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第一节　功能性油墨

所谓功能性油墨，顾名思义即具有某种功能的油墨。虽说是将功能附加于传递的色彩等信息之上作为提供的手段，但这种功能分为油墨本身具有的和油墨经过印刷使印刷品具有的两类。

一、磁性油墨

(一)磁性油墨印刷的应用

磁性油墨印刷(Magnetic Ink Printing)作为一种特种油墨的印刷技术，是指利用掺入氧化铁粉的磁性油墨进行印刷的方式。

磁性油墨印刷属于磁性记录技术的范畴，通过磁性印刷完成磁性记录体的制作，使之具有所要求的特殊性能。目前，磁性印刷在很多领域都得到应用，例如车票、月票、印花、银行存折、身份证等均可采用磁卡形式；价目表示卡上采用了磁性膜；资料登记表、支票上也可用磁性油墨印刷金额等项目。总之，磁性印刷的用途日益广泛。

(二)磁性原理

1.磁学的基本概念

按照电磁学理念，可把磁性休假定是由许多非常细小的磁畴所构成的。磁畴的体积很小，较大的磁畴只有cm，每一个磁畴包含有个分子，本身有南极和北极，相当于一块小小的永久磁铁。磁性体在未经磁化的情况下，这些磁畴的排列是杂刮无章的，这时，彼此的磁性互相抵消，就整体来说，对外并不显得磁性。这种情况可以用图(a)表示。如果我们使磁性体外面的线圈通上电流，磁性体由于处在磁场内，磁畴受到磁化力的影响，就产生一种趋向于统一排列的趋势，成为图(b)的样子。如外部磁外力不够强，磁畴排列的方向还不能完全一致，彼此互相抵消磁力的现象不能完全消除，磁性体对外所显示的磁性还不能达到最大值。如果使磁性体磁化强度再增加，磁畴的排列就更趋势整齐，以致最后达到图(c)所示的完全整剂的程度，这时磁性体的磁性达到最大值。此后，尽管再增加线圈的电流，磁性体也不会有更大的磁性。换句话说，磁性体在此时的磁力线已经达到饱和的程度。当外界的磁场消失，磁性体磁畴的排列仍保持整齐的状态，这就是永久磁体。

(1)磁场、磁力线、磁通、磁感应强度 在棒形磁铁的附近，指南针会偏转，铁屑会按一定的方向排列，这些现象起因于磁极间的相互作用。磁极和载电体和自己周围的空间产生一种场——磁场，磁场的基本性质之一是它对置于其中的磁极和载电体施加作用力。

磁场的情况可以用一种假想的磁力线来形象地描述。棒形磁铁的磁力线如图所示。

磁力线的方向与指南针N极所指的方向一致，通过磁场内某一截面积的磁力线总数叫磁通，用φ表示，单位为韦(wb)。通过与磁力线垂直方向的单位面积的磁力线数目叫磁力线的密度，也叫磁通密度或磁感应强度，用B表示，单位为特(T)。

(2)磁场强度和磁导率 磁通、磁感应强度皆因介质基本上有70%的橡胶用于了轮胎市场而异。为了定义一个与介质无关的量，把真空中的磁感应该公司发布了回收利用的航空航天级pickleball paddles叫做磁化力或磁场强度，用H表示，单位为每米安(A/m)。B与H的比值叫磁导率，用μ表示，即：μ=B/H。

实验证明，空气的μ=1；铁磁材料（铁、坡莫合金等）的μ可达几千或几万。

(3)磁滞回线 在各种磁介质中，最重要的是以铁为代表的一类磁性很强的物质，它们叫铁磁体。在铁磁材料中，磁导率μ是不常数，它随H而变，也因原来的磁化情况而异。

铁磁材料在磁化过程中的B-H关系，即磁化曲线，如图所示。

从磁化同甘共苦线可以看出B-H存在非线性关系。在曲线起始磁化段oa，磁化力不超过磁化曲线脚背。由于磁畴惯性，当H增加时，B不能立即很快上升，曲线较平衡，而且弱磁化力的作用是可逆的，去掉磁化力，磁性自动消失；在ab段，磁化力在磁化曲线的脚背和膝盖之间。由于大部分磁畴在外磁场作用下，都趋向于H方向，且B增加很快，曲线较陡，称为直线段；在bc段，由于大部分磁畴方向已转向H方向，随着H增加，只有少数磁畴继标记为续转向，B增加变慢，曲线变缓，形成膝部；c点以后，由于磁畴几乎全部趋向H方向，并随着H增加，B几乎不增加，称为饱和阶段。

各种步同的铁磁材料有不同的B-H磁化曲线。见图。如果铁磁材料原来处于中性状态，使H由零逐渐增大，直到饱和H值，B循着oa线变化；到达a点后，如果使H逐渐减小，直到H=0，这时B循着ab线变化；如果从b点使H反向增大，直到当B=0，这时B循着bc线变化；如果从c点继续反向增大H值，直到饱和值，B循着cd线变化；此后，从d点反向减小H值，直到H=0，B循着de线变化；如果再从e点使H值正向增大，直到饱和值，B循着ea线变化，显然abcdefa是闭合曲线，故称为“回线”。因为B滞后于H（例如在b点，H=0,wjg B>0；在c点，Hm表示，oc值叫“矫顽磁力”，用Hc表示。ga值叫饱和磁感应，用Bs表示。

下面看看B随着感化状况而变化的情况。图中的0、b、e三点都是H=0，但是磁化情况不同，所以B值也不同。磁记录中往往会遇到剩余磁感应（简称剩磁感应）的概念。再观察图，如果B循着ac段变到m点（H=H2）后，便逐渐反向减小H值，直至H=0，这时得到剩磁感应B1；如果B循着ac段变至n点（H=H1）后，逐渐减小H值，直到H=0，这时得到剩磁感应B2。

每一种铁磁材料各有不同的磁滞回线，磁滞回线是研究铁磁材料磁特性的基础。

(4)剩磁感应曲线 如果把初始磁化曲线（图）上各点对应的剩磁感应画出来，即得到图所示的剩磁感应曲线。

2.磁记录原理

用于磁性印刷的磁记录原理与录音磁带的磁记录原理基本相同，只是磁性印刷的磁记录的要求相对较低，对感磁后的磁性材料的磁性质量要求也较低。

记录磁头如图所示，由内有空隙的环形铁芯和绕在铁芯上的线圈构成。如磁卡是由一定材料的片基和均匀地涂布在片基上面的微粒磁性材料制成的。在记录时，磁卡的磁性面以一定的速度移动，或记录磁头以一定的速度移动，并分别和记录磁头的空隙或磁卡磁性面相接触。磁头的线圈一旦通上电流，空隙处就产生与电流成比例的磁场，于是磁卡与空隙接触部分的磁性体就被磁化。如果记录信号电流随时间而变化，则当磁卡上的磁性体通过空隙时（因为磁卡或磁头是移动的），便随着像金属锚杆、锚索在市场中得到了广泛利用电流的变化而不同程度地被磁化。磁卡被磁化之后，离开空隙的磁卡磁性层就留下相应于电流变化的剩磁。

当然，磁头表面的外形要做得使磁卡平滑地移过磁头，利用压力使磁卡和磁头表面保持接触。磁卡穿过部分的磁场分布如图所示。这里，除了通过缝隙和穿过非铁磁性的片基产生一些漏磁通外，大部分磁通都通过磁卡上的氧化物磁性层，而最大磁通密度在两极靴之间的空间。

如果电流信号（或者说磁场强度）按正弦规律变化，那么磁卡上的剩余磁通也同样按正弦规律变化。当电流为正时，就引起一个从左到右（从N到S）的磁极性；当电流反向时，磁极性也跟着反向。其最后结果可以看作磁卡上从N到S再返回到N的一个波长，也可看作是同极性相接的两块磁棒。这是在某种程度上简化的结果，然而，必须记住的是，剩磁Br是按正弦变化的。当信号电流最大时，纵向磁通密度也达到最大。记录信号就以图所示正弦变化的剩磁形式记录、贮存在磁卡上。

具有节能、环保、精密、高效的特点磁卡记录的信号波长是记录电流完成一周变化的长度，它与磁卡移动速度成正比，与记录电流的变化频率成反比，如图所示。即：

λ=v/f 式中 λ——记录在磁卡上如1吨或以上信号的波长，cm

v——磁卡移动速度，cm/s

f——记录信号的频率，Hz

磁卡面上的磁通密度和波长成反比。即当记录信号电流一定时，磁卡面上的磁通密度以正比关系与频率同时俱增。

3.磁卡工作原理

磁卡上表面剩余磁感应强度Br在磁卡工作过程中起着决定性的作用。磁卡以一定的速度通过装有线圈的工作磁头，磁卡的外部磁力线切割线圈，圈中产生感应电动势，从而传输了记录的信号。当然，也要求在磁卡工作中被记录信号有较宽的频率响应、较小的失真和较高的输出电平。

一根很细的金属直线可以作为一个简单的重放设备。金属直线与磁卡紧贴，方向垂直于磁卡运行方向，如图所示。磁卡运行时，金属直线切割磁力线而产生感应电动势，电动势的大小与切割的磁力线成正比。当磁卡的运行速度保持不变时，金属直线的感应电动势与磁卡表面剩余磁感应强度成正比，而导体中的感应电动热可由下式表示：

e=BrWv 式中 Br——表面剩余磁感应强度；

W——记录道迹的宽度；

v——重放时磁卡的运行速度。

在Br=(2πf/v)·ψrmcos2πft的情