。大多用于制作有价证券及高质量艺术品的印刷凹版。

2.1.2 机械雕刻凹版

机械雕刻凹版是用机械控制刻刀在印版滚筒的表面进行雕刻制作的，它减轻了手工雕刻的繁重劳作，制版速度快，周期较短，制版费用也较低。主要用于制作有价证券的印刷凹版。

由于手工和机械雕刻制版的费用较高，制版周期长，所以使用范围受到限制。但事物都是一分为二的，就防伪包装来说，手工雕刻凹版也许就是最好的制版方法。因

为秘诀防伪是防伪包装的一个主要方法，技术人员在手工刻制凹版的过程中可以采用各种方法雕刻出一些暗记，这些手工雕刻凹版上的暗记不易被发现，在印刷品上就更难被分辨，这就形成了秘诀防伪。

2.1.3 电子雕刻凹版

这种版是由电子控制装置控制刻刀在印版滚筒表面进行雕刻的。利用电子雕刻机，按照光电原理，控制雕刻刀，在滚筒表面雕刻出网穴，其面积和深度同时发生变化。

2.2 腐蚀凹版

腐蚀凹版是按照原稿图文用化学腐蚀的方法在印版滚筒的表面蚀刻出一个个墨坑制成的。根据原稿图文转换方法的不同，可将腐蚀凹版分为蚀刻凹版，照相凹版，网点凹版。

蚀刻凹版是用雕刻与腐蚀相结合的制版方法制成的。即先用手工雕刻出原稿图文的形状，再用腐蚀的方法制出凹版。

照相凹版应用比较广泛，是凹印中应用最多的印版，主要用于印刷画版等。

网点凹版主要用于包装装潢印刷及建材印刷等。

第三章凹版印刷材料

3.1 凹印纸张

根据印刷方法不同，纸张具有特定的性能。例如，印刷报刊的新闻纸和印刷书籍的凸版印刷纸，吸墨性好和不透印；用于套色彩印的胶印新闻纸，则有高的吸水变形伸缩率；用于凹版印刷的证券纸，其纸面细腻，印出的线条清晰逼真。

凹版印刷纸供印刷钞票、债券和各种证件等用的纸。纸质强韧，耐磨耐折，具有高的耐久性。并带有水印，以适于印刷各种高级制品。原料用漂白化学木浆或漂白新破布浆，也可掺用部分棉麻浆，经长纤维游离状打浆，一般不加填料，用长网造纸机抄造。也有的在造纸机上用淀粉或明胶进行表面施胶，以进一步提高纸的外观。3.2 塑料薄膜

用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的薄膜，用于包装,以及用作覆膜层。塑料包装及塑料包装产品在市场上所占的份额越来越大，特别是复合塑料软包装，已经广泛地应用于食品、医药、化工等领域，其中又以食品包装所占比例最大，比如饮料包装、速冻食品包装、蒸煮食品包装、快餐食品包装等，这些

产品都给人们生活带来了极大的便利。

3.2.1 塑料薄膜的表面特性

1.表面张力低

一般说来，塑料的表面张力比较低，如PE的临界表面张力只有31mN／m，PP只有29mN／m，表1为几种常见塑料的临界表面张力值。

2.溶解度参数小

塑料的溶解度参数比溶剂要小，如PE的值只有16．1(J／mI)，而一般印刷油墨的溶剂的溶解度参数为16．3。24．5(J／m1)，印刷时一般要求二者的差值小于3(J ／m1)。而且塑料的溶解度参数大小与其透气性有关，一般两者的溶解度参数相近时，其透气性就大。

3.结晶度高

塑料分子的结晶度高，化学性能稳定，难以被溶剂溶胀或溶解，因此，油墨中的高分子聚合链很难与塑料分子相互扩散或编结形成粘附力。

4.表面平滑度高

塑料薄膜的表面平滑度较高，但是这种光滑的表面不利于油墨在上面进行附着，这是因为其比表面积较小，且不能形成机械咬合力。

6.易形成静电

由于塑料分子既不能电离，也不能传递自由电子，摩擦产生的电荷难以消失，其结果是使塑料表面带上静电。

3.2.2 塑料薄膜的表面处理

塑料薄膜表面处理的方法有：电晕处理法、化学处理法、机械打毛法、涂层法等，其中最常采用的是电晕处理法。

1.电晕处理法

电晕处理法的基本原理是：通过在金属电极与电晕处理辊（一般为耐高温、耐臭氧、高绝缘的硅橡胶辊）之间施加高频、高压电源，使之产生放电，於是使空气电离并形成大量臭氧。同时，高能量电火花冲击薄膜表面。在它们的共同作用下，使塑料

薄膜表面产生活化、表面能增加。

电晕处理塑料薄膜表面湿张力的大小与施加於电极上的电压高低、电极与电晕处理辊之间的距离等因素有关。当然，电晕处理应当适度，并非电晕处理强度越高越好。值得注意的是塑料薄膜与电晕处理辊之间应避免夹入空气，否则有可能使薄膜的反面也被电晕处理了。

电晕放电的优点如下：

(1)处理材料的范围广，可用于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙聚酰胺、聚酯类塑料，以及各种相应的共聚物；

(2)处理时间短，速度快，可在生产线上进行处理；

(3)操作简单，易于控制；

(4)电晕处理只涉及塑料表面极浅的范围；

量级，基本不影响塑料的机械性能；

(5)无废液排放，基本不污染环境。电晕处理广泛用于薄膜印刷、涂布和复合前的表面处理及厚度小于0．6mm片材的表面处理。

2.火焰处理法

火焰法的机理；在火焰的氧化焰作用下，塑料薄膜表层分子被氧化或分解，生成经基、碳基等含氧极性基团和不饱和双键；分子链的断裂、分解，改变了塑料表面的微观几何形状．增加了表面粗糙度；高温火焰还能烧掉塑料表面的油脂、污垢等，从而消除表面的薄弱界面层。

火焰法的优点：

(I)处理时间短、速度快，可在线进行；

(2)处理效果好，并且处理后效果稳定；

(3)对设备要求不高，可自制，易上马；

(4)无毒，不污染环境；

(5)适用范围广，可用于PE、PP、PET等多种塑料的表面处理。

3.3 复合材料

复合包装材料是两种或两种以上的单一材料经过一定的加工使之复合在一起，在性能上取长补短，具有其他材料所没有的性能的包装材料。复合材料一般由纸、塑料薄膜、铝箔等复合而成。可以分为保护层(印后6层)、隔绝层、内保护层三层组成，层与层之间大多数用适当的粘合剂核接而成，有的采用热熔涂布等方法生产。

第四章凹版印刷工艺

4.1 凹版印刷油墨的转移

凹版印刷机采用短墨路翰墨系统，将低粘度的油墨输送到印版的网穴之中。输墨系统的结构、调节与油墨的性能是保证凹印油墨正常传输的前提。

4.1.1 影响凹版印刷油墨的因素

在凹版印刷中，图像层次的变化主要取决于墨层厚度的变化，而墨层厚度不像其他印刷方式那样可以在印刷中调节，主要取决于网穴的体积和传墨率的大小。

1.网血形状与油墨的传递

凹版网穴的形状因制版方法不同而有所差别．电子雕刻凹版的网穴形状为倒锥形，腐蚀版的网穴形状为盆形。同样深度，锥体状网穴的容思量低于盆形网穴。但是，雕刻的网穴表面光滑，没有死角，在印刷过程中实际传递油墨性能较好。据测算，雕刻网穴传墨串达80％，而腐蚀的网穴传墨率仅有50％，网穴的边角对传墨有阻碍作用．这种现象称为“边角效应”。

2.油墨黏度

随着油墨强度的增加，油墨的转移率有所下降，这一点在开口小、深度深的网穴中特别明显。

3.印刷速度与印刷压力

增加印刷压力，在一定范围内油墨的转移率会增加，但超过此范围，转移率反而会减少。印刷速度增加则承印物与油墨接触的时间缩小了，所以油墨的转移率有所减少。

4.2 印刷压力

在印刷过程中压印体之间相互作用的力称印刷压力，凹印与乎印、凸印一样，必须借助印刷压力才有可能将印版表面上的图文转移到承印物上。印刷压力不仅是实现印刷过程的根本保证，而且在很大程度上决定了印刷的质量。

第五章凹版印刷品质量检测

凹印版的图文部分低于版面，它以不同的深度凹入印版来表现原稿图像的不同层次，空白部分处于同一版面上。印刷时，先将油墨填涂于印版上，然后用刮墨刀把印版表面的油墨刮掉，再通过压力的作用，使存留在印版凹陷部分(即图文部分)的油墨与纸(或其它承印物)接触，将该部分油墨转印到纸张(或其它承印物)上，则得到所需的印刷品。

特点：凹版印刷具有墨层厚、色彩鲜艳、耐印力高、适用范围广、适合连续绵延的图案的印刷。现已广泛应用于塑料包装印刷、纸制包装印刷、装饰印刷、转移印花、出版印刷等领域。

凹版印刷与平、凸版印刷相比较，其突出的优点是印刷质量好，通过不同深浅程度的油墨层，能将连续性色调原稿丰富的层次较完整地表现出来，墨色厚实，色彩鲜艳，富于立体感，它的墨层比平印产品厚5倍之多，比凸印产品厚2倍以上。

凹版印刷具有墨层厚、色彩鲜艳、耐印力高、适用范围广、适合连续绵延的图案的印刷。现已广泛应用于塑料包装印刷、纸制包装印刷、装饰印刷、转移印花、出版印刷等领域。优点是：

①提高产品质量计算机替代了手工的修拼版工作，操作准确、精细。计算机直接控制将分色数据送人电雕机，不用分色软片，减少了工艺环节以及出软片和电雕机再扫描造成的信息损失，使雕刻质量提高。

②提高制版效率使用计算机替代的人工修拼版工作，并省去了旧工艺的照排、剪贴、翻晒、显影等手工劳动，制版周期大大缩短。

③降低成本和费用由于无需分色软片，故胶片、显影、冲洗、照相等材料已不再需要。对一台电雕机而言，每年可节约几十万元的相关材料与设备费用。

④减少了设备投资由于不用分色软片，用户可以使用一台价格低廉的高档扫描仪来替代价格昂贵的电分机，这对原先无电分机的厂家来说尤为重要。

⑤提高了设计制作能力计算机整页拼版系统突破了手工制作和修版的局限性，

它可充分发挥创作人员的想象力与创造力，做各种复杂的美术创意。同时，无软片雕刻使雕刻方式更加灵活多样，可实现传统雕刻难以完成的工作。

第六章凹版印刷未来趋势

1、大中型规模的包装凹印企业将占主流，特别是烟包凹印企业更加追求规模效益、高质量和高技术含量。

2、由于环保与卫生方面的原因，食品、药品、烟、酒等行业越来越注重包装材料和印刷工艺的环保性，凹印企业更加关注印刷车间的环境。环保型油墨和光油将会越来越广泛地受到欢迎，封闭式刮墨刀系统和快速更换装置会推广应用，适应水性油墨的凹印机将被广泛地采用。

3、宽幅凹印机和纸张凹印机的比例将会不断增加。一方面，装饰印刷（主要是木纹纸印刷）和纸箱凹印市场会迅速增长，另一方面，软包装凹印机的幅度也会不断增加，大幅面凹印机的数量将快速增加。

4、凹印生产线加工将更加多样化，功能配置越来越强，如以上光、模切、横切、软标裁切等。相应地，凹印机管理系统、远距离技术支持系统将被越来越多地采用。同时，为满足个性化的需要，从放卷、印刷到连线加工、收卷等各部分都将被模块化，其中最重要的将是凹印小推车或凹印与柔性版印刷互换小推车。

参考文献

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【2】钱军浩，现代印刷机与质量控制技术，北京，中国轻工业出版社，2001 【3】左光申，再谈国产凹版印刷设备的现状及发展趋势，印刷杂志，2006

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