自80年代初以来，封闭式刮刀系统就已在柔性版印刷设备中使用。就本人多年从事柔印技术工作的体会，柔性版印刷在质量和效率方面现在可与其他印刷方法相媲美，部分原因是油墨计量输送工艺的进步。封闭式刮刀系统的出现可以更好地控制墨层厚度，颜色一致性更佳，并改善油墨消耗、清洁成本和印刷运行的时间持续性。

封闭式刮刀系统应用的主要目的，是为网纹辊传墨提供密闭的油墨供应；在这个过程中，利用其配置的反向刮墨刀，精准地铲刮网纹辊的表面。由于刮刀系统是封闭的，因此油墨不会暴露在空气中。这样可以减少挥发，并使油墨保持适当的化学平衡，最终结果可提供一致且可重复的墨膜，这对于柔性版印刷的成功至关重要。

封闭式刮刀系统使用一片刮墨刀和一片封墨刀，以及二个端部密封块，将内腔的油墨/涂料分配到网纹辊。刮墨刀片充当计量刀片，并从网纹辊上刮去多余的油墨；封墨刀片充当压合或贴合刀片，并将油墨保持在腔室内；泡沫、橡胶或毡垫材质的密封块，用来密封腔室的两端，防止油墨泄漏。

封闭的腔室设计可防止油墨中的溶剂或胺类蒸发，具体取决于油墨是溶剂型还是水性，因此印刷机在运行过程中可以保持油墨粘度；此外，油墨/涂料可以防尘，并且在周围区域的甩滴会降低到最低水平，可以更好地控制油墨使用量，意味着每年可减少多达15％的油墨消耗。该系统容纳的油墨少于传统墨盘的供应量，因此在印刷运行结束时剩余的油墨较少，并可以回收油墨以备后续生产使用。与开放式刮刀系统相比，封闭式刮刀系统还可实现更有效和环保的清洁过程。需要较少量的清洁溶液和水，因此减少了清洁溶剂和水的使用以及处理成本。颜色更换快速，可加快生产中的订单转换，缩短调整时间。

尽管这些听起来可能相对简单，但封闭式刮刀系统仍有许多变量需要不断创新。更高的印刷速度，苛刻的油墨以及对更快、更自动化换单的需求，要求封闭式刮刀系统及其组件（如图1所示）不断发展。

图1 封闭式刮刀系统及组件

如何解决这些问题则是我们所需要思考的，笔者从如下几个方面来抛砖引玉地分析。

 一 

腔体部分

腔体作为整个封闭式刮刀系统的核心部件，必须具备高机械性能及使用便捷性，以实现印刷速度更高、输出的油墨和涂料更均匀，并且可以轻松频繁地更换油墨或者涂料。其可适用于各种应用平台，如：胶印上光、柔性版印刷、瓦楞印刷、精密涂布应用等。

通常封闭式刮刀系统所配置的腔体，由实心的定制铝合金挤压成型，经阳极硬质氧化处理，内腔喷涂特氟龙涂层制成；而非金属腔体，通常是由碳纤维布通过预制模具进行铺层设计，通过压制成型，其内腔也需要进行喷涂防粘涂层。

1. 腔体的设计

常规腔体的内腔设计主要有三种，如图2所示。不同的内腔形状适应不同场合的应用：内腔圆弧形常应用于卫星式柔印机等高速设备；内腔中高型常用于一般中低速柔印、涂布设备；内腔平底型常用于窄幅柔印、上光设备，通常结构比较紧凑。

图2   腔体的内腔设计

2. 刮刀角度

封闭式刮刀系统包括两片不同功用的刮刀，其中反向刮墨刀的贴合角度是根据网纹辊直径预先设定好的，行业标准约为30°至35°（如图3所示）。设定的角度过小会产生更大的接触面积，因而刮刀需要施加一定的压力才能定量刮墨彻底，这种压力的增加会产生过多的网纹刀片磨损，因而角度的设计尤为重要。对于卫星式柔印机而言，需要注意内外侧色组的反向刮墨刀位置是不同的，如图4所示。

图3   刮刀角度

图4 卫星式柔印机内外侧色组差异

然而现在的高速卫星式印刷机腔体设计普遍采用非对称形状，即刮墨刀的刮刀角度不变，而封墨刀的刮刀角度变小（如图4所示）。这样的设计，可以使转移油墨后的网纹辊网穴得到更好的油墨补充，并且也大大降低了刮刀刀尖对网纹辊的磨损。然而当贴合压力过大时，则容易出现刀尖位置卡住或嵌合油墨中的杂质，从而造成印刷缺陷。

3. 进料口和排料口的位置

腔体的进料口和排料口的位置设定也是一个很重要的研究方向。我们的某个客户曾经发现，由于腔体进料口和排料口的位置设计不合理，油墨在腔体里出现涡流和死循环现象，导致网纹辊两端的油墨色密度/固含量出现变化，而造成印刷出现大量的瑕疵缺陷。

所以，设计一个新的腔体时，需要结合客户的油墨体系等数据，再通过CFD流体分析软件模拟（如图5所示），才能得到一个绝佳的排布位置。

图5  CFD流体模拟

4. 刮刀的开口宽度及平行度

在最初的腔室设计中，共识是两片刮刀之间较大缝隙的大腔室，将使更多的油墨暴露于网纹辊表面或停留时间更长，更有利于油墨填充网纹辊网穴。实际上，较大的腔室为油墨乱流提供了太多空间，搅动空气进入油墨中，反而限制了网穴的有效重新填充能力，这使其难以适应高速生产，经常导致印刷重影，这意味着在重墨覆盖率和轻墨覆盖率之间切换。

解决这些问题的最佳方法是减小腔体的尺寸，使其具有更圆的形状（如图2左图所示）和更窄的刀片间隙。较小的腔室可使流体加速通过腔室，从而迅速将微泡沫排出。

此外腔体两把刮刀的平行度也是十分重要的，这取决于制造加工的工艺设计；如图6所示，左右两端的刮刀间距应该严格一致。

图6  刮刀平行度

5. 材质

随着技术的进步，部分腔体生产商已采用创新的工程概念和下一代材料，来改善设备的性能和可用性。利用碳纤维腔室，可使腔体保持超轻便状态，从而更易于上下移动或翻转，以更换刀片。轻巧的腔室也可以在较低的压力下运行，这意味着叶片和密封件的磨损较慢，因此停机更换的时间间隔延长了，这都增加了生产效率。

新型碳纤维结构腔体轻巧、坚固、耐用且温度稳定，即使在大宽幅的柔印机上，也能减少机器振动对印刷结果的影响。

 二 

刮刀部分

刮刀似乎是柔性版印刷过程中的一个简单的组件，大多数人通过外观判断，似乎只是一条钢片或塑料，其实不然，为了更好地了解所有刮墨刀的选型需求，先要清楚刮墨刀的作用。

柔性版印刷需要刮墨刀在整个印刷过程中提供恒定的刮墨，使通过网纹辊传输到印版的油墨量，仅由网纹传墨量决定。如果刮墨刀工作不正常，则输送至印版的油墨量除了网纹辊的正常传墨量外，还会加上一定量的表面残留油墨，网纹辊上残留的任何多余的油墨都会导致印刷产品出现偏差。为了获得恒定的刮墨效果，可以使用不同的材料和刀尖轮廓，以更好地将刮墨刀与印刷应用相匹配。

几年前，刮刀的材料和刀尖轮廓只有很少的选择。如今，提供的材料、刀尖轮廓和添加的涂层种类都有很多种，以至于印刷工艺工程师通常需要刮刀供应商的帮助，才能确定最适合的刮刀。

1. 刮刀的材质与应用

1) 金属刮刀

在刮刀应用于柔性版印刷之前，由各种类型的钢制成的刮刀已应用于其他印刷工艺中。现如今，在任何印刷过程中，钢仍是高质量刮刀制造的首选材料。有碳钢和蓝带碳钢、不锈钢、长寿命钢、陶瓷涂层钢，但是哪种材质最适合您呢？

首先，碳钢和蓝带碳钢是相同的材料，具有相同的冶金性能和特征。两者之间的唯一区别是应用于钢表面的蓝色氧化工艺。当应用在非多孔基材和磨蚀性较弱的油墨，且多短单印刷时，碳钢刮刀是经济的选择。它们可以使用于溶剂型、水性和某些UV油墨，并适用于所有网纹辊。

如果需要考虑油墨的腐蚀问题，则最好使用不锈钢刮刀。

长寿命钢刮刀非常适合于研磨性油墨（例如白墨，或其他含有高比例TiO₂的油墨、固体悬浮浆料），并与低线数网纹辊配合使用。通常由合金工具钢制成，可提供良好的抗粘附磨损性能。长寿命钢刮刀比碳钢或不锈钢刮刀更贵，但与在生产中经常更换刀片所节约的时间，以及与因网纹辊表面划伤造成的修复成本相比，它提供的好处很容易证明其增加的成本是合理的。

此外，也可以将涂层技术应用于钢制刮刀，以进一步延长其使用寿命和网纹辊的寿命。涂层会降低刀片和网纹辊之间的摩擦系数，从而在较低压力下干净地刮除油墨。陶瓷涂层刮刀技术将获得最长的使用寿命，当然在所有刀片材料中成本最高。陶瓷涂层刮刀通常用于磨蚀性很强的油墨，或者每天使用标准化设置进行长订单印刷时。

上述所讨论的所有金属刀片，均可用于单向摆动刮刀应用，也可用于封闭式刮刀系统。

2) 塑料刮刀

塑料刮刀在陶瓷网纹辊表面具有较低的摩擦系数，使用寿命长，并且可以有效地保护网纹辊。对于刮墨应用，塑料刀片必须比金属材料刀片厚，以提供相同的刚度。但是，较厚的刮刀会由于磨损接触面加大（如图7所示），导致网纹辊表面会残留一些多余的油墨，从而会影响其印刷质量。该行业领先供应商ESTERLAM开发的E系列塑料刮刀，可以解决上述问题，获得媲美金属刮刀的品质；目前欧洲的很多卫星式柔印机正在使用，笔者认为值得在中国推广。

图7  刮刀接触面

塑料刮刀没能大面积在中国推广开来作为刮墨刀的使用，其问题包括：

a) 固有思维；各个印厂长期使用金属刮刀，已经足够了解和适应，对塑料刮刀则非常陌生；

b) 刮刀的塑性形变；塑料刮刀增加压力时，刀尖容易变形，从而在刀尖卷口嵌入或包裹坚硬的杂质颗粒，对网纹辊造成损伤。其实，这种问题在钢质刮刀中同样也会出现。

不管如何，选用合适类型的塑料刮刀仍尤为重要。从目前的成熟应用验证来看，塑料刮刀可用于各种线数网纹辊，非常适合于高固含量的研磨性油墨，并且在纸类基材、水性油墨、陶瓷浆料方面的优势尤为明显。

塑料刮刀应用在封闭式刮刀系统的封墨刀侧时（如图8所示），它可以有效封墨，并提供有效的网纹辊接触保护。当使用塑料刮刀作为封墨刀时，还可以防止油墨中的颗粒在刮刀与网纹辊之间滞留，以减少与刀片相关的网纹辊磨损。

图8  塑料刮刀做封墨刀

2. 刮刀的刀尖轮廓

如图9所示，有各种类型的刀尖轮廓，无论使用哪种，请记住刀尖与网纹辊的贴合接触面积必须足够小，既可以密封网纹辊网穴内的油墨（或涂料），又无需对刮刀施加过大的压力；过大的刮刀压力可能会导致刮刀和网纹辊的过度磨损，以及出现各种印刷缺陷。

图9  各种刮刀的刀尖轮廓

对于刮刀的厚度，一般的经验是：对于高清印刷或高线数网纹辊，刮刀厚度小于0.025mm；对于常规印刷或低线数网纹辊，刮刀厚度要求小于0.04mm（塑料刮刀除外）。

 三 

端部密封件

封闭式刮刀系统的端部密封件（又称密封块、封墨块）有许多种类型的材料，以适应不同印刷企业的需求。高质量的端部密封件可以防止腔体内的油墨泄漏，并避免端部密封件与网纹辊的过度摩擦。选择合适的端部密封件，其更换周期更长，可有效减少油墨泄露，并缩短停机清洗更换时间；如果使用了长寿命刮刀，则更加迫切重要。

一台印刷机一年下来，因油墨泄露、频繁更换密封块造成的设备停机损失惊人，油墨泄露造成的印刷损耗、客户投诉和环境脏污，也是令人头疼，因此高质量的密封块非常重要。

1. 常规密封块类型

大多数密封块都能满足几乎所有类型油墨的使用要求。泡棉通常是最便宜的材料（如图10所示的EVA材质泡棉），对于某些印刷机的中短订单为主的产品结构而言，泡棉是一个很好的选择。长订单印刷、更高的印刷速度和溶剂型油墨，可能更适合毛毡、氯丁橡胶或氟橡胶密封块。

图10  几种常见的密封块

也可以使用材料相同但是密度不同的密封块，有时候不同硬度的密封块会更适合你的印刷条件和订单结构。

2. 密封块的加工和设计

密封块若是用模切工艺冲压，制造时会产生不规则的凹面卷边（如图11右图所示）。采用CNC切割或水刀切割这样的精密加工，可以产生干净的方形密封边缘（如图11左图所示）。更平整的密封块，有更多的贴合接触面积，创造更有效的密封，也提供更长的密封寿命。

图11  密封块的加工

密封块的设计部分，可以参考本刊2019年6月刊的文章《挡墨块的选择》，主要是需要检查密封块与网纹辊接触的圆弧面半径是否适合，如图12所示。若是设计不合理的密封块，则是很容易出现如图13所示的问题。

图12  检查密封块圆弧面半径是否适合

图13  设计不合理导致的刮刀快速磨损

3. 密封块增强件

如图14所示的PTFE/PE材质密封块增强件，其与密封块配合使用，对于提高泡棉密封块的耐磨性是一个有益的补充，对于长单印刷来说，是个不错的选择。

图14  密封块增强件

4. 密封块润滑脂

密封块润滑这项工作是许多印刷机长忽略的关键工作。在初次使用密封块之前和清洁之后，涂抹适量的润滑脂（如图15所示）对密封块表面进行润滑，可以明显减少网纹辊与密封块之间的摩擦，有助于提高密封块的使用寿命，而且还可以帮助排斥油墨，从而不会在密封块端面产生有害的堆积，造成甩墨现象。

图15   密封块润滑脂

 四 

管路部分

封闭式刮刀系统的基本结构从容纳油墨的腔体开始，油墨通过进口和出口进出腔体，并从腔体返回，从而提供了一个连续的闭环系统；必须按建议的时间间隔更换组件（包括刮刀和端部密封块）。

正常我们设计的封闭式刮刀系统进口流量通径小于出口流量通径，这样能有效地控制封闭式刮刀系统腔体的压力平衡。并选用耐腐蚀内壁光滑防粘的复合管道，这样方便换单清洗作业。