影響油墨轉移率的機械壓力分析

李凱

（西安廣播電視大學，陜西 西安710002）

從一定意義上講印刷過程就是解決承印物與油墨之間矛盾的過程[1]。要想將印版上的圖文油墨轉移到承印物上，就必須施加一定的機械壓力。

在油墨轉移的動態過程中，最佳的機械壓力應該是在保證印刷品質量的前提下，根據實際生產條件不斷調整得出的。掌握機械壓力與印刷油墨的轉移關系是控制印刷品質量的核心，也是本研究的關鍵所在。

1 油墨轉移原理

機械壓力一般是指在油墨轉移的過程中，壓印體在壓印面上所承受的壓力，它沿著壓印面的法向指向壓印面。機械壓力是實現油墨由印版轉移至承印物的基礎，也是設計印刷機時最重要的考慮因素[2]。

油墨從墨斗輥傳出后，經過勻墨輥勻墨，通過適當的機械壓力使油墨從印版轉向承印物表面[3]。在此過程中，機械壓力強迫油墨在滾筒的擠壓力下將連接料壓入紙張表面的纖維間隙，經固化、干燥而固結[4]，其余部分仍殘留在橡皮布上，整個過程如圖1 所示。

圖1 油墨轉移過程

2 實驗

印刷適性儀是一種能夠在實驗條件下模擬真實印刷過程的機器，它能夠模擬實際印刷過程中的不同條件,對各種承印材料進行實驗,并且能夠準確地評估油墨、紙張及多種承印材料在實際條件下的印刷適性。

2.1 實驗環境

本次實驗設備采用IGT-C1 膠印印刷適性儀，實驗環境模擬大多數實際生產條件：實驗室溫度為常溫（20±5）℃。實驗模擬速度為0.8m/s。

2.2 油墨轉移率的測定及計算方法

油墨轉移可以用油墨轉移率來表示，油墨轉移率是轉移到承印物上的墨量與涂覆在印版上的墨量之比。

表1 印刷油墨和紙張類型

實驗計算采用稱量法。假設印刷盤的凈質量為a，均勻涂布油墨后的質量為b，轉印后印刷盤的質量為c，印刷圖文面積為S。則：

根據式（1）（2）可以得出油墨轉移率f：

2.3 實驗數據

實驗數據如表2 所示。實驗中對三種紙張均保持恒定的印刷速度，每50N 改變一次機械壓力，每個實驗數據分別測量5 次，取平均值，盡可能的將測量浮動誤差消除[5]。

通常機械壓力在900N 以后，會因為壓力過大而對紙張內部纖維造成擠壓性破壞，破壞油墨在紙張內的自由滲透，造成油墨層黏糊在紙張表面，失去圖文復制效果。甚至機械壓力過大還會使紙張纖維被反拉回印版滾筒，造成紙張的撕裂性破壞。實驗中將機械壓力設定為100N-900N。未選擇50N 的原因是油墨轉移率過低，不能形成復制圖文。

3 數據擬合與分析

3.1 Excel 曲線建立及分析

圖2 印刷壓力與油墨轉移率的曲線圖

由圖2 可知，除銅版紙和新聞紙在350N 時油墨轉移率略有下降以外，三種紙張均隨著機械壓力的增大，油墨轉移率逐漸提升。油墨轉移率回落的原因可能是紙張本身性質造成的。

銅版紙的油墨轉移率曲線始終在三種紙張中保持在較高水平，當機械壓力達到700N 時，銅版紙油墨轉移率達到最大。在機械壓力由700N 提升至800N 的過程中，油墨轉移率始終維持在同一水平，此時可以將銅版紙的最佳機械壓力設定為700N，減小因摩擦磨損而造成的設備損耗。

新聞紙和膠版紙的機械壓力峰值分別為700N 和650N，兩種紙張整體所表現出的印刷適性基本相同。當機械壓力為650N時三種紙張出現了相同的油墨的轉移率，此時三種紙張表現出了相同的印刷適性。

三種紙張油墨轉移率關系如圖3。

圖3 不同紙張與油墨轉移關系

如圖3，相同機械壓力下，銅版紙的油墨轉移率均為最大，也就是說在相同的機械壓力下，銅版紙有更好的印刷表現。200N 時，銅版紙的油墨轉移率有較大提升，直線斜率增加。250N 時，直線的斜率達到最大，新聞紙和銅版紙的油墨轉移率之差也達到最大。

350N 時，新聞紙油墨轉移率有較大提升，膠版紙和新聞紙的油墨轉移率之差增大，直線斜率變大，膠版紙轉移率有所下降，此后，各紙張油墨轉移率之差相對穩定，650N 時，三條曲線幾乎出現重合。

機械壓力由400N-650N 增加過程中，銅版紙的斜率基本一致近似平行，油墨轉移率基本相同。在此期間，新聞紙和膠版紙，整體斜率達到最大，油墨轉移率有較大的提升。由圖3 可知，相同機械壓力下，膠版紙、新聞紙、銅版紙的油墨轉移率大體是呈上升趨勢的。

紙張平滑度是紙張特性的重要反應，三種紙張的紙張平滑度依次增加的，由此說明，表面越平滑的紙張越容易轉移油墨。

從整體效果看，銅版紙的油墨轉移率最高，最適合印刷，新聞紙次之，膠版紙油墨轉移率最低。

3.2 MATLAB 對曲線擬合

由于實驗中所獲取的數據均為離散值，因此本研究通過采用最小二乘法對機械壓力與油墨轉移的關系進行擬合，從而確定機械壓力與實際油墨量之間的對應關系。如圖4 所示，通過擬合方程能夠計算出100N-900N 之間任意機械壓力點的油墨轉移率。

圖4 MATLAB 擬合印刷壓力與油墨轉移率的擬合曲線

擬合方程如下：

膠版紙：

新聞紙：

銅版紙：

式中：

x- 機械壓力；

f- 油墨轉移率。

3.3 實驗結果分析

圖2，圖4 直觀展示出機械壓力與油墨曲線的對應關系，由于采用最小二乘法進行曲線擬合，它雖然保證了擬合曲線上的點與實際數據之間誤差的平方和最小但兩者之間仍有一定的偏差。

例如，350N 時銅版紙的實際油墨轉移率是0.370，而通過油墨轉移率方程得出的油墨轉移率為0.408，二者間差距較大，但實際轉印質量相差無幾。

由此可知，通過MATLAB 軟件的曲線擬合，不僅可以得到數學方程，更重要的是通過擬合曲線可以獲知任意機械壓力下的油墨轉移的近似值。

由圖2、圖3、圖4 曲線可知：三種紙張油墨轉移量均隨機械壓力的增大而增大，但都存在峰值，之后曲線都將回落。

對于銅版紙來說，油墨轉移率的增加相對于其他兩種紙張來說比較緩慢，在400N-650N，700-800N 之間均出現了一定的保持期，油墨轉移率表現基本相同，在達到峰值后，銅版紙的油墨轉移率減少量也明顯低于另外兩種紙張。

對于新聞紙來說，油墨轉移率一直隨著機械壓力的增加而不斷增大，機械壓力達到650N 左右時，油墨轉移率增加開始變緩，當機械壓力到達700N 時油墨轉移率開始略微回落減小。

對于膠版紙來說，油墨轉移率隨著機械壓力的增加而增大，兩次明顯回落點分別出現在機械壓力350N、700N。

4 結論

本文采用了一般印刷中常用的三種紙張：膠版紙、新聞紙、銅版紙為研究對象，通過MATLAB 軟件實現數據擬合，實現了將現有離散態的單點數據轉換為連續態的曲線描述，將非實驗點的定性描述轉化為定量描述，同時給出了三條曲線的數學方程。三條曲線都反映出機械壓力與油墨轉移存在一個各自的最佳范圍，機械壓力過高轉移率未必最大，三種紙張中，相同機械壓力下，膠版紙印刷適性最差，銅版紙具有較好的印刷表現。實驗結果能夠為任意機械壓力下油墨轉移率的獲取提供指導，也能夠為實際生產條件下的印刷品的控制提供借鑒。