影响油墨转移率的机械压力分析

李凯

（西安广播电视大学，陕西 西安710002）

从一定意义上讲印刷过程就是解决承印物与油墨之间矛盾的过程[1]。要想将印版上的图文油墨转移到承印物上，就必须施加一定的机械压力。

在油墨转移的动态过程中，最佳的机械压力应该是在保证印刷品质量的前提下，根据实际生产条件不断调整得出的。掌握机械压力与印刷油墨的转移关系是控制印刷品质量的核心，也是本研究的关键所在。

1 油墨转移原理

机械压力一般是指在油墨转移的过程中，压印体在压印面上所承受的压力，它沿着压印面的法向指向压印面。机械压力是实现油墨由印版转移至承印物的基础，也是设计印刷机时最重要的考虑因素[2]。

油墨从墨斗辊传出后，经过匀墨辊匀墨，通过适当的机械压力使油墨从印版转向承印物表面[3]。在此过程中，机械压力强迫油墨在滚筒的挤压力下将连接料压入纸张表面的纤维间隙，经固化、干燥而固结[4]，其余部分仍残留在橡皮布上，整个过程如图1 所示。

图1 油墨转移过程

2 实验

印刷适性仪是一种能够在实验条件下模拟真实印刷过程的机器，它能够模拟实际印刷过程中的不同条件,对各种承印材料进行实验,并且能够准确地评估油墨、纸张及多种承印材料在实际条件下的印刷适性。

2.1 实验环境

本次实验设备采用IGT-C1 胶印印刷适性仪，实验环境模拟大多数实际生产条件：实验室温度为常温（20±5）℃。实验模拟速度为0.8m/s。

2.2 油墨转移率的测定及计算方法

油墨转移可以用油墨转移率来表示，油墨转移率是转移到承印物上的墨量与涂覆在印版上的墨量之比。

表1 印刷油墨和纸张类型

实验计算采用称量法。假设印刷盘的净质量为a，均匀涂布油墨后的质量为b，转印后印刷盘的质量为c，印刷图文面积为S。则：

根据式（1）（2）可以得出油墨转移率f：

2.3 实验数据

实验数据如表2 所示。实验中对三种纸张均保持恒定的印刷速度，每50N 改变一次机械压力，每个实验数据分别测量5 次，取平均值，尽可能的将测量浮动误差消除[5]。

通常机械压力在900N 以后，会因为压力过大而对纸张内部纤维造成挤压性破坏，破坏油墨在纸张内的自由渗透，造成油墨层黏糊在纸张表面，失去图文复制效果。甚至机械压力过大还会使纸张纤维被反拉回印版滚筒，造成纸张的撕裂性破坏。实验中将机械压力设定为100N-900N。未选择50N 的原因是油墨转移率过低，不能形成复制图文。

3 数据拟合与分析

3.1 Excel 曲线建立及分析

图2 印刷压力与油墨转移率的曲线图

由图2 可知，除铜版纸和新闻纸在350N 时油墨转移率略有下降以外，三种纸张均随着机械压力的增大，油墨转移率逐渐提升。油墨转移率回落的原因可能是纸张本身性质造成的。

铜版纸的油墨转移率曲线始终在三种纸张中保持在较高水平，当机械压力达到700N 时，铜版纸油墨转移率达到最大。在机械压力由700N 提升至800N 的过程中，油墨转移率始终维持在同一水平，此时可以将铜版纸的最佳机械压力设定为700N，减小因摩擦磨损而造成的设备损耗。

新闻纸和胶版纸的机械压力峰值分别为700N 和650N，两种纸张整体所表现出的印刷适性基本相同。当机械压力为650N时三种纸张出现了相同的油墨的转移率，此时三种纸张表现出了相同的印刷适性。

三种纸张油墨转移率关系如图3。

图3 不同纸张与油墨转移关系

如图3，相同机械压力下，铜版纸的油墨转移率均为最大，也就是说在相同的机械压力下，铜版纸有更好的印刷表现。200N 时，铜版纸的油墨转移率有较大提升，直线斜率增加。250N 时，直线的斜率达到最大，新闻纸和铜版纸的油墨转移率之差也达到最大。

350N 时，新闻纸油墨转移率有较大提升，胶版纸和新闻纸的油墨转移率之差增大，直线斜率变大，胶版纸转移率有所下降，此后，各纸张油墨转移率之差相对稳定，650N 时，三条曲线几乎出现重合。

机械压力由400N-650N 增加过程中，铜版纸的斜率基本一致近似平行，油墨转移率基本相同。在此期间，新闻纸和胶版纸，整体斜率达到最大，油墨转移率有较大的提升。由图3 可知，相同机械压力下，胶版纸、新闻纸、铜版纸的油墨转移率大体是呈上升趋势的。

纸张平滑度是纸张特性的重要反应，三种纸张的纸张平滑度依次增加的，由此说明，表面越平滑的纸张越容易转移油墨。

从整体效果看，铜版纸的油墨转移率最高，最适合印刷，新闻纸次之，胶版纸油墨转移率最低。

3.2 MATLAB 对曲线拟合

由于实验中所获取的数据均为离散值，因此本研究通过采用最小二乘法对机械压力与油墨转移的关系进行拟合，从而确定机械压力与实际油墨量之间的对应关系。如图4 所示，通过拟合方程能够计算出100N-900N 之间任意机械压力点的油墨转移率。

图4 MATLAB 拟合印刷压力与油墨转移率的拟合曲线

拟合方程如下：

胶版纸：

新闻纸：

铜版纸：

式中：

x- 机械压力；

f- 油墨转移率。

3.3 实验结果分析

图2，图4 直观展示出机械压力与油墨曲线的对应关系，由于采用最小二乘法进行曲线拟合，它虽然保证了拟合曲线上的点与实际数据之间误差的平方和最小但两者之间仍有一定的偏差。

例如，350N 时铜版纸的实际油墨转移率是0.370，而通过油墨转移率方程得出的油墨转移率为0.408，二者间差距较大，但实际转印质量相差无几。

由此可知，通过MATLAB 软件的曲线拟合，不仅可以得到数学方程，更重要的是通过拟合曲线可以获知任意机械压力下的油墨转移的近似值。

由图2、图3、图4 曲线可知：三种纸张油墨转移量均随机械压力的增大而增大，但都存在峰值，之后曲线都将回落。

对于铜版纸来说，油墨转移率的增加相对于其他两种纸张来说比较缓慢，在400N-650N，700-800N 之间均出现了一定的保持期，油墨转移率表现基本相同，在达到峰值后，铜版纸的油墨转移率减少量也明显低于另外两种纸张。

对于新闻纸来说，油墨转移率一直随着机械压力的增加而不断增大，机械压力达到650N 左右时，油墨转移率增加开始变缓，当机械压力到达700N 时油墨转移率开始略微回落减小。

对于胶版纸来说，油墨转移率随着机械压力的增加而增大，两次明显回落点分别出现在机械压力350N、700N。

4 结论

本文采用了一般印刷中常用的三种纸张：胶版纸、新闻纸、铜版纸为研究对象，通过MATLAB 软件实现数据拟合，实现了将现有离散态的单点数据转换为连续态的曲线描述，将非实验点的定性描述转化为定量描述，同时给出了三条曲线的数学方程。三条曲线都反映出机械压力与油墨转移存在一个各自的最佳范围，机械压力过高转移率未必最大，三种纸张中，相同机械压力下，胶版纸印刷适性最差，铜版纸具有较好的印刷表现。实验结果能够为任意机械压力下油墨转移率的获取提供指导，也能够为实际生产条件下的印刷品的控制提供借鉴。