مراقبة لزوجة الحبر: القياس والضبط والصياغة

---

مراقبة لزوجة الحبر هي ممارسة الإبقاء على مقاومة الحبر للتدفق داخل نطاق محدد مسبقاً، عبر رصدها باستمرار وتصحيحها إلى الحدود المحددة، بحيث يبقى نقل الحبر وقوة اللون والتجفيف ثابتة من أول طبعة إلى آخرها. وتتقاسم هذه المهمةَ ممارستان: غرفة المطبعة، حيث يُقاس المذيب أو الماء أو الحبر الطازج لتعويض الانحراف، ومختبر الصياغة، حيث تُهندَس عملية تشتيت الصبغة وسلوك الرغوة والريولوجيا بحيث ينحرف الحبر أقل من البداية. يغطي هذا الدليل الاثنين، للطباعة الفلكسوغرافية والحفرية والكرتون المضلع.

الخلاصة السريعة

• اللزوجة تحكم نقل الحبر وكثافة اللون والتجفيف والهدر، لذا تُحدَّد وتُقاس وتُصحَّح خلال كل تشغيل، لا في مرحلة التحضير فقط.
• الحرارة وتبخر المذيب وتاريخ القص وظروف التخزين هي الأسباب الرئيسية للانحراف؛ والتحكم الآلي يعوّض بتصحيحات صغيرة متكررة بدلاً من تصحيحات كبيرة متباعدة.
• الهدف الصحيح يأتي من مصنّع الحبر ويعتمد على نوع الحبر، ومواصفات الأسطوانة الشبكية أو أسطوانة الحفر، وسرعة المطبعة، والركيزة، ودرجة الحرارة.
• تقلّل الصياغة العبء على المطبعة: فالصبغة جيدة التشتيت، والرغوة المضبوطة، وملف الريولوجيا المصمم عن قصد، تجعل الحفاظ على اللزوجة أسهل.

جدول المحتويات

• ماذا تعني مراقبة لزوجة الحبر في المطبعة
• لماذا تحكم اللزوجة في اللون والنقل والهدر
• ما الذي يجعل اللزوجة تنحرف
• قياس اللزوجة: الأجهزة والوحدات والمعايير
• التحكم اليدوي مقابل التحكم الآلي
• اختيار الهدف الصحيح
• روافع الصياغة التي تجعل الحفاظ على اللزوجة أسهل
• تشخيص العيوب المرتبطة باللزوجة
• وجهة نظر: استقرار اللزوجة يبدأ من الصياغة
• تأهيل المضافات لنظام حبر
• مضافات ASTRA لمصيغي الأحبار
• الأسئلة الشائعة
• المصادر

ماذا تعني مراقبة لزوجة الحبر في المطبعة

اللزوجة هي مقاومة الحبر للتدفق. وفي الطباعة الفلكسوغرافية والحفرية والكرتون المضلع، يغطي المصطلح ثلاثة أنشطة مترابطة: قياس الحبر في حالة محددة، ومقارنة القراءة بالنافذة المحددة، وتعديل الحبر عندما تخرج القراءة عنها. والتعديل يعني عادةً إضافة مذيب أو ماء لتخفيف حبر أصبح كثيفاً، أو إضافة حبر بكر لاستعادة المواد الصلبة عندما يكون الحبر قد خُفِّف بإفراط.

تنص إرشادات الطباعة على الكرتون المضلع التي ينشرها أحد مصنّعي مقاييس اللزوجة على أنه ينبغي للمشغلين الحفاظ على لزوجة متوافقة مع قابلية طباعة مقبولة، وعند الحاجة إضافة حبر بكر، والتحقق من ملاءمة الحبر للركيزة، وتأكيد الصياغة، وفحص الأس الهيدروجيني أو ضبطه وفق مواصفات المهمة. وبالتالي فإن اللزوجة إحدى عدة معاملات حبر مترابطة، لا رقم قائم بذاته.

وتضيف الأجهزة المدمجة في الخط تحسيناً إضافياً. فالرصد الآني يقيس اللزوجة انطلاقاً من خط أساس بدلاً من الاعتماد على القيم المطلقة فقط، ما يجعل الاتجاه مرئياً قبل أن يصبح عيباً.

لماذا تحكم اللزوجة في اللون والنقل والهدر

اللزوجة مؤشر بديل على الكمية التي تمنح الحبر لونه. فهي مؤشر على نسبة المواد الصلبة في الحبر، ويقع حمل الصبغة داخل تلك المواد الصلبة. وعندما تنحرف اللزوجة، ينحرف تركيز الصبغة معها.

والنتائج قابلة للقياس:

• تفاوت اللون. وجدت تجربة على مطبعة حفرية وردت في ورقة TAGA تفاوتاً في اللون أكبر بكثير في ظل التحكم اليدوي في اللزوجة مقارنةً بالتحكم الآلي في إضافة المذيب. وتصف الدراسة نفسها كيف تؤثر اللزوجة في نقل الحبر وكسب الدرجة والتدرج اللوني وجودة الصورة المطبوعة.
• التخفيف المفرط. التخفيف الزائد يخفض تركيز الصبغة وقد يُضعف اللون، وفق الدراسة نفسها من TAGA، ولهذا يُضاف المذيب بزيادات مقيسة.
• الهدر والتكلفة. اللزوجة سيئة الضبط قد تؤدي إلى جودة طباعة دون المستوى واستهلاك مفرط للحبر وتكاليف غير ضرورية، بينما يمكن للتحكم المحكم أن يقلل أزمنة الإعداد والتالف.
• عيوب الكرتون المضلع. يحدد أحد مورّدي مقاييس اللزوجة للطباعة الفلكسوغرافية والكرتونية سوء ضبط اللزوجة كعامل مساهم في الخطوط الطولية والهالات والتلطخ وعيون السمك وانحراف الألوان، إلى جانب ارتفاع استهلاك الحبر والهدر.

وتضيف الفلكسوغرافيا حساسيتها الخاصة. فالأحبار سريعة التجفيف والألواح اللينة عبر التغليف وغيره من الركائز تعني أنه، دون لزوجة مستقرة، قد تُطبع الصور والرسائل بثبات غير متسق وقد تُرفض دورات التشغيل.

ما الذي يجعل اللزوجة تنحرف

اللزوجة ليست خاصية ثابتة في الحبر. فهي تتغير مع درجة الحرارة ومعدل القص وظروف التدفق والضغط. وعلى مطبعة قيد التشغيل، تهيمن أربع آليات.

الحرارة

الحبر الأدفأ يصبح أقل لزوجة والحبر الأبرد أكثر لزوجة. وتشير مقالة فنية من أحد مصنّعي الأحبار إلى أن هذه التغيرات قد تقيّد إمداد الحبر وتسبب تفاوتاً في الكثافة أو نقصاً في الإمداد، بينما تسهم ظروف أخرى في التنقيط والضبابية والبصق والتراكم والترحيل. وتقلبات الحرارة يمكن أن يكون لها أثر جذري على اللزوجة، ولهذا تشيع في الأنظمة الآلية دوائر حبر مُسخَّنة أو مُبرَّدة وقراءات معوّضة حرارياً.

تبخر المذيب أو الماء

توضح دراسة TAGA للحفر أن التبخر أثناء التشغيل يغيّر تركيز الحبر، لذا تلزم إضافة المذيب للحفاظ على ظروف التشغيل. وبالتالي يزداد الحبر في الحوض أو الغرفة تركيزاً كلما طال تشغيله، إلا إذا جُدِّد.

زمن المكوث بجانب المطبعة

يمكن أن تتغير اللزوجة والأس الهيدروجيني أثناء بقاء الحبر بجانب المطبعة ساعات أو أياماً بسبب الظروف البيئية. ويوصي دليل قياس أحد مطابع الملصقات بأن يسجّل الطابعون هذه القيم ويضبطوها ضمن التفاوتات المعتمدة، إلى جانب الكثافة وحرارة المجفف ومواصفات الأسطوانة الشبكية وغيرها من ظروف المطبعة.

التخزين

التخزين مهم قبل وصول الحبر إلى المطبعة. ففي حالة البلاستيزول، يوصي أحد مورّدي الأحبار بـحاويات محكمة الإغلاق وتخزين بين 65°F و90°F (18°C و32°C)، ويحذر من أن الحرارة والأرضيات الباردة وأشعة الشمس والتصليد الجزئي يمكن أن تغيّر اللزوجة وقابلية الطباعة. أما الأحبار المائية والمذيبية فلها حدود تخزين خاصة بها تحددها صحيفة البيانات الفنية لكل منتج.

قياس اللزوجة: الأجهزة والوحدات والمعايير

لا تكون القراءة مفيدة إلا عندما تكون الطريقة قابلة للتكرار. ويُستخدم في العمل المدمج في الخط والمخبري عدة عائلات من الأجهزة، وكل منها يعطي كمية مختلفة قليلاً.

وتتبع قائمة الأجهزة واصطلاحات الوحدات (اللزوجة الديناميكية بوحدة Pa·s، واللزوجة الحركية بالستوكس أو m²/s، وثواني كوب التدفق) تقييماً أكاديمياً للمستشعرات المدمجة في الحفر، والذي يلاحظ أيضاً أن مستشعرات شوكة التوليف يمكنها حساب اللزوجة الديناميكية والكثافة النوعية بينما تقيس مستشعرات الموجة الصوتية حاصل ضرب اللزوجة الديناميكية في الكثافة. وهذا التمييز مهم عندما تُقارن قراءة من جهاز بمواصفة مكتوبة لجهاز آخر.

وبالنسبة لأحبار المعاجين، يغطي ASTM D4040-10(2019) تحديد اللزوجة الظاهرية والسلوك غير النيوتوني بمقياس لزوجة القضيب الساقط، وهو مفيد لضبط الإنتاج وقبول المورّد والمشتري.

كما يؤثر تاريخ القص في الرقم الذي نحصل عليه. فقد وجد تقرير للمكتب الوطني للمعايير أن قياسات لزوجة الحبر القابلة للتكرار تتطلب ضبط إجراء القياس وتاريخ القص، وأن معالجة دورانية قصيرة بمعدل قص مرتفع بما يكفي يمكن أن تقلل القوى العمودية غير المستقرة وتعطي قيماً مستقرة. وعملياً، يمكن أن يختلف مختبران يقرآن الحبر اللزوجي الزمني نفسه إذا حرّك أحدهما العينة ولم يحرّكها الآخر.

التحكم اليدوي مقابل التحكم الآلي

تظل أكواب التدفق واسعة الانتشار لأنها رخيصة وسريعة، لكنها تعتمد على توقيت المشغل وحالة الكوب وفترة أخذ العينات. ويرى باحثو TAGA أن التحكم الآلي يتفوق على قياسات الكوب اليدوية لأن التصحيحات الصغيرة المتكررة يمكنها تعويض التبخر، بينما تخلق أخطاء المشغل وأكواب التدفق تقلبات أكبر في اللزوجة وتفاوتاً لونياً مقابل ذلك.

وفي الحفر، يمكن لـمقاييس لزوجة دقيقة وقابلة للتكرار مع تحكم آلي أن تحافظ على اللزوجة داخل حدود ضيقة وتساعد على ضمان جودة لون متسقة عبر التشغيلات الطويلة.

وفي خطوط الفلكسوغرافيا، توجد أيضاً أنظمة متكاملة. ويصف أحد مورّدي الأسطوانات الشبكية وإدارة الحبر وحدةً تقيس اللزوجة بمستشعر اهتزازي وتتحكم في اللزوجة والحرارة للأحبار المائية والمذيبية داخل نظام توزيع الحبر، ويذكر أن هذه الأنظمة تقلل وقت الصيانة والتنظيف.

وروتين التحكم العملي، يدوياً كان أو آلياً، يتبع التسلسل نفسه:

1. كيّف الحبر وسجّل درجة الحرارة قبل القراءة الأولى.
2. قس في بداية التشغيل وقارن بالنافذة المحددة.
3. أضف المذيب أو الماء أو الحبر البكر بزيادات صغيرة، مع إتاحة زمن للخلط.
4. أعد القياس على فترات ثابتة، أو باستمرار بمستشعر مدمج في الخط.
5. سجّل اللزوجة إلى جانب الكثافة والأس الهيدروجيني والحرارة بحيث يمكن تتبع الانحراف إلى سببه.

اختيار الهدف الصحيح

الهدف ليس رقماً عالمياً. فعلى الطابعين استخدام اللزوجة التي ينصح بها مصنّع الحبر ورصدها في البداية وطوال التشغيل ضمن تفاوتات متفق عليها، لأن القيمة الصحيحة تعتمد على نوع الحبر ومواصفات الأسطوانة الشبكية وسرعة المطبعة والركيزة ودرجة الحرارة.

ويستحق شرط القياس اهتماماً مماثلاً. فورقة تقنية بيضاء عن تحليل الأحبار تنصح بقياس القيم في ظروف تحاكي ظروف رأس الطباعة. ويمكن للطابعات الحديثة تطبيق معدلات قص تصل إلى 10^5 إلى 10^6 s^-1، وقد تحتاج الأحبار إلى لزوجة عالية عند القص المنخفض للاستقرار ولزوجة أقل عند القص العالي للطباعة. وتذكر الوثيقة نفسها أنه لا توجد صياغة حبر عالمية: فالحبر يحتاج إلى ملف ريولوجيا يوازن بين استقرار التخزين والأداء أثناء الطباعة.

وهذا هو مفتاح قراءة صحيفة البيانات الفنية قراءةً صحيحة. فرقم واحد بثواني الكوب يصف الحبر عند شرط قص واحد. أما ملف الريولوجيا عبر معدلات القص فيصف كيف سيتصرف الحبر في الحوض وفي خلايا الأسطوانة الشبكية أو خلايا الحفر وعند منطقة التماس.

روافع الصياغة التي تجعل الحفاظ على اللزوجة أسهل

التصحيح بجانب المطبعة يعالج العَرَض. أما الصياغة فتعالج السبب بتضييق المدى الذي يمكن أن تتحرك فيه اللزوجة. وأربعة روافع تهم مصنّعي الأحبار.

تشتيت الصبغة

الصبغة سيئة التثبيت تتجمّع، والتجمّع يرفع اللزوجة عند القص المنخفض ويُضعف تطور اللون. ومضافات الترطيب والتشتيت تُمتزّ على سطح الصبغة وتثبتها ضد إعادة التجمّع، بقصد الإبقاء على ريولوجيا الحبر متسقة عبر التخزين وعبر دورات القص في التشغيل. وضمن خط ASTRA، تُعدّ ASTRA DISP® مجموعة المشتتات للصياغات المصبغة.

اختيار الصبغة والحشو

الصبغة نفسها تسهم في ذلك. ففي الأحبار البيضاء، يغيّر اختيار درجة ثاني أكسيد التيتانيوم اللزوجة لأن المعالجة السطحية وامتصاص الزيت يختلفان بين الدرجات. ويوضح كتيّب أحبار من أحد منتجي ثاني أكسيد التيتانيوم أن درجته المعالجة بالألومينا/السيليكا يوصى بها لأحبار الفلكسوغرافيا المطفأة، وأن الجمع بين درجتين يتيح للمصيغين تحسين العتامة ولزوجة الحبر. ولذلك ينبغي تأهيل اختيار الصبغة واختيار المشتت معاً.

التحكم في الرغوة

الأحبار المضخوخة والمُدوَّرة والممسوحة بالشفرة تُدخل الهواء. والرغوة تشوّه قراءة اللزوجة الظاهرية، لأن الهواء المُدخل يغيّر استجابة المستشعرات المدمجة والأكواب، وتُنتج ثقوباً إبرية ووضعاً غير متساوٍ على الركيزة. وتُختار مضادات الرغوة بحسب الكيمياء: فالأنواع السيليكونية تعمل بقوة عند جرعة منخفضة لكنها تتطلب اختبار توافق مقابل خطر العيوب السطحية، بينما تناسب الأنواع غير السيليكونية الأنظمة التي لا يُرحَّب فيها بالسيليكون. وتغطي مجموعة ASTRA النوعين: ASTRA DF® وASTRA DF NS® لمضادات الرغوة السيليكونية وغير السيليكونية على الترتيب.

تعديل الريولوجيا

معدّل الريولوجيا يبني الملف الموصوف أعلاه: بنية كافية عند السكون لمنع ترسّب الصبغة، واستجابة مخلخلة بالقص تحت القص العالي للطباعة. وخط ASTRA REO® مصمم لهذا الغرض. وتُحدَّد الجرعة تجريبياً، لأن الأثر يعتمد على الراتنج ونظام المذيب أو الماء وحمل الصبغة. وسيجد القراء الذين يعملون عبر الطلاءات والأحبار منطق الجرعة والاختيار ذا الصلة في دليل المخففات التفاعلية والمضافات الوظيفية، ومزيداً من المواد الفنية في مدونة ASTRA CHEMICAL الفنية.

تشخيص العيوب المرتبطة باللزوجة

يربط الجدول أدناه الأعراض الشائعة في المطبعة بأسباب متعلقة باللزوجة وبأول فحص. وهو نقطة انطلاق للتحقيق، لا بديلاً عن إرشادات مورّد الحبر.

تتبع أعراض الحرارة رواية المصنّع المذكورة آنفاً، ويتبع بندا الخطوط الطولية والتلطخ تحليل الكرتون المضلع من مورّد مقياس اللزوجة؛ أما البنود المتبقية فتعكس استدلالاً معيارياً للعملية وينبغي تأكيدها مقابل صحيفة البيانات الفنية للحبر المستخدم.

وجهة نظر: استقرار اللزوجة يبدأ من الصياغة

خبرتنا في دعم مصنّعي الطلاءات واللاصقات والأحبار هي أن مشكلات اللزوجة المُبلَّغ عنها في المطبعة هي في كثير من الأحيان مشكلات صياغة تظهر متأخرة. فعندما تكون الصبغة مثبتة بشكل حدّي، أو تكون الرغوة مضبوطة بمضاف عام فقط، يرث مشغل المطبعة نظاماً ينحرف، ولا يمكن لأي مقياس لزوجة أن يصلح تشتيتاً يعيد التجمّع.

ولهذا نتعامل مع لزوجة الحبر كمواصفة مشتركة للمشتت ومضاد الرغوة ومعدّل الريولوجيا، يُؤهَّل كل منها مقابل نظام الراتنج والصبغة والعملية الفعليين. وقد صُممت ASTRA DISP® وASTRA DF® وASTRA DF NS® وASTRA REO® لتُقيَّم معاً في تأهيل مدعوم مخبرياً، مع دعم في الجرعة يستهدف أقل تكلفة استخدام إجمالية لا أقل سعر للكيلوغرام.

واتساق الدفعات لا يقل أهمية عن كيمياء المضاف. فحلقة ضبط عملية مُعايَرة على دفعة معينة من المضاف لا تعمل بشكل متوقع إلا إذا سلكت الدفعة التالية السلوك نفسه، ووثائقنا ودعمنا الفني منظمان انطلاقاً من هذا الشرط.

Astra R&D Team

تأهيل المضافات لنظام حبر

التأهيل المنظم يحدّ من الوقت المستهلك في التجربة والخطأ. والتسلسل أدناه يناسب معظم أنظمة الأحبار.

1. حدّد الهدف: نوع المطبعة، وعائلة الحبر (مذيبي، مائي، قابل للتصليد بالطاقة)، والركيزة، ونافذة اللزوجة من مواصفة الحبر.
2. أنشئ خط أساس: قس الحبر غير المعدّل عند ظروف القص المهمة، وسجّل درجة الحرارة.
3. قيّم جرعة المشتت بدراسة سلّم، مع رصد اللزوجة وقوة اللون والاستقرار بعد التقادم الحراري.
4. أضف مضاد الرغوة عند أقل مستوى فعّال وافحص العيوب السطحية وسلوك إعادة الطلاء.
5. عدّل الريولوجيا لاستعادة البنية عند السكون والتخلخل بالقص أثناء الطباعة.
6. تحقق على المطبعة، مع تسجيل اللزوجة والكثافة والأس الهيدروجيني والحرارة مقابل خط الأساس.

تكرار طريقة القياس نفسها في كل خطوة أهم من اختيار الجهاز، نظراً للحساسية لتاريخ القص المذكورة آنفاً.

مضافات ASTRA لمصيغي الأحبار

تصنّع ASTRA CHEMICAL مشتتات ومضادات رغوة سيليكونية وغير سيليكونية ومعدّلات لزوجة ومضافات وظيفية للطلاءات واللاصقات والأحبار والبوليمرات والمواد المركبة، مع إتاحة الاستشارة الفنية وطلبات العينات للمصنّعين الصناعيين. ويمكن للمصيغين الذين يقيّمون مشكلة لزوجة أن يراجعوا مجموعة منتجات ASTRA الكاملة ويطلبوا عينات مخبرية للتأهيل.

تسرد صفحات المنتجات كيمياء كل خط، ويساعد الدعم الفني في تخطيط الجرعة والتوافق لنظام الحبر المحدد.

الأسئلة الشائعة

كم مرة ينبغي قياس لزوجة الحبر أثناء التشغيل؟

الفترة يحددها مورّد الحبر والمطبعة، لكن المبدأ متسق: قس في البداية وطوال التشغيل ضمن تفاوتات متفق عليها. والأنظمة سريعة التبخر تبرّر فترات أقصر أو قياساً مستمراً مدمجاً في الخط، لأن التبخر يركّز الحبر باضطراد أثناء التشغيل.

هل يكفي كوب التدفق، أم أن القياس المدمج في الخط ضروري؟

يمكن لكوب التدفق أن يحافظ على نافذة مقبولة في المهام المستقرة القصيرة. أما التشغيلات الطويلة وتفاوتات اللون الضيقة، فيُفضَّل فيها التحكم الآلي وفق بحث TAGA، لأن التصحيحات الصغيرة المتكررة تتجنب التقلبات الأكبر التي تنتج عن أخطاء المشغل وأكواب التدفق.

هل يمكن للمضافات أن تخفض لزوجة الحبر دون تخفيفه؟

في أنظمة كثيرة، نعم. فالمشتتات يمكنها تقليل اللزوجة التي تسهم بها الصبغة سيئة التثبيت، ما يتيح للحبر الاحتفاظ بتركيز الصبغة بدلاً من تخفيفه بالمذيب. والأثر يعتمد على نظام الراتنج والصبغة، لذا ينبغي تحديد الجرعة بالاختبار المخبري.

لماذا يعطي الحبر نفسه قراءة مختلفة في مختبرين؟

السبب عادةً هو الطريقة لا الحبر. فنوع الجهاز ومعدل القص ودرجة الحرارة والمعالجة المسبقة للعينة كلها تغيّر القيمة المبلَّغ عنها، وقد وجد تقرير للمكتب الوطني للمعايير أن ضبط الإجراء وتاريخ القص ضروريان لنتائج قابلة للتكرار.

بأي لزوجة ينبغي أن يعمل حبر معين؟

القيمة التي يذكرها مصنّع الحبر لذلك الحبر، والأسطوانة الشبكية أو أسطوانة الحفر، والسرعة، والركيزة، ودرجة الحرارة. والأرقام العامة غير موثوقة لأنه لا توجد صياغة حبر عالمية.

المصادر

• تحسين الطباعة الفلكسوغرافية والحفرية والكرتونية عبر الرصد المدمج للعملية
• التحكم الآلي في اللزوجة في الطباعة الحفرية (TAGA)
• تحسين لزوجة الحبر وأنظمة الأتمتة للطباعة الحفرية والطلاء، الجزء 1
• لماذا تهم مراقبة اللزوجة في الطباعة الفلكسوغرافية
• الدليل الإلكتروني للكرتون المضلع
• كيف تؤثر الحرارة في أداء الحبر
• تخزين حبر البلاستيزول بشكل صحيح
• أساسيات طباعة الملصقات: القياسات والإعداد
• تقييم المستشعرات لقياس اللزوجة المدمج في الطباعة الحفرية
• ASTM D4040-10(2019) الخصائص الريولوجية لأحبار الطباعة المعجونية
• العلاقات بين الخصائص الميكانيكية والأداء، NBSIR 84-2901
• أنظمة إدارة حبر الأسطوانة الشبكية
• لزوجة الحبر الصحيحة حيوية لطباعة عالية الجودة
• استراتيجيات تحليلية لصياغة الأحبار
• ثاني أكسيد التيتانيوم KRONOS للأحبار