柔印橡膠版和感光樹脂版印刷性能對比實驗

郝發(fā)義，許合強，陳景華

柔印橡膠版和感光樹脂版印刷性能對比實驗

郝發(fā)義，許合強，陳景華

（上海理工大學 出版印刷與藝術設計學院，上海 200093）

比較柔印感光樹脂版和橡膠版的表面特性，分析影響版材油墨傳輸性能和圖像再現的原因。通過表面能、硬度和粗糙度來表征印版的表面特性，制作相同加網線數的2種版材；在相同的印刷條件下，通過分光光度計和顯微鏡分析2種版材的油墨轉移和圖文再現特性。感光樹脂版表面能比橡膠版高，但橡膠版表面粗糙度比感光樹脂版大。從印刷效果來看，感光樹脂版的油墨轉移效果更好，實地油墨密度更高，而橡膠版的網點擴大程度更小。采用UV油墨印刷時，感光樹脂版的印刷反差略高，而采用水性油墨印刷時，兩者的印刷反差基本相同。此外，橡膠版比感光樹脂版可實現更精確的線條和文字。針對特定柔性版，可通過分析研究印版的表面特性，為印刷工藝合理選擇版材。

橡膠版；感光樹脂版；柔??；表面能；印刷性能

柔印領域另外一種版材是激光直接雕刻橡膠版。隨著激光雕刻技術和橡膠材料的發(fā)展，橡膠版在很多技術指標上已經逐漸追上樹脂版[3]。目前，橡膠版采用直接激光雕刻系統(tǒng)，成像過程是通過激光燒蝕印版形成圖文，然后使用水清洗成像過程中殘留的橡膠顆粒。橡膠版在3個方面都取得很大的技術進步。首先，高功率光纖激光光束更細，當前的激光雕刻技術分辨率可達5080 dpi。其次，橡膠材料通過壓縮做成印版，為印刷提供優(yōu)異的油墨轉移和耐用性。最后，制版過程簡化，只需成像和洗版2個環(huán)節(jié)，可以減少制版環(huán)節(jié)的質量問題[4]。

印版是整個印刷工藝的核心部件，印版的性能受其化學特性、力學性能、表面形態(tài)和結構的影響[5—6]。雖然印版某些性能指標對印刷的影響已經被很好地理解，但也有一些性能指標還沒有被充分研究。柔印市場的2種版材在制版工藝、版材材料和印刷性能等方面都有較大的不同。在印刷油墨從網紋輥轉移到印版，然后再從印版轉移到承印材料的過程中，印版的表面特性對最終的印刷質量產生非常大的影響[7—8]。文中從印版表面特性分析入手，首先測試印版表面硬度、表面能和粗糙度。然后進行印刷測試，主要測試的性能參數包括網點擴大、實地密度、印刷反差、陰陽線條、陰陽文字。柔版印刷的網點擴大程度是最受關注的印刷質量指標，不同印版特性對印刷階調再現影響最為直接，且影響印刷品表現的真實性[9]。實地密度反映印版實際轉移油墨的能力，與印版表面特性有直接關系。此外，印版再現最小文字和最細線條的能力，則是印版印刷分辨率的能力體現[10]。

了解2種版材最突出的優(yōu)勢，有助于幫助印刷商在選擇版材時做出正確決策。文中研究橡膠版和感光樹脂版在相同成像分辨率、相同加網線數的基礎上，通過對比2種版材的印刷性能，對橡膠版和感光樹脂版的油墨轉移性能和圖像再現能力做更深入的研究。

1 實驗

1.1 材料與儀器

主要材料：橡膠版，版材來自德國康提泰克公司，廣州天工銳點科技有限公司雕刻；感光樹脂版，富林特公司ACE數碼版；2種版材厚度均為1.14 mm，加網線數150 lpi，加網角度37.5°，成像分辨率4000 dpi；UV印刷油墨和水性印刷油墨，富林特油墨（上海）有限公司；印刷材料為90 g/m2銅版紙。2種印版在制版時均采用同樣的圓形網點，且進行相同的網點擴大補償。

主要儀器：太陽機械四色機組式柔版印刷機，網紋輥網線數1000 lpi，網穴容積為2.1 BCM（Billions of cubic microns）；貼版膠帶為Softprint TP-X中硬度泡棉膠帶，德薩膠帶（上海）有限公司；DSA100全自動接觸角測量儀，德國Kruss公司；LX-AO-2邵氏硬度計，溫州市海寶儀器有限公司；eXact分光光度計，愛色麗（上海）色彩科技有限公司；數碼顯微鏡B011，深圳超眼科技有限公司；蔡司LSM800激光共聚焦顯微鏡，德國卡爾·蔡司公司。

1.2 方法

1.2.1 印版表面能測試

在室溫條件下，用Kruss DSA100液滴形狀分析系統(tǒng)測定橡膠版和感光樹脂版的接觸角。選取印版的實地表面，制成約10 mm×10 mm的樣本，鋪平后用雙面膠粘于玻璃板上后置于DSA平臺上。然后調節(jié)針管，在印版表面上形成小的液滴，分別測試水和二碘甲烷液滴在印版上的接觸角，利用CCD成像后采用量角法測定接觸角大小，通過OWRK（Owens- Wendt-Rabel-Kaelble）公式求出印版表面能。

語法隱喻最早由韓禮德提出，是系統(tǒng)功能語言學的重要分支。在功能語言學中，語言具有三大元語言功能：概念功能、人際功能和語篇功能因此，對應這三大元功能，語法隱喻同樣分為三類：概念語法隱喻、人際語法隱喻和語篇語法隱喻。本文將主要探討概念語法隱喻在動物學科英語翻譯的應用。

1.2.2 印版表面粗糙度測試

為表征印版表面三維形貌與粗糙度的情況，采用德國蔡司公司的LSM800激光共聚焦顯微鏡對印版表面進行觀察。設置測試條件：光源為405 nm激光，輸出激光能量為最大值的10%，軸步進精度為0.05 μm。測試標準采用ISO 25178。

1.2.3 測試樣張的設計

測試樣張使用Adobe Illustrator CS6創(chuàng)建，見圖1。主要測試元素包括18級灰度梯尺，0～100%漸變條、陰陽文字、陰陽線條和2個印刷方向的線性漸變。

2 結果與分析

2.1 印版表面特性

2.1.1 印版表面硬度

通過硬度計測試2種版材的表面硬度，感光樹脂版的硬度為71 Shore A，橡膠版的表面硬度為73 Shore A。

2.1.2 印版表面能

印版表面能測試使用的2種液體水和二碘甲烷，這2種液體在橡膠版上的接觸角見圖2，感光樹脂版上的接觸角見圖3。根據表面能計算公式，得到感光樹脂版的表面能為(35.01±0.55)mN/m，橡膠版的表面能為(26.03±0.47)mN/m。

2.1.3 印版表面粗糙度分析

采用激光共聚焦顯微鏡得到的2種印版的50%網點的表面粗糙度見圖4，橡膠版表面算術平均高度Sa為1.585 μm，均方根高度Sq為1.987 μm，感光樹脂版表面算術平均高度Sa為0.490 μm，均方根高度Sq為0.613 μm。由此可見，感光樹脂版的表面粗糙度相對較低，這是因為感光樹脂版經過紫外線曝光固化以后比較平整，而橡膠版在制版之前是一種完全固化材料，其表面經過打磨，使其表面呈現一定的粗糙度，網點表面在激光雕刻時并未進行加工。表面粗糙度和版材材料形態(tài)以及制版工藝有關，并會對油墨轉移性能產生直接影響。

2.1.4 印版網點

2種印版50%網點的對比見圖5。制版質量會明顯影響到最終的印刷質量，通過對比2種版材30%～70%的網點大小，橡膠版網點略大于同比例樹脂版網點。50%橡膠版網點直徑為163 μm，同比例感光樹脂版的網點大小為152 μm。這和2種制版工藝有關系，橡膠版采用激光直接雕刻工藝，而感光樹脂版采用紫外曝光工藝和溶劑型顯影。

圖1 印刷測試樣張

圖2 橡膠版上2種液體的接觸角

圖3 感光樹脂版上2種液體的接觸角

圖4 2種印版表面粗糙度

圖5 2種印版50%網點大小對比

2.2 實地密度、網點擴大、印刷反差

橡膠版和感光樹脂版在不同印刷條件下的油墨實低密度有一定的差異，見圖6。無論是采用水性油墨印刷還是UV油墨印刷，感光樹脂版印刷均可以實現更大的實地油墨密度。UV油墨印刷時，感光樹脂版的實地密度比橡膠版實地密度明顯會大一些，實地油墨密度主要取決于印版轉移率，而轉移率主要受版材表面能的影響，感光樹脂版表面能達到35 mN/m，而低能量的橡膠版表面能為26 mN/m。印版在印刷過程中起著“二傳手”的角色，印版從 網紋輥蘸取油墨，然后轉移到承印材料上，這個過程中油墨轉移率和印版表面能以及油墨表面張力有關[5]。

圖6 橡膠版和感光樹脂版實地油墨密度對比

橡膠版和感光樹脂版的網點擴大曲線見圖7。網點擴大一直是柔印最典型的印刷問題，由于印版彈性比較好，所以柔版印刷對壓力非常敏感，印刷時要采用輕壓印刷[11]。在對2種印版進行同樣網點擴大補償的情況下，對比其網點擴大程度可以看出，感光樹脂版的網點擴大程度要明顯高一些。除印刷壓力外，印版硬度、浮雕肩部結構、油墨鋪展等因素都是造成網點擴大的因素，且油墨鋪展往往是網點擴大的主要原因[12]。感光樹脂版的油墨轉移量較大是造成網點擴大程度嚴重的原因之一。

印刷反差指的是實地密度值與畫面上中間調至暗調之間，某一點網點面積的積分密度與實地密度之差的比值，用來表示：

=1?R/V(1)

式中：為相對反差；R為中間調75%網點面積的積分密度；V為實地密度值。

橡膠版和感光樹脂版的印刷反差見圖8。印刷反差反映的是印刷對比度，與實地密度和網點擴大程度有直接關系。由于感光樹脂版UV油墨實地密度較大，所以其印刷反差比橡膠版的大。水性油墨印刷時，兩者的印刷反差基本相同。

圖8 橡膠版和感光樹脂版印刷反差的對比

2.3 圖像清晰度

2.3.1 文字再現效果比較

橡膠版和感光樹脂版印刷的文字效果見圖9。柔版印刷較小的文字一直是關注的重點，在字號和字體選擇上要特別考慮柔印的再現能力。在此次實驗條件下，2種印版的陽文文字在1磅字體時已經出現明顯問題，橡膠版印刷效果略好于感光樹脂版。陰文字體最容易出現的問題是被周圍油墨流平而導致筆畫缺失。橡膠版印刷2磅的陰文字體出現明顯的問題，而感光樹脂版印刷的3磅的陰文已經有筆畫缺失問題。在文字印刷時，印版硬度和浮雕肩部角度對印刷精度起到很重要的影響[13]?？傮w來看，橡膠版的文字印刷比感光樹脂版的精度略高。

2.3.2 線條再現效果

橡膠版和感光樹脂版印刷的陰線和陽線的效果見圖10。首先，從印刷效果上來看，感光樹脂版印刷的線條存在明顯的凸緣效應，橡膠版則沒有那么明顯。這與印版圖文浮雕表面結構和肩部角度有關，感光樹脂版經過曝光固化成像，圖文表面容易形成凹陷型結構，這種結構容易造成油墨轉移受壓時，圖文邊緣會把油墨向外排擠，從而形成典型的凸緣特征[14]。印版浮雕結構也可以從印版的表面粗糙度分析中看到。從線條印刷精度來看，寬度為0.5 mm的線條，感光樹脂版印刷的陽線寬度大致為0.51 mm，明顯比橡膠版的0.48 mm左右要寬；從陰線的寬度來看，感光樹脂版印刷陰線寬度為0.41 mm左右，而橡膠版印刷的陰線寬度為0.43 mm左右。感光樹脂版印刷線條的油墨外溢程度比橡膠版的大些。從更細的線條再現精度來看，橡膠版的線條精度更高。

圖9 2種印版UV油墨印刷文字效果對比

圖10 2種印版線條UV油墨印刷質量對比

3 結語

從印版的角度來說，影響柔性版油墨轉移和印刷效果的因素主要包括表面能、表面粗糙度和表面硬度等，文中主要對比分析柔版印刷領域常用的2種版材，即文中研究的特定型號的橡膠版和感光樹脂版的印刷特性。首先分析橡膠版和感光樹脂版的表面特性，由于2種版材材料上的天然差異，2種印版的表面能差異比較明顯，橡膠版材料為三元乙丙橡膠，分子鏈中不存在極性基團，其本身是弱極性材料，所以表面極性低[15]。橡膠版的表面能只有26 mN/m左右，而感光樹脂版的表面能達到35 mN/m。從表面粗糙度上來講，橡膠版表面的算術平均高度和均方根高度都比感光樹脂版高很多，這也是影響印版油墨轉移的主要因素之一。從印刷測試來看，感光樹脂版印刷實地密度比橡膠版印刷實地密度略大，這主要是因為感光樹脂版表面能較高。在多種測試條件下對橡膠版和感光樹脂版進行對比，橡膠版印刷系統(tǒng)比感光樹脂版印刷系統(tǒng)的網點擴大程度更小。此外，文中實驗研究的橡膠版印刷的印刷反差更大，在精細文字和線條印刷上的效果上優(yōu)于該實驗所選擇的感光樹脂版。

當然，文中對印版特性對印刷質量影響的比較并不全面，比如印版浮雕肩部角度對網點擴大的影響，不同表面能和粗糙度的印版對油墨轉移的影響，印版表面能和油墨表面張力之間的關系對油墨轉移率的影響等等都是值得進一步深入探討的問題。柔性版版材無論是材料本身還是制版工藝，技術發(fā)展日新月異，研究結論限于特定型號的橡膠版和感光樹脂版，只是提供對比分析印版印刷質量的技術角度，橡膠版和感光樹脂版共同推動柔版印刷技術的發(fā)展。隨著柔性版印刷工藝在我國的不斷發(fā)展，柔性版市場也必將有更多的新材料和新技術，滿足柔印市場高品質、多元化的需求。

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Comparative Experiment on the Printing Performance of Elastomer Plate and Photopolymer Plate

HAO Fa-yi, XU He-qiang, CHEN Jing-hua

(College of Communication and Art Design, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

The work aims to compare the surface characteristics of photopolymer plate and elastomer plate and analyze the factors that affect the ink transfer and image reproduction. The surface characteristics of printing plate were characterized by surface energy, hardness and roughness. Two kinds of plates with the same resolution and screen lines were made. Under the same printing conditions, the ink transfer and image reproduction characteristics of the two plates were analyzed by spectrophotometer and microscope. The surface energy of photopolymer plate was higher than that of elastomer plate, but the surface roughness of elastomer plate was higher than that of photopolymer plate. From the printing results, the photopolymer plate had better ink transfer ability and the ink density was higher, while the screen dot expansion degree of elastomer plate was smaller. When UV ink was used, the printing contrast of photopolymer plate was slightly higher. When water-based ink was used, the printing contrast of both plates was almost the same. In addition, the elastomer plate produced finer lines and text than the photopolymer plate. For certain flexographic plate, the surface characteristics can be studied through analysis, so as to select plates according to reasonable printing process.

elastomer plate; photopolymer plate; flexographic printing; surface energy; printing performance

TS815

A

1001-3563(2022)01-0195-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.01.025

2021-06-21

國家新聞出版署智能與綠色柔版印刷重點實驗室招標課題（ZBKT201810）

郝發(fā)義（1978—），男，博士，上海理工大學講師，主要研究方向為包裝印刷、食品包裝。