柔印橡胶版和感光树脂版印刷性能对比实验

郝发义，许合强，陈景华

柔印橡胶版和感光树脂版印刷性能对比实验

郝发义，许合强，陈景华

（上海理工大学 出版印刷与艺术设计学院，上海 200093）

比较柔印感光树脂版和橡胶版的表面特性，分析影响版材油墨传输性能和图像再现的原因。通过表面能、硬度和粗糙度来表征印版的表面特性，制作相同加网线数的2种版材；在相同的印刷条件下，通过分光光度计和显微镜分析2种版材的油墨转移和图文再现特性。感光树脂版表面能比橡胶版高，但橡胶版表面粗糙度比感光树脂版大。从印刷效果来看，感光树脂版的油墨转移效果更好，实地油墨密度更高，而橡胶版的网点扩大程度更小。采用UV油墨印刷时，感光树脂版的印刷反差略高，而采用水性油墨印刷时，两者的印刷反差基本相同。此外，橡胶版比感光树脂版可实现更精确的线条和文字。针对特定柔性版，可通过分析研究印版的表面特性，为印刷工艺合理选择版材。

橡胶版；感光树脂版；柔印；表面能；印刷性能

柔印领域另外一种版材是激光直接雕刻橡胶版。随着激光雕刻技术和橡胶材料的发展，橡胶版在很多技术指标上已经逐渐追上树脂版[3]。目前，橡胶版采用直接激光雕刻系统，成像过程是通过激光烧蚀印版形成图文，然后使用水清洗成像过程中残留的橡胶颗粒。橡胶版在3个方面都取得很大的技术进步。首先，高功率光纤激光光束更细，当前的激光雕刻技术分辨率可达5080 dpi。其次，橡胶材料通过压缩做成印版，为印刷提供优异的油墨转移和耐用性。最后，制版过程简化，只需成像和洗版2个环节，可以减少制版环节的质量问题[4]。

印版是整个印刷工艺的核心部件，印版的性能受其化学特性、力学性能、表面形态和结构的影响[5—6]。虽然印版某些性能指标对印刷的影响已经被很好地理解，但也有一些性能指标还没有被充分研究。柔印市场的2种版材在制版工艺、版材材料和印刷性能等方面都有较大的不同。在印刷油墨从网纹辊转移到印版，然后再从印版转移到承印材料的过程中，印版的表面特性对最终的印刷质量产生非常大的影响[7—8]。文中从印版表面特性分析入手，首先测试印版表面硬度、表面能和粗糙度。然后进行印刷测试，主要测试的性能参数包括网点扩大、实地密度、印刷反差、阴阳线条、阴阳文字。柔版印刷的网点扩大程度是最受关注的印刷质量指标，不同印版特性对印刷阶调再现影响最为直接，且影响印刷品表现的真实性[9]。实地密度反映印版实际转移油墨的能力，与印版表面特性有直接关系。此外，印版再现最小文字和最细线条的能力，则是印版印刷分辨率的能力体现[10]。

了解2种版材最突出的优势，有助于帮助印刷商在选择版材时做出正确决策。文中研究橡胶版和感光树脂版在相同成像分辨率、相同加网线数的基础上，通过对比2种版材的印刷性能，对橡胶版和感光树脂版的油墨转移性能和图像再现能力做更深入的研究。

1 实验

1.1 材料与仪器

主要材料：橡胶版，版材来自德国康提泰克公司，广州天工锐点科技有限公司雕刻；感光树脂版，富林特公司ACE数码版；2种版材厚度均为1.14 mm，加网线数150 lpi，加网角度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；印刷材料为90 g/m2铜版纸。2种印版在制版时均采用同样的圆形网点，且进行相同的网点扩大补偿。

主要仪器：太阳机械四色机组式柔版印刷机，网纹辊网线数1000 lpi，网穴容积为2.1 BCM（Billions of cubic microns）；贴版胶带为Softprint TP-X中硬度泡棉胶带，德萨胶带（上海）有限公司；DSA100全自动接触角测量仪，德国Kruss公司；LX-AO-2邵氏硬度计，温州市海宝仪器有限公司；eXact分光光度计，爱色丽（上海）色彩科技有限公司；数码显微镜B011，深圳超眼科技有限公司；蔡司LSM800激光共聚焦显微镜，德国卡尔·蔡司公司。

1.2 方法

1.2.1 印版表面能测试

在室温条件下，用Kruss DSA100液滴形状分析系统测定橡胶版和感光树脂版的接触角。选取印版的实地表面，制成约10 mm×10 mm的样本，铺平后用双面胶粘于玻璃板上后置于DSA平台上。然后调节针管，在印版表面上形成小的液滴，分别测试水和二碘甲烷液滴在印版上的接触角，利用CCD成像后采用量角法测定接触角大小，通过OWRK（Owens- Wendt-Rabel-Kaelble）公式求出印版表面能。

语法隐喻最早由韩礼德提出，是系统功能语言学的重要分支。在功能语言学中，语言具有三大元语言功能：概念功能、人际功能和语篇功能因此，对应这三大元功能，语法隐喻同样分为三类：概念语法隐喻、人际语法隐喻和语篇语法隐喻。本文将主要探讨概念语法隐喻在动物学科英语翻译的应用。

1.2.2 印版表面粗糙度测试

为表征印版表面三维形貌与粗糙度的情况，采用德国蔡司公司的LSM800激光共聚焦显微镜对印版表面进行观察。设置测试条件：光源为405 nm激光，输出激光能量为最大值的10%，轴步进精度为0.05 μm。测试标准采用ISO 25178。

1.2.3 测试样张的设计

测试样张使用Adobe Illustrator CS6创建，见图1。主要测试元素包括18级灰度梯尺，0～100%渐变条、阴阳文字、阴阳线条和2个印刷方向的线性渐变。

2 结果与分析

2.1 印版表面特性

2.1.1 印版表面硬度

通过硬度计测试2种版材的表面硬度，感光树脂版的硬度为71 Shore A，橡胶版的表面硬度为73 Shore A。

2.1.2 印版表面能

印版表面能测试使用的2种液体水和二碘甲烷，这2种液体在橡胶版上的接触角见图2，感光树脂版上的接触角见图3。根据表面能计算公式，得到感光树脂版的表面能为(35.01±0.55)mN/m，橡胶版的表面能为(26.03±0.47)mN/m。

2.1.3 印版表面粗糙度分析

采用激光共聚焦显微镜得到的2种印版的50%网点的表面粗糙度见图4，橡胶版表面算术平均高度Sa为1.585 μm，均方根高度Sq为1.987 μm，感光树脂版表面算术平均高度Sa为0.490 μm，均方根高度Sq为0.613 μm。由此可见，感光树脂版的表面粗糙度相对较低，这是因为感光树脂版经过紫外线曝光固化以后比较平整，而橡胶版在制版之前是一种完全固化材料，其表面经过打磨，使其表面呈现一定的粗糙度，网点表面在激光雕刻时并未进行加工。表面粗糙度和版材材料形态以及制版工艺有关，并会对油墨转移性能产生直接影响。

2.1.4 印版网点

2种印版50%网点的对比见图5。制版质量会明显影响到最终的印刷质量，通过对比2种版材30%～70%的网点大小，橡胶版网点略大于同比例树脂版网点。50%橡胶版网点直径为163 μm，同比例感光树脂版的网点大小为152 μm。这和2种制版工艺有关系，橡胶版采用激光直接雕刻工艺，而感光树脂版采用紫外曝光工艺和溶剂型显影。

图1 印刷测试样张

图2 橡胶版上2种液体的接触角

图3 感光树脂版上2种液体的接触角

图4 2种印版表面粗糙度

图5 2种印版50%网点大小对比

2.2 实地密度、网点扩大、印刷反差

橡胶版和感光树脂版在不同印刷条件下的油墨实低密度有一定的差异，见图6。无论是采用水性油墨印刷还是UV油墨印刷，感光树脂版印刷均可以实现更大的实地油墨密度。UV油墨印刷时，感光树脂版的实地密度比橡胶版实地密度明显会大一些，实地油墨密度主要取决于印版转移率，而转移率主要受版材表面能的影响，感光树脂版表面能达到35 mN/m，而低能量的橡胶版表面能为26 mN/m。印版在印刷过程中起着“二传手”的角色，印版从 网纹辊蘸取油墨，然后转移到承印材料上，这个过程中油墨转移率和印版表面能以及油墨表面张力有关[5]。

图6 橡胶版和感光树脂版实地油墨密度对比

橡胶版和感光树脂版的网点扩大曲线见图7。网点扩大一直是柔印最典型的印刷问题，由于印版弹性比较好，所以柔版印刷对压力非常敏感，印刷时要采用轻压印刷[11]。在对2种印版进行同样网点扩大补偿的情况下，对比其网点扩大程度可以看出，感光树脂版的网点扩大程度要明显高一些。除印刷压力外，印版硬度、浮雕肩部结构、油墨铺展等因素都是造成网点扩大的因素，且油墨铺展往往是网点扩大的主要原因[12]。感光树脂版的油墨转移量较大是造成网点扩大程度严重的原因之一。

印刷反差指的是实地密度值与画面上中间调至暗调之间，某一点网点面积的积分密度与实地密度之差的比值，用来表示：

=1−R/V(1)

式中：为相对反差；R为中间调75%网点面积的积分密度；V为实地密度值。

橡胶版和感光树脂版的印刷反差见图8。印刷反差反映的是印刷对比度，与实地密度和网点扩大程度有直接关系。由于感光树脂版UV油墨实地密度较大，所以其印刷反差比橡胶版的大。水性油墨印刷时，两者的印刷反差基本相同。

图8 橡胶版和感光树脂版印刷反差的对比

2.3 图像清晰度

2.3.1 文字再现效果比较

橡胶版和感光树脂版印刷的文字效果见图9。柔版印刷较小的文字一直是关注的重点，在字号和字体选择上要特别考虑柔印的再现能力。在此次实验条件下，2种印版的阳文文字在1磅字体时已经出现明显问题，橡胶版印刷效果略好于感光树脂版。阴文字体最容易出现的问题是被周围油墨流平而导致笔画缺失。橡胶版印刷2磅的阴文字体出现明显的问题，而感光树脂版印刷的3磅的阴文已经有笔画缺失问题。在文字印刷时，印版硬度和浮雕肩部角度对印刷精度起到很重要的影响[13]。总体来看，橡胶版的文字印刷比感光树脂版的精度略高。

2.3.2 线条再现效果

橡胶版和感光树脂版印刷的阴线和阳线的效果见图10。首先，从印刷效果上来看，感光树脂版印刷的线条存在明显的凸缘效应，橡胶版则没有那么明显。这与印版图文浮雕表面结构和肩部角度有关，感光树脂版经过曝光固化成像，图文表面容易形成凹陷型结构，这种结构容易造成油墨转移受压时，图文边缘会把油墨向外排挤，从而形成典型的凸缘特征[14]。印版浮雕结构也可以从印版的表面粗糙度分析中看到。从线条印刷精度来看，宽度为0.5 mm的线条，感光树脂版印刷的阳线宽度大致为0.51 mm，明显比橡胶版的0.48 mm左右要宽；从阴线的宽度来看，感光树脂版印刷阴线宽度为0.41 mm左右，而橡胶版印刷的阴线宽度为0.43 mm左右。感光树脂版印刷线条的油墨外溢程度比橡胶版的大些。从更细的线条再现精度来看，橡胶版的线条精度更高。

图9 2种印版UV油墨印刷文字效果对比

图10 2种印版线条UV油墨印刷质量对比

3 结语

从印版的角度来说，影响柔性版油墨转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，文中主要对比分析柔版印刷领域常用的2种版材，即文中研究的特定型号的橡胶版和感光树脂版的印刷特性。首先分析橡胶版和感光树脂版的表面特性，由于2种版材材料上的天然差异，2种印版的表面能差异比较明显，橡胶版材料为三元乙丙橡胶，分子链中不存在极性基团，其本身是弱极性材料，所以表面极性低[15]。橡胶版的表面能只有26 mN/m左右，而感光树脂版的表面能达到35 mN/m。从表面粗糙度上来讲，橡胶版表面的算术平均高度和均方根高度都比感光树脂版高很多，这也是影响印版油墨转移的主要因素之一。从印刷测试来看，感光树脂版印刷实地密度比橡胶版印刷实地密度略大，这主要是因为感光树脂版表面能较高。在多种测试条件下对橡胶版和感光树脂版进行对比，橡胶版印刷系统比感光树脂版印刷系统的网点扩大程度更小。此外，文中实验研究的橡胶版印刷的印刷反差更大，在精细文字和线条印刷上的效果上优于该实验所选择的感光树脂版。

当然，文中对印版特性对印刷质量影响的比较并不全面，比如印版浮雕肩部角度对网点扩大的影响，不同表面能和粗糙度的印版对油墨转移的影响，印版表面能和油墨表面张力之间的关系对油墨转移率的影响等等都是值得进一步深入探讨的问题。柔性版版材无论是材料本身还是制版工艺，技术发展日新月异，研究结论限于特定型号的橡胶版和感光树脂版，只是提供对比分析印版印刷质量的技术角度，橡胶版和感光树脂版共同推动柔版印刷技术的发展。随着柔性版印刷工艺在我国的不断发展，柔性版市场也必将有更多的新材料和新技术，满足柔印市场高品质、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

国家新闻出版署智能与绿色柔版印刷重点实验室招标课题（ZBKT201810）

郝发义（1978—），男，博士，上海理工大学讲师，主要研究方向为包装印刷、食品包装。