书刊容易“书口不齐”,优化这个系统轻松解决!
商业轮转胶印机具有印刷速度快、交货期短、印刷版面多、质量相对稳定等突出优点,目前主要用于各类教材教辅、彩色图书、高档商业广告、期刊杂志等的印刷。然而,在轮转胶印中,为了提高印品的色彩再现能力,书刊印刷通常采用热固型油墨,因此在高速轮转胶印机上必须配有烘干系统,但同时会引发严重的纸张脱水现象。
虽然经过干燥的纸张会在存储期间进行吸湿,纸张含水量可以再次达到平衡状态,但需要足够的吸湿时间,然而彩色书刊印刷尤其是教材教辅,往往因交货期短而无法满足纸张充分吸湿的要求。
由于各书帖在印刷后存放时间不一致,导致其伸缩率不同,进而产生书刊封面与书芯各书帖之间无法对齐的现象,最终出现如图1所示的胶订书刊印品质量问题。目前商业轮转胶印机虽有毛刷辊供水、喷雾式供水等装置,但因工人缺乏理论和数据支撑,基本依靠经验开启供水装置,使得书刊印品外观质量难以控制。
图1 胶订书刊印品质量问题
针对“书口不齐”的问题,商业轮转胶印机生产商尝试在烘干箱之后设计加湿系统,然而对于问题的改善效果并不理想,尤其是在寒冷干燥的北方冬季。
原有的商业轮转胶印机加湿系统主要由水箱、水泵、水管、喷嘴等组成。其中,水箱用于储存水源,水泵用于将水从水箱中抽出并通过水管输送到喷嘴,喷嘴则将水雾喷洒到印刷材料上实现加湿功能。加湿系统采用高压微雾的加湿方式,在实际应用过程中存在加湿效果不佳以及稳定性差等问题。
针对现有商业轮转胶印机加湿系统存在的问题,笔者分析了几种工业常用加湿技术的原理和特点,并进行了对比,如表1所示。图2为加湿系统各功能部件的立体示意图。
表1 不同加湿方式的优缺点对比
图2 加湿系统各功能部件的立体示意图
01超声波加湿
超声波加湿器通过给雾化片(压电陶瓷)通入高频振荡,利用压电陶瓷的压电效应使雾化片产生高频谐振,将水珠打散成5µm左右的微小漂浮颗粒。在风机或自然状态的作用下,颗粒远离水面,不断产生悬浮的水雾,以此达到加湿空气的效果。
02高压微雾加湿
高压微雾加湿利用高压水泵将水压提高到4~7MPa,然后把加压后的水由特制专业喷嘴喷出,使其雾化,产生的雾粒能够迅速从空气中吸收热量,在汽化的同时扩散,达到加湿的目的。
03干蒸汽加湿
干蒸汽加湿器采用外部汽源,通过喷嘴喷出均匀的蒸汽,喷管采用双重保温夹套进行喷管预热,喷管内产生的冷凝水回流到闪蒸腔,通过二次蒸发,使之重新成为加湿用的蒸汽。
04汽水混合式加湿
饱和蒸汽经减压、过滤、吸声、汽水分离,再加热汽化,消声结构的干燥蒸汽经过调节阀向气流喷出并被气流吸收,从而对空气加湿。
加湿系统的优化设计
如图3所示,优化设计后的整个加湿系统结构上可分为雾化装置部分、输雾部分以及加湿部分。
图3 加湿系统整体结构示意图
(1)雾化装置部分主要由水源、净水器以及超声波加湿器3部分构成。通过净水器提高水质,经超声波加湿器工作,为加湿系统提供优质加湿雾源。
(2)输雾部分主要为根据实际地形状况设计的PVC管道,超声波加湿器产生的雾化水在风机作用下,以PVC管道所约束的路径传输到目标位置,实现精确的定点加湿。
(3)加湿部分主要由加湿箱体、温度控制装置和湿度控制装置组成,印刷纸张从进纸口进入加湿箱,再从出纸口离开。在这一过程中,纸张在温湿度恒定的加湿箱体空间内部均匀吸湿,达到精准加湿的效果。
实验验证
在利用SolidWorks软件成功构建加湿系统模型的基础上,我们进一步在陕西思维印务有限公司印刷车间的轮转胶印生产线上对加湿系统进行了装配、安装调试和实验,充分验证了加湿系统的有效性和实用性,加湿系统实际运行效果如图4所示。
图4 加湿系统实际运行效果
实验时,采用70g/m2卷筒胶印纸在小森正度八色商业轮转胶印机上进行双面四色印刷,采集经烘干未加湿的样张、烘干后经过不同温湿度加湿的样张以及经密封保存的原纸。由于实验选用的纸张含水量检测器并不能准确地测量出纸张的实际含水率,因此在本实验中纸张含水率是依据GB/T 462-2003《纸和纸板水份的测定》进行检测的。
从表2中的数据可以得出,印刷原纸的含水率为4.51%,而经过轮转胶印机烘干箱烘干后的纸张含水率为2.34%,失去了近50%的水分。在相对湿度为60%,温度为35℃系统环境加湿后的纸张含水率比30℃系统环境加湿后的纸张含水率有0.29%的提升,在温度为35℃,相对湿度为60%的系统环境加湿后的纸张含水率比相对湿度为80%的系统环境加湿后的纸张含水率有0.34%的提升,这是因为升高温度或增加相对湿度均会增加箱体内的绝对含水量。
表2 经过不同处理方式后的纸张含水率
本文提出了一种商业轮转胶印机的加湿系统优化设计方法,并在印刷企业进行了印刷实验验证,结果表明加湿系统可以有效地改善彩色书刊“书口不齐”的问题,可为彩色书刊印品质量控制提供一种全新方案,提高企业印品质量,降低废品率。此外,表2数据表明该加湿系统虽具有一定的加湿效果,但纸张含水率并未实现恢复到原纸含水率。这是由于加湿过程中水雾的温度会严重影响加湿箱体内温度控制,因此本次研究并未达到预期的加湿效果。未来如何消除温度与湿度之间的困扰,进而实现最佳的加湿效果是一个值得探究的方向。
本文作者:西安理工大学 李怀林
陕西思维印务有限公司 吴宁周