柔性版干式热敏制版技术的发展及创新

赵嵩

自20世纪70年代初固体感光树脂版发明至今，柔性版版材及印刷技术得到了迅猛发展。但长期以来，溶剂型制版却成为柔印发展的一大瓶颈，动辄3～4小时的制版时间常常难以满足一些对时效要求高的印刷需求。

此外，柔性版制版中四氯乙烯和正丁醇混合溶剂曾被广泛用于洗版，这与柔印的环保理念相抵触，尤其是四氯乙烯具有毒性，其产生的刺激性气体在空气中的浓度只要达到百万分之一就可能被人嗅到。虽然这种混合溶剂在洗版品质和速度两方面的性能远高于低端环保溶剂，但由于成本较高及具有毒性，正在缓慢退出市场，而近年来出现的替代溶剂，仍无法解决困扰柔性版制版中的几个重大问题。

首先，洗版时间长。低端环保溶剂普遍对感光树脂的溶解能力较差，因此需要较长的洗版时间，而洗版时间延长，会造成版材因吸收溶剂而严重溶胀，厚度变化过大。

其次，不易烘干或烘干时间过长。目前国内市场上的低端环保溶剂采用的是国外20年前的配方，溶剂的挥发速度普遍较慢，以厚度为1.7mm的版材为例，大多需要3小时以上的烘干时间。同时，可能会由于烘干机温度不均，造成成品印版厚度波动较大，从而影响套印精度和产生诸多印刷故障。此外，多数低端环保溶剂仍然会挥发浓烈的气味，这让很多初次参观柔性版制版车间的人心有余悸。

为了解决柔性版制版的速度和环境问题，2000年采用无溶剂洗版方式的干式热敏制版技术（即FAST技术）首次推向市场，该技术凭借省时和环保等优势成为柔印技术发展史上的一个里程碑，并获得了美国柔印技术协会（FTA）的技术创新奖。

FAST技术之所以为干式热敏制版技术，是因为其不再需要溶剂和烘干，整个生产流程中没有溶剂出现，所以称其“干式”；而版材是被加热后除去未曝光部分，所以称其“热敏”。图1所示是杜邦公司推出的Cyrel FAST干式热敏制版机。下面，笔者就简要介绍一下干式热敏制版技术和Cyrel？ FAST制版系统。

采用干式热敏制版技术所使用的版材（以下简称“热敏版”）与溶剂型柔性版有所不同，未曝光的感光树脂在一定温度下会融化，而经UVA曝光的部分则因发生光聚合反应而不会出现这种现象。为去除未感光部分的树脂，需要将版材加热软化，然后用无纺布将软化的树脂从版材上剥离下来。图2是Cyrel FAST干式热敏制版机的内部结构示意图，版材包在印版滚筒上进行“干洗”成像，蓝色细线圈定的装置是红外加热器，用来加热版材。显影辊确保无纺布和版材充分接触，同时自身也带有加热装置，可以在短时间内加热到268℃以上。所有热敏版材的洗版重要参数都已经过基于6 Sigma试验设计（DOE）方法进行优化，由于预置了所有版材的洗版参数，操作起来为简单。

简单地讲，热敏技术的核心是高分子感光材料技术及设备技术，从工艺流程上看，我们更习惯将其作为制版流程中的洗版过程。随着柔性版激光雕刻技术的普及，激光雕刻成像、热敏方式洗版成为目前最快速制作高质量印版的实用技术。此外，配合热敏技术，带有冷却台面和灯管能量检测功能的曝光设备（如图3）首次出现，解决了制版中造成网点大小波动的一个重要问题，同时也有利于制作浮雕高度更为精准的印版。时至今日，国内最大的几家柔性版制版和印刷公司都装备了配有温控系统的曝光设备，这也得益于热敏技术的推广。

图4是溶剂型激光版和FAST热敏激光版在制版过程中各阶段的时间对比（具体时间与使用的版材厚度、溶剂种类及制版设备性能有关），该对比数据以厚度为1.14mm、尺寸为1067mm×1524mm的柔性版，使用CDI Spark XT 4260 Optics 40雕刻机获得。从图4可以看出，与溶剂型柔性版制版系统相比，FAST制版系统可以缩短70%～80%生产周期，如果使用更快的激光雕刻机，则整个制版流程的时间可以进一步缩短。

从热敏版的特性和制版工艺中我们不难发现，热敏版具有独特的技术优势。第一，极大缩短了制版周期，提高了生产效率；第二，不使用有机溶剂，同时免去了作为危险溶剂的仓储、运输、回收，降低了生产成本，减少了对环境的污染，也让生产和储存环境更加安全；第三，缩短了制版流程，有利于品质控制和管理；第四，印版尺寸稳定，重复性好，避免了传统印版因冲洗和烘干造成的厚度波动，成品印版具有高度均匀性，可确保高品质印刷；第五，减少了设备投资和人力消耗，节省生产场地。相对溶剂型制版系统而言，热敏制版系统生产场地占用空间大大缩小，对于制作相同尺寸的印版，热敏制版系统的投资更少，在大量的投资和回报研究中，该系统展示了绝对的优势。而从生产角度看，印刷企业无需提前制作备用版，在印刷过程中可以随时使用热敏制版系统补做印版，而不用担心漫长的等待时间。

2008年，由Five Winds International公司和多所大学共同研究做出的关于柔印和凹印生命周期评估报告中，对溶剂型制版和热敏制版做了详细研究。报告中提到，在制版过程中，热敏制版的不可再生能源消耗比溶剂型制版减少了60%，温室气体排放量减少了51%（如图5）。

2004年，中型尺寸（1024mm×1524mm）的热敏制版机为了适应宽幅印刷市场的需求而推出，同时该机首次采用了催化氧化装置（CATOX），其类似于各类汽车的尾气处理中普遍使用的三元催化器，能够将设备工作过程中产生的有害气体回收，并使用催化氧化装置将有害气体完全处理掉，排放到空气中的气体主要为无害的二氧化碳等气体。实际使用中，操作环境及排放气体几乎没有任何异味，得到了用户的广泛认可。

另外，该机采用了新型无纺布，提升了对细小网点、反白区域的清洁能力，同时大大减轻了无纺布重量，降低了操作难度。

在drupa2012上，热敏制版技术再次成为热点，超大尺寸（1270mm×2032mm）的洗版机热敏套筒技术的推出标志着热敏制版技术的进一步提升。

最大制版尺寸为1270mm×2032mm的制版机，是目前业内最大幅面的制版设备，对于雕刻和曝光后的厚度为1.14mm的柔性版，仅需15分钟左右的处理时间就可以上机印刷，这也使其同时也成为速度最快和效率最高的洗版机。该机内部结构不是简单重复以往技术，而是做了重大的技术改进，并申请了多项专利。例如，最新的专利包含一个全新设计的硬性滚筒，配合定位针的设计，可以根据版材长度自动调整定位针的位置，同时滚筒不再使用以往的压敏涂层固定版材，而是增加了一个可以根据版材长度而固定版材的定位针系统。这种改进带来的主要好处是，日常不需要对滚筒进行维护和保养，提升了设备稳定性。 其次，改进了以往由红外线加热器加热的工作方式，而改为了热风喷射的工作方式，这种改进去除了以往加热辊对版材的压力，极大地提升了洗版机对细小线条、网点的清洁能力，制版品质尤其是精细部分的网点再现等同甚至超越了溶剂型制版的品质。

而热敏无缝套筒制版技术是针对包装印刷领域对无缝技术的需求而开发的，解决了以往柔性版无缝版印刷精度低、制作周期长、成本高的问题。图6所示为热敏无缝套筒制版机。由于从原料开始，树脂版就以圆筒方式加工，所以热敏套筒版拥有诸多单片型印版无法比拟的优势，例如，极其出色的套准精度，不需要贴版设备和材料，可以实现真正意义上的无缝印刷。以笔者手中的实际印刷产品而言，在高品质印刷设备的配合下，以400m/min速度生产的软包装产品，热敏套筒版的四色套色误差可以小于0.1mm。

除了制版设备的变化，新型版材的出现也让用户有了更多的选择。由于柔性版印刷涉及的领域极其广泛，到目前还没有一种版材能够满足所有的印刷需求。根据不同的印刷需求和印刷条件，热敏版材也发展出了多种新版材供客户使用，客户可以根据印刷材质、加网线数、实地要求、耐印率等要求选择合适的版材。

虽然在过去的10年里，柔性版热敏制版技术得到了长足的发展，但技术的进步并没有停止，印刷领域对更高的印刷品质、更快的制版速度和更低成本的追求是没有止境的，我们期待看到热敏技术的下一次飞跃。