影響油墨轉(zhuǎn)移率的機(jī)械壓力分析

李凱

（西安廣播電視大學(xué)，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(zhuǎn)移到承印物上，就必須施加一定的機(jī)械壓力。

在油墨轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)過程中，最佳的機(jī)械壓力應(yīng)該是在保證印刷品質(zhì)量的前提下，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件不斷調(diào)整得出的。掌握機(jī)械壓力與印刷油墨的轉(zhuǎn)移關(guān)系是控制印刷品質(zhì)量的核心，也是本研究的關(guān)鍵所在。

1 油墨轉(zhuǎn)移原理

機(jī)械壓力一般是指在油墨轉(zhuǎn)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(jī)械壓力是實(shí)現(xiàn)油墨由印版轉(zhuǎn)移至承印物的基礎(chǔ)，也是設(shè)計(jì)印刷機(jī)時(shí)最重要的考慮因素[2]。

油墨從墨斗輥傳出后，經(jīng)過勻墨輥勻墨，通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)械壓力使油墨從印版轉(zhuǎn)向承印物表面[3]。在此過程中，機(jī)械壓力強(qiáng)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(jīng)固化、干燥而固結(jié)[4]，其余部分仍殘留在橡皮布上，整個(gè)過程如圖1 所示。

圖1 油墨轉(zhuǎn)移過程

2 實(shí)驗(yàn)

印刷適性儀是一種能夠在實(shí)驗(yàn)條件下模擬真實(shí)印刷過程的機(jī)器，它能夠模擬實(shí)際印刷過程中的不同條件,對(duì)各種承印材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并且能夠準(zhǔn)確地評(píng)估油墨、紙張及多種承印材料在實(shí)際條件下的印刷適性。

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

本次實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用IGT-C1 膠印印刷適性儀，實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬大多數(shù)實(shí)際生產(chǎn)條件：實(shí)驗(yàn)室溫度為常溫（20±5）℃。實(shí)驗(yàn)?zāi)M速度為0.8m/s。

2.2 油墨轉(zhuǎn)移率的測(cè)定及計(jì)算方法

油墨轉(zhuǎn)移可以用油墨轉(zhuǎn)移率來表示，油墨轉(zhuǎn)移率是轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)計(jì)算采用稱量法。假設(shè)印刷盤的凈質(zhì)量為a，均勻涂布油墨后的質(zhì)量為b，轉(zhuǎn)印后印刷盤的質(zhì)量為c，印刷圖文面積為S。則：

根據(jù)式（1）（2）可以得出油墨轉(zhuǎn)移率f：

2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。實(shí)驗(yàn)中對(duì)三種紙張均保持恒定的印刷速度，每50N 改變一次機(jī)械壓力，每個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別測(cè)量5 次，取平均值，盡可能的將測(cè)量浮動(dòng)誤差消除[5]。

通常機(jī)械壓力在900N 以后，會(huì)因?yàn)閴毫^大而對(duì)紙張內(nèi)部纖維造成擠壓性破壞，破壞油墨在紙張內(nèi)的自由滲透，造成油墨層黏糊在紙張表面，失去圖文復(fù)制效果。甚至機(jī)械壓力過大還會(huì)使紙張纖維被反拉回印版滾筒，造成紙張的撕裂性破壞。實(shí)驗(yàn)中將機(jī)械壓力設(shè)定為100N-900N。未選擇50N 的原因是油墨轉(zhuǎn)移率過低，不能形成復(fù)制圖文。

3 數(shù)據(jù)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(zhuǎn)移率的曲線圖

由圖2 可知，除銅版紙和新聞紙?jiān)?50N 時(shí)油墨轉(zhuǎn)移率略有下降以外，三種紙張均隨著機(jī)械壓力的增大，油墨轉(zhuǎn)移率逐漸提升。油墨轉(zhuǎn)移率回落的原因可能是紙張本身性質(zhì)造成的。

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

新聞紙和膠版紙的機(jī)械壓力峰值分別為700N 和650N，兩種紙張整體所表現(xiàn)出的印刷適性基本相同。當(dāng)機(jī)械壓力為650N時(shí)三種紙張出現(xiàn)了相同的油墨的轉(zhuǎn)移率，此時(shí)三種紙張表現(xiàn)出了相同的印刷適性。

三種紙張油墨轉(zhuǎn)移率關(guān)系如圖3。

圖3 不同紙張與油墨轉(zhuǎn)移關(guān)系

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

350N 時(shí)，新聞紙油墨轉(zhuǎn)移率有較大提升，膠版紙和新聞紙的油墨轉(zhuǎn)移率之差增大，直線斜率變大，膠版紙轉(zhuǎn)移率有所下降，此后，各紙張油墨轉(zhuǎn)移率之差相對(duì)穩(wěn)定，650N 時(shí)，三條曲線幾乎出現(xiàn)重合。

機(jī)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(zhuǎn)移率基本相同。在此期間，新聞紙和膠版紙，整體斜率達(dá)到最大，油墨轉(zhuǎn)移率有較大的提升。由圖3 可知，相同機(jī)械壓力下，膠版紙、新聞紙、銅版紙的油墨轉(zhuǎn)移率大體是呈上升趨勢(shì)的。

紙張平滑度是紙張?zhí)匦缘闹匾磻?yīng)，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?jiān)饺菀邹D(zhuǎn)移油墨。

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

3.2 MATLAB 對(duì)曲線擬合

由于實(shí)驗(yàn)中所獲取的數(shù)據(jù)均為離散值，因此本研究通過采用最小二乘法對(duì)機(jī)械壓力與油墨轉(zhuǎn)移的關(guān)系進(jìn)行擬合，從而確定機(jī)械壓力與實(shí)際油墨量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖4 所示，通過擬合方程能夠計(jì)算出100N-900N 之間任意機(jī)械壓力點(diǎn)的油墨轉(zhuǎn)移率。

圖4 MATLAB 擬合印刷壓力與油墨轉(zhuǎn)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(jī)械壓力；

f- 油墨轉(zhuǎn)移率。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖2，圖4 直觀展示出機(jī)械壓力與油墨曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于采用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，它雖然保證了擬合曲線上的點(diǎn)與實(shí)際數(shù)據(jù)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(shí)銅版紙的實(shí)際油墨轉(zhuǎn)移率是0.370，而通過油墨轉(zhuǎn)移率方程得出的油墨轉(zhuǎn)移率為0.408，二者間差距較大，但實(shí)際轉(zhuǎn)印質(zhì)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(shù)學(xué)方程，更重要的是通過擬合曲線可以獲知任意機(jī)械壓力下的油墨轉(zhuǎn)移的近似值。

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

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

對(duì)于新聞紙來說，油墨轉(zhuǎn)移率一直隨著機(jī)械壓力的增加而不斷增大，機(jī)械壓力達(dá)到650N 左右時(shí)，油墨轉(zhuǎn)移率增加開始變緩，當(dāng)機(jī)械壓力到達(dá)700N 時(shí)油墨轉(zhuǎn)移率開始略微回落減小。

對(duì)于膠版紙來說，油墨轉(zhuǎn)移率隨著機(jī)械壓力的增加而增大，兩次明顯回落點(diǎn)分別出現(xiàn)在機(jī)械壓力350N、700N。

4 結(jié)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(duì)象，通過MATLAB 軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)擬合，實(shí)現(xiàn)了將現(xiàn)有離散態(tài)的單點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)態(tài)的曲線描述，將非實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的定性描述轉(zhuǎn)化為定量描述，同時(shí)給出了三條曲線的數(shù)學(xué)方程。三條曲線都反映出機(jī)械壓力與油墨轉(zhuǎn)移存在一個(gè)各自的最佳范圍，機(jī)械壓力過高轉(zhuǎn)移率未必最大，三種紙張中，相同機(jī)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(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠?yàn)槿我鈾C(jī)械壓力下油墨轉(zhuǎn)移率的獲取提供指導(dǎo)，也能夠?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)條件下的印刷品的控制提供借鑒。