四、分子之間力的作用以及在印刷中的應用

物質的聚集狀態通常情況下是可以明顯區分的，因為不同的物質相之間存在界面，在物質相界面之間也會出現許多界面問題。液體與氣體相接觸時，會形成一個表面層，在這個表面層內存在著的相互吸引力就是表面張力，它能使液面自動收縮。表面張力是由液體分子間很大的內聚力引起的。處于液體表面層中的分子比液體內部稀疏，所以它們受到指向液體內部的力的作用，使得液體表面層猶如張緊的橡皮膜，有收縮趨勢，從而使液體盡可能地縮小它的表面面積。表面張力的方向與液面相切，并與液面的任何兩部分分界線垂直。

液體與固體器壁之間也存在著“表面層”，這一液體薄層通常叫做附著層，它也一樣存在著表面張力。這一表面張力決定了液體和固體接觸時，會出現兩種現象：不浸潤和浸潤現象。水銀掉到玻璃上，呈現出球形，也就是說，水銀與玻璃的接觸面具有收縮趨勢，這種現象為不浸潤。而水滴掉到玻璃上，是慢慢地沿玻璃散開，接觸面有擴大趨勢，這種現象為浸潤。

其實，對于印刷復制者而言，人們對單純的物質聚集狀態并不感興趣，人們關心的重點一般都在物體界面聚集態的變化，接下來我們將介紹一下印刷復制過程中的界面問題。

（1）在通常印刷工藝中的界面張力問題

在印刷工藝中最重要的承印材料就是紙張，紙張在印刷過程中涉及無數的界面張力問題，當干燥紙堆放在潮濕的車間內時，紙張內的纖維素和水蒸氣一起發生復雜的化學反應，植物纖維通過與水分子形成氫鍵而緊緊黏附在一起，接著就出現紙張纖維吸水膨脹現象，從而導致紙張邊緣和紙堆中間吸水量不一樣，也就是出現荷葉邊現象。

（2）在凸版印刷中的界面張力問題

在印刷機的墨斗中凸版印刷油墨通常涉及無數的界面張力和作用效果問題，印刷油墨一方面必須在墨路上不斷分離，從而形成均勻的墨膜；另一方面在分離過程中油墨的兩種主要的組成物質——顏料和連結料之間的內聚力必須發揮作用，同時內聚力不被破壞。

（3）在平版膠印中的界面張力問題

在平版印刷中涉及的最重要的界面張力就是膠版印刷中印版、油墨、潤版液之間的相互作用，膠印師傅通常所說的“水墨平衡”就是多個物理問題的綜合運用。對于潤版液的界面問題至少應該涉及兩種界面張力。水分子必須具有足夠的鋪展能力，以便使其能夠在印版表面潤濕，同時，水分子又必須具有足夠的內聚力，以使其不能與油墨相互溶解，即使相互溶解，也必須在一定范圍內，如果互溶值在極限值范圍內，將得到人們希望的適合膠印的穩定乳狀液體，即油分子把水分子包裹起來，否則，將得到不希望得到的水包油分子。這種油分子和水分子互相包容的現象就叫做乳化。

（4）在圖像復制技術中的界面張力問題

在圖像復制領域使用的感光膠片材料通常由多個涂層構成：支持片基和感光涂層，為了能夠讓這兩種涂層牢固地附著在一起，就必須選擇一種合適的黏結材料，并且這種黏結材料的內聚力和擴散力之間的關系對膠片尺寸的穩定性能具有重要的意義，此時界面張力對于膠片的作用能力有著明顯的影響，黏結層材料對于明膠的擴散能力必須均勻一致，對于支持片材料又必須顯現出很強的擴散能力，才能確保感光涂層在整個片基上保持很強的黏附能力。

（5）在鉛字排版技術中的界面張力問題

在鉛活字排版中，鉛合金材料的選擇將涉及界面張力問題，為了確保鉛字印刷過程中具有良好的親墨性能和去墨性能，就必須使用合適的合金組成元素和組成比例。同樣，合金材料在凸版印刷中應該具有足夠強的耐沖擊力，以確保其可以重復使用。合金與油墨之間的界面張力和油墨與承印材料之間的界面張力具有同樣的重要意義。

（6）在印后加工中的界面張力問題

在書刊膠訂和糊盒工藝中，在黏結材料和承印材料之間界面張力扮演著重要角色，黏結強度不僅僅取決于黏結材料和承印材料的擴散力大小，同時還與黏結材料分子之間的內聚力大小有關。

【操作訓練】

訓練：用拉脫法測量室溫下液體的表面張力系數

拉脫法測定液體表面張力系數是基于液體與固體接觸時的表面現象提出的。由分子運動論可知，當液體分子和與其接觸的固體分子之間的吸引力大于液體分子的內聚力時，就會產生液體浸潤固體的現象。

現將一潔凈 Π 型金屬絲浸入水中，由于水能浸潤金屬，當拉起金屬絲時，在 Π 型金屬絲框內就形成雙面水膜。如圖3-5所示，設 Π 型金屬絲的直徑為d，內寬為L，重力G，受浮力f，彈簧向上的拉力P，液體的表面張力為Fα。則 Π 型絲的受力平衡條件為：

設接觸角為φ，由于水膜寬度為（L+d），則表面張力為：

緩慢拉起 Π 型絲至水面時，接觸角φ趨近于零，上式中cosφ→1。

這里，水膜自身的重力G′ 很小可忽略。由于金屬絲框很細，即體積很小，所以其在水中部分所受的浮力也可以忽略不計。如取 Π 型絲上邊緣恰與水面平齊時為彈簧的平衡位置x0，則 Π 形絲的重力G對彈簧從該平衡位置算起的伸長量 ?x也將沒有貢獻。于是可得，當緩慢拉起 Π 型絲至水膜剛好破裂的瞬間，表面張力Fα與彈簧的彈力P的大小相等。即有：

由式（3-2）得Fα=2α（L+d），由胡克定律知P=k·?x，代入上式整理得：

式中k——焦利彈簧秤的倔強系數，可由實驗測出；

?x——拉膜過程中焦利彈簧的最大伸長量，可由游標的位置計算出來；

L——Π型絲的寬度；

d——Π 型絲的直徑。

通常，與L相比d是很小的，以至于可以忽略不計，故上式可改寫為：

由上式可知，此實驗主要有兩項內容：一是測量焦利彈簧的倔強系數k，二是通過拉膜過程測出 ?x。