墨層厚度與密度關(guān)系研究

王靜 司占軍

20世紀(jì)以后，隨著新技術(shù)、新材料等印刷科技的發(fā)展，印刷品質(zhì)量也得到了突飛猛進(jìn)的提高，客戶對(duì)印刷品質(zhì)量的要求也越來越高。但是印刷是一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，即使印刷設(shè)備的自動(dòng)化水平越來越高，也難免有一些印刷工序各環(huán)節(jié)銜接不當(dāng)，或者其他一些隨機(jī)性的因素。而影響印刷品質(zhì)量的最重要的兩個(gè)因素就是墨層厚度和密度。印刷企業(yè)都希望能用最少的墨量來實(shí)現(xiàn)最佳印刷色彩再現(xiàn)效果的目的，這樣不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本，還能保障印刷產(chǎn)品的質(zhì)量。但是，供墨量的不同，就會(huì)造成印刷品密度的差異，而密度值又是圖像的印刷相對(duì)反差K值、層次階調(diào)的決定性因素，對(duì)網(wǎng)點(diǎn)覆蓋率、灰平衡等特性有著非常重要的影響。理論上，供墨量少，會(huì)導(dǎo)致墨層厚度較薄，造成印品顏色較淡，密度值小;相反，供墨量多，就會(huì)導(dǎo)致墨層厚度較厚，造成印品顏色深，密度值大。

基于上述原因，本文設(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)，所用儀器為印刷適性儀，通過在銅版紙樣條上印刷青色油墨，重復(fù)進(jìn)行了36次實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而用X-Rite 528分光密度計(jì)測(cè)量得出36個(gè)密度值，建立其墨層厚度與密度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系得到經(jīng)驗(yàn)方程;通過VC++ 6.0編程軟件把上述的數(shù)學(xué)關(guān)系編寫成程序，成功運(yùn)行得到多組D_∞和m值并最終確定D_∞和m值;再次用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)方程的準(zhǔn)確性，其結(jié)果對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐將產(chǎn)生十分重要的意義。

墨層厚度與密度的關(guān)系

1.墨層厚度與密度的關(guān)系

油墨的顏色和所用顏料的特性及其濃度、墨層厚度等決定了墨膜對(duì)光的吸收特性。印刷生產(chǎn)過程中，只有墨層厚度是一個(gè)不可控量，油墨的色相和濃度是可控量，由油墨多少?zèng)Q定。如圖1反映的關(guān)系，但是并不是墨層厚度增加，密度值就會(huì)隨之增加，它的增加是有一定范圍的。

2.經(jīng)驗(yàn)方程內(nèi)容

油墨密度的變化的產(chǎn)生均是油墨本身的性質(zhì)造成的，使得密度值與密度不成正比關(guān)系，而是顯示出一種非常復(fù)雜的關(guān)系，而且還和印刷用紙?zhí)匦杂泻艽蟮年P(guān)系。實(shí)際上，密度D在油墨墨層厚度l增加的一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)隨墨層厚度增加的現(xiàn)象，大部分紙張的密度在墨層厚度是10微米左右的時(shí)候就實(shí)現(xiàn)了飽和狀態(tài)，此時(shí)的密度值就是最大密度值，也就是說即使墨層厚度再增加，密度值也不會(huì)再有明顯的增加?，F(xiàn)在假設(shè)飽和狀態(tài)時(shí)的最大密度值為D_∞，那么就可以寫出下面的經(jīng)驗(yàn)方程：

小結(jié)

密度與墨層厚度在某個(gè)范圍內(nèi)成比例增加，但是超過了這個(gè)規(guī)定的范圍后，墨層厚度即使增加，密度也不會(huì)增加。所以，密度與墨層厚度的線性關(guān)系并不是一直成立的，正如圖1所描述的那樣，當(dāng)墨層厚度小于某一數(shù)值時(shí)線性關(guān)系還是成立的。在膠印印刷中，我們印刷時(shí)一般使用4微米左右墨層厚度。如果印刷6微米左右墨層厚度，我們能夠看出此時(shí)的曲線將趨于較平坦，也就是說，此時(shí)的密度就是油墨的最大密度值，墨層厚度再大，密度值也不會(huì)有所增加。因此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究分析墨層厚度及密度之間的關(guān)系，不但對(duì)印刷品復(fù)制顏色效果的提升以及控制印刷品的質(zhì)量有著十分重要的作用，而且也為專色油墨配色理論的改善以及油墨配色原則奠定了良好的基礎(chǔ)。

油墨墨層厚度與印刷密度的關(guān)系研究

實(shí)驗(yàn)

①實(shí)驗(yàn)儀器

荷蘭AIC2-5T2000印刷適性儀;美國(guó)愛色麗X-Rite 528分光光度計(jì);IGT精量注墨器;IGT Testing Systems供墨表。

②實(shí)驗(yàn)材料

天獅牌亮光快干青色油墨;銅版紙128g/m2。

③實(shí)驗(yàn)因素

印刷環(huán)境溫度為23℃±1℃，印刷環(huán)境相對(duì)濕度50%±2%，印刷壓力為625N，印刷速度為0.2m/s。

④實(shí)驗(yàn)步驟

本次實(shí)驗(yàn)先是通過AIC2-5T2000印刷適性儀將青色油墨轉(zhuǎn)移到紙張樣條上，因?yàn)檗D(zhuǎn)移時(shí)用的是精量注墨器，所以轉(zhuǎn)移時(shí)的墨量是已知的，假設(shè)供墨表上墨量和墨層厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系是正確的，則墨層厚度也是已知的，然后用分光光度計(jì)測(cè)量測(cè)量密度。

⑤上機(jī)印刷

A.將銅版紙切成36條50mm×340mm紙張樣條，為了排除其他因素的干擾，取12組墨量，對(duì)應(yīng)12組墨層厚度，每組印刷3次，得到36個(gè)密度值，取每組中印刷精度最高的一個(gè)密度值作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

B.實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將IGT精量注墨器注滿油墨。

C.然后使用IGT精量注墨器按照表1中的墨量進(jìn)行涂墨，在勻墨儀上勻墨10s，10s后用擦紙沾著洗車水把印刷盤擦洗干凈后放在勻墨儀上進(jìn)行油墨轉(zhuǎn)移。

D.5s后將印刷盤迅速取下安裝到印刷適性儀上進(jìn)行印刷，印刷完成后，再立刻將印刷盤取下擦干凈。

E.將印刷出來的紙張樣條記好標(biāo)記，接著靜置一會(huì)，等油墨干燥后用分光光度計(jì)測(cè)量密度并記錄下來。

F.重復(fù)步驟a～e，把測(cè)量數(shù)據(jù)記錄清楚即可。

經(jīng)驗(yàn)方程中的密度D，油墨墨層厚度l可以通過做實(shí)驗(yàn)來確定，從而可以求出經(jīng)驗(yàn)方程中的另外兩個(gè)參數(shù)D_∞和m。光學(xué)密度D可以用分光光度計(jì)直接測(cè)得，墨層厚度l也可以通過公式（2-1）求得，例如：?jiǎn)紊貌煌哪坑∷纱慰煞謩e測(cè)得的密度為D_1和D_2，墨層厚度為l_1和l_2，通過經(jīng)驗(yàn)方程可以得到以下方程組：

要是為了得到更為精確的D_∞和m值，實(shí)驗(yàn)時(shí)就要用青色油墨和實(shí)驗(yàn)用紙銅版紙進(jìn)行多次的壓印實(shí)驗(yàn)，就能夠得到12組青色油墨的密度值D和墨層厚度l，但是由于實(shí)驗(yàn)中的印刷儀器和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存在一定的誤差，造成由任意兩組的密度值和墨層厚度解經(jīng)驗(yàn)方程求得的D_∞與m值不可能是一致的，所以，就是要找尋其中一組D_∞與m建立相關(guān)曲線，由該曲線與測(cè)得的全部的密度值、墨層厚度確定兩者之間存在最小的平均誤差，那么此時(shí)得到的D_∞與m值就是青色油墨與銅版紙配合實(shí)驗(yàn)時(shí)的最后確定值。

結(jié)果與分析

①青色油墨的測(cè)量密度值

總共是12組樣條，從每組樣條的3個(gè)密度之中取出印刷精度最高的一個(gè)，然后形成如表3所示的關(guān)系。

②油墨密度d與墨膜厚度D的曲線關(guān)系

由以上表3和圖2分析比較得到圖2曲線大體與圖1一致。

③D_∞和m值的計(jì)算及確定值

本文求解即是此方法求得m符合精度要求的解，具體的求解是由VC++6.0編程軟件編寫程序代碼如下：

for（;;）

{

m0=（a+b）/2;

fm1=d2×exp（-m0×l1）-d1×exp（-m0×l2）+d1-d2;

fm2=d2×exp（-a×l1）-d1×exp（-a×l2）+d1-d2;

if（fm1

break;

if（fm1×fm2<0）

b=m0;

else

a=m0;

cout<<"a="<

if（（b-a）

{

m0=（b-a）/2;

break;

}

}

return m0;

}

此軟件是Windows程序設(shè)計(jì)的利器，它深入Windows程序設(shè)計(jì)的核心，與Windows系列操作系統(tǒng)有天然的親和性，可以說是掌握了VC++就掌握了Windows操作系統(tǒng)的核心。最后通過可以計(jì)算得到多組D_∞和m值，但是由于印刷適性儀等儀器和實(shí)驗(yàn)者可能產(chǎn)生誤差，致使D_∞和m值并不是唯一確定的，存在一定的誤差，再通過二分法確定最小平均誤差后確定最終的最優(yōu)值D_∞和m，D_∞為2.75和m為0.7（精確度為0.01）。

再次驗(yàn)證

重新再取一個(gè)墨層厚度，比如取l=2.4um進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到密度的測(cè)量值為2.2，而經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算得到的密度的計(jì)算值為2.24。由此可知密度的測(cè)量值和計(jì)算值雖然存在一定的誤差，但是比較接近，誤差值較小。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)者和儀器一定會(huì)存在誤差，其數(shù)據(jù)的誤差可以忽略不計(jì)。

結(jié)語

本課題通過理論研究和實(shí)驗(yàn)分析油墨墨層厚度與密度的關(guān)系可以得出結(jié)論：根據(jù)密度測(cè)量的原理建立了墨層厚度與密度的經(jīng)驗(yàn)方程，得到了兩者之間關(guān)系的曲線并進(jìn)行分析，揭示出墨層厚度對(duì)印刷密度影響的趨勢(shì)，了解到了油墨密度值的大小深受墨層厚度的大小的影響。而且油墨密度值的大小會(huì)直接影響到印刷品質(zhì)量的好壞，但是在印刷過程中不能夠因?yàn)橄胍玫胶玫挠∷⑵奉伾噬Ч鴽]有限制的增加油墨量。要確定所需要的紙張油墨的飽和密度值，降低生產(chǎn)成本的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)更高的顏色呈色效果，為實(shí)際印刷中墨層厚度與密度控制提供參考。

本文主要的不足之處在于條件的限制。實(shí)驗(yàn)只選取了一種油墨和一種銅版紙進(jìn)行了墨層厚度與密度關(guān)系的驗(yàn)證，由于實(shí)際生產(chǎn)中紙張與油墨種類繁多，墨層厚度與密度的關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)方程是否有廣泛的應(yīng)用性還應(yīng)有更多的實(shí)驗(yàn)證明。膠印中水對(duì)油墨呈色有一定的影響，但是使用印刷適性儀油墨轉(zhuǎn)移并沒有這種影響，這與使用膠印機(jī)進(jìn)行印刷的印刷條件略有差異，因此更精確的研究應(yīng)該直接在膠印機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)。而對(duì)于IGT精量注墨器的使用，更多的決定因素在于實(shí)驗(yàn)操作者。希望今后有機(jī)會(huì)能夠在不同紙張同一油墨、不同油墨同一紙張的情況下繼續(xù)探索墨層厚度與密度的關(guān)系。

作者單位：天津科技大學(xué)

責(zé)任編輯：李倩 liqian@cprint.cn