水性油墨印刷裝置中噴霧濕潤技術的應用研究

導讀

在票據印刷領域，防偽標線的高精度印刷是確保票據安全性的關鍵技術。針對傳統印刷裝置因紙粉混入導致水性油墨粘稠、產生標線邊緣毛刺及粘連等問題，本研究設計并開發了一種集成動態噴霧濕潤系統的改進型印刷裝置。該裝置通過非接觸式噴霧技術實現勻墨輥表面油墨乳化度的精準調控，結合分級清潔機制，能有效清除紙粉污染物。

票據防偽標線通常由寬度為0.1mm、間距小于0.5mm的精細線條構成，其印刷質量直接影響票據的防偽性能。在傳統輪轉印刷過程中，水性油墨因紙粉混入導致的粘度失控問題長期困擾企業。具體表現如下：

1)油墨性能劣化：紙張表面脫落的紙粉(粒徑5～20μm)與油墨混合后形成膠狀物，導致油墨流動性下降。

2)印刷缺陷頻發：粘稠油墨無法均勻延展，線條邊緣呈現鋸齒狀缺陷，形成邊緣毛刺。

3)邊界粘連：相鄰標線間的油墨擴散造成邊界模糊，嚴重時形成連續墨塊。

4)生產效率受限：為清除勻墨輥表面污染物，需每小時停機清洗，使設備綜合利用率不足60%。

傳統印刷機依賴水輥接觸式濕潤系統，其局限性體現在以下幾方面：

1)供水量不足：不銹鋼水輥的供水量為12～18mL/min，僅為水性油墨需求量的50%。

2)清潔效率低下：刮刀僅能清除60%～70%的紙粉，殘留污染物持續影響印刷質量。

3)動態響應滯后：控制系統調整時間超過0.5s，無法匹配高速印刷節奏。

針對傳統印刷裝置因紙粉混入導致水性油墨粘稠、標線邊緣毛刺及粘連等問題，本研究設計并開發了一種集成動態噴霧濕潤系統的改進型印刷裝置。

1.整體設計架構

如圖1所示，該裝置包括機架110以及設置在機架110上的勻墨輥組120、印刷輥組130和牽引組件140。勻墨輥組120將水性油墨傳遞至印刷輥組130，牽引組件140牽引待印刷紙張穿過印刷輥組130。在機架110上還設置有噴霧組件150，噴霧組件150向勻墨輥組120噴灑液體，以濕潤勻墨輥組120上的水性油墨。

改進型印刷裝置在傳統結構基礎上集成了噴霧濕潤系統與智能控制模塊，核心組件包括：

1)勻墨輥組：材料采用氮化硅陶瓷輥體，表面硬度達HS80，耐磨性提升3倍。

2)微孔結構：激光加工孔徑為50μm的蜂窩狀表面，增強油墨附著均勻性。

3)噴霧濕潤系統：噴頭陣列沿勻墨輥軸向布置12組扇形高壓噴頭，覆蓋650mm幅寬。

4)分層噴霧模式：近場高壓沖刷，距離輥面10cm區域采用0.5MPa水流沖離游離紙粉;遠場低壓保濕，20cm外區域以0.2MPa水霧維持油墨濕潤度。

5)智能控制單元：溫濕度傳感器實時監測車間環境(溫度23±2℃，濕度50%±5%)。

2.技術創新點

(1)霧化精度控制通過Lechler高壓噴嘴將水霧化為15～30μm液滴，形成均勻水膜。

(2)自適應調節

當檢測到油墨粘度升高時，系統自動增強噴霧強度(最高達0.8MPa)。

(3)三級處理流程

1)初級沖刷：噴霧水流清除80%以上游離紙粉。

2)機械刮削：用陶瓷刮刀(摩擦系數0.18)去除粘結污染物。

3)自循環過濾：污水經沉淀、活性炭吸附后回用，節水率達70%。

4)故障預警系統：當紙粉沉積量超過閾值(0.3g/m2)時觸發聲光報警。

3.實際應用效果

將這種集成動態噴霧濕潤系統的改進型印刷裝置應用在公司的增值稅發票生產線中。實踐表明，應用該裝置后，該生產線的防偽標線印刷合格率提升至98%以上，連續工作時間延長至12h，廢品率降低至0.35%。同時，應用改進裝置后還在其他方面收獲了顯著效果：

1)激光共聚焦顯微鏡檢測顯示，標線邊緣粗糙度(Ra值)從1.2μm降至0.3μm。

2)相鄰標線間距公差穩定在±0.03mm，優于規定的±0.05mm標準。

3)毛刺不良率從15.2%降至1.8%，邊界粘連問題基本消除。

4)停機清洗頻率由每班3次減少至1次，設備綜合利用率提高40%。

5)油墨損耗減少21.7%，年節約成本超80萬元。

4.典型案例

2023年6月，某批次防偽稅票印刷中因紙張涂層異常導致紙粉量激增，印刷2h后，標線粘連區域占比達18%，企業被迫停機更換勻墨輥。應用這種集成動態噴霧濕潤系統的改進型印刷裝置后，生產過程中通過本裝置觸發智能預警系統，自動切換至“高污染模式”，噴霧壓力提升至1.0MPa，刮刀壓力同步增加20%，最終將生產線的廢品率控制在3%以內，避免了批次報廢損失。

本研究通過噴霧濕潤技術的創新應用，成功解決了水性油墨印刷中的油墨粘度失控難題。非接觸式噴霧設計突破了傳統水輥的供水量限制，動態調控油墨乳化狀態。在高速印刷環境下，裝置可穩定維持防偽標線的精度。目前，該技術已在陜西煤航安全印務有限公司的金融票據等生產線中實現規模化應用，為高精度防偽印刷提供了創新解決方案。