北京印刷学院 印刷材料及适性 课程设计
印刷材料及适性课程设计
北京印刷学院 201X级印刷XX班
一、综述
（一）纸张
纸张是印刷过程中的主要耗材之一，其质量的好坏直接影响到印刷品的质量，现在业界常用纸张的印刷适性来衡量其质量的好坏。不同的纸张又具有不同的印刷适性。
1．纸张的分类
纸张的种类成千上万，现仅举例三种最为常用的纸张进行介绍。（1）铜版纸
铜版纸又称为印刷涂布纸，这种纸是在原纸上涂布一层白色浆料，经过压光而制成的纸张，表面平滑，白度较高，纸张纤维分布均匀，薄厚一致，伸缩性小，有较好的弹性和较强的抗水性和抗张性能，对油墨的接受性十分良好。主要用于印刷画册、封面以及精美的产品等。
（2）胶版纸
胶版纸伸缩性小，对油墨的吸收性均匀，平滑度好，质地紧密，不透明度好，白度好，抗水性能较强，适用于平版印刷，常用于印刷书刊正文等。
（3）新闻纸
顾名思义，新闻纸多用于印刷报纸而得名。新闻纸质地松软，吸墨性强，有一定的抗张强度，但正反面、横纵向差别较大，抗水性较差。由于新闻纸以机械方法制浆，故含有大量残留的木素和其他杂质，易发黄、变脆，不宜长期存放。
2．纸张的印刷适性
纸张的印刷适性就是指直接影响印刷品质量的纸张的性质，包括纸张的平滑度、油墨吸收性、光学性质和力学性质等。现就与印刷品色域相关的性能作一下阐述。
（1）平滑度（印刷平滑度）
纸张是一种可压缩性材料，在印刷压力下，纸张的印刷平滑度是纸张表观平滑度与表面可压缩性的综合体现。纸张的平滑度是发映纸张表面平整、光滑程度的性能指标。纸张平滑度不同，印刷中油墨与纸张接触的紧密程度就不同，最终影响油墨的转移程度及图文是否清晰等方面。
平滑度的测量通常采用空气泄漏法，有两种表示方法，一是采用通过一定体积空气所用的时间来表示，以秒为单位，另一种是用纸张粗糙度——PPS值表示。
（2）光泽度
光泽度是纸张表面镜面反射的程度，主要取决于纸张表面的粗糙度和构成纸张的物质的性质。
光泽度高的纸张，在相同的条件下，油墨的色强度大，而色偏和灰度小，否则墨层的色强度低，色偏和灰度比较高，造成彩色套印灰平衡控制困难。
（3）白度
纸张是图文信息的载体，其白度直接影响印刷品的色彩。油墨转移到纸张上后，通过色料减色法和色光加色法形成色彩。
纸张白度低，则吸收过多的光线，油墨的色彩不能充分发挥出来，影响图像颜色的色相、明度、饱和度，造成色彩灰暗，对比度差，画面呆板，层次少。
（4）油墨的吸收性能
在实际印刷中，纸张对油墨的吸收性可分为两个阶段：加压渗透和自由渗透，主要取决于印刷压力和纸张表面空隙结构的分布。
通常采用K&N值来表示纸张对油墨的吸收性能。
（二）油墨
油墨是印刷不可缺少的材料，它是由作为分散相的颜料和作为连续相的连接料组成的稳定均匀的混合物，其流变性能对印刷品质量有着重要影响。
1．粘度
粘度是检测油墨流变性能的主要指标，它表示流体流动时摩擦阻力的大小。
通常采用平行板粘度计测量出粘度、屈服值、丝头长短、软硬程度和流动度等。也可用锥板粘度计考察油墨的触变性。
2．粘着性（Tack值）
粘着性是指油墨抵抗墨层分离的力。
通常采用油墨粘性测定仪来测量粘性和粘性增值。
3．撤粘剂
撤粘剂是一种膏状物质，稠而疏松柔软，没有粘着性，其作用是降低油墨的Tack值，而最好不改变其流动度。
二、实验
本次综合性实验分为两大部分：纸张部分和油墨部分，通过两部分实验，掌握不同种类纸张对印刷品色彩再现的影响，同时体会不同浓度的添加剂对油墨性能的影响。
（一）实验方案：
经过前期查找资料，小组讨论，确定出如下实验方案。
1．分别测定铜版纸、胶版纸、新闻纸三种植的白度、光泽度、平滑度和PPS值；
2．用TGS牌原墨进行打样，然后用X-Rite分光密度计分别对各个色块进行颜色和密度的测定；
3．用平行板粘度计、锥板粘度计、油墨粘性测定仪分别测量原墨和含1%、3%、5%、7%、9%撤粘剂的油墨的粘度、粘性等各项流变性能。
注：由于时间关系，暂且忽略由纸张正反面带来的影响。
（二）实验过程
1．纸张部分
（1）纸张部分性能的测定
A.纸张白度测量
a.实验仪器：
WSB-Ⅱd/o白度计
b.实验原理：
通过测定纸张定向蓝光（457nm）反射率，来表示纸张的白度。
c.主要实验步骤：
①开机后，选择457nm光源，用黑板校零，用标准白板校准；
②分别测试铜版纸、胶版纸、新闻纸的白度，将实验数据记录在表1—1—a中。
d.实验数据
实验条件：
光源：457nm
入射光角度：45°
反射光角度：0°
表1—1—a 纸张白度测量数据
e.数据分析：
①从上表数据看，白度：铜版纸>胶版纸>新闻纸；
②铜版纸表面有一层白色涂层，涂料中的颜料白度很大（有的是用二氧化钛），因而白度大；
③胶版纸在制浆后进行了一定的漂白，而且加填了填料，使得纸张白度提高；
④新闻纸采用机械法制浆，残留大量木素，而且也没有经过漂白或者涂布，因而白度低。
B.纸张光泽度测量
a.实验仪器：
UGV-5D变角光泽仪
b.实验原理：
通过测定纸张镜面反射的能力，来表示纸张的光泽度。
c.主要实验步骤：
①开机后，选择75°角度，调零后，用黑玻璃板进行校准；
②分别测试铜版纸、胶版纸、新闻纸的光泽度，将实验数据记录在表1—1—b中。
d.实验数据
实验条件：
入射光角度：75°
e.
①从上表数据看，光泽度：铜版纸>胶版纸>新闻纸；
②铜版纸表面有一层白色涂层，涂料填补了纸张表面的凹坑，使得光泽度大大提高；
③胶版纸、新闻纸表面并没有进行涂布，表面凹凸不平，故镜面反射程度不大，光泽度下降，但胶版纸表面经过了一定的施胶，故光泽度相对于新闻纸会高点。
C.纸张表面平滑度测量
a.实验仪器：
“ZPD－10B”型无汞纸张平滑度测定仪
b.实验原理：
空气泄漏法，即在一定的真空度、一定的面积、一定的试验压力下，测定一定容积的空气，通过试样和玻璃砧之间的接触表面所需的时间用“s”表示。试样越平滑，它与玻璃砧接触就愈紧密，空气通过的速度就愈慢，需要的时间就愈长。
c.主要实验步骤：
①开机后，将纸样夹入仪器，按动操作钮，真空泵开始工作。当容腔内与外界气压压差为53.33kpa时，三个指示灯依次燃亮，真空泵停止工作；
②外界空气逐步进入容腔，使内外压差变小，当50.66kpa指示灯一灭，数字显示器开始同步计数，当48.00kpa指示灯一灭，计数同时停止，此时显示器上显示出的数值即是该纸样的平滑度值。
③分别使用铜版纸、胶版纸、新闻纸重复上述步骤，将实验数据记录在表1—1—c中。
d.实验数据
实验条件：
测试压力：53.33kpa~50.66kpa
数据单位：s
表1—3 纸张平滑度测试数据
e.
①从上表数据看，平滑度：铜版纸>胶版纸>新闻纸；
②铜版纸表面有一层白色涂层，涂料填补了纸张表面的凹坑，使得空气泄露的时间增大，极大地提高了平滑度；
③胶版纸表面并没有进行涂布，故相对铜版纸平滑度低，但是胶版纸表面进行了施胶，故平滑度相对于新闻纸较大；
④新闻纸没有涂布，也没有施胶，故平滑度最低。
D．纸张表面粗糙度测量（PPS值测量）
a.实验仪器：
PPS粗糙度测定仪
b.实验原理：
同样采用空气泄漏法，但更接近实际印刷的压力。通过将试样压在一个平的金属圆环和弹性衬垫之间，将测量环与纸面之间泄漏的空气流量，换算成以μm表示的绝对单位的粗糙度值，同时可以直接预测出填充纸面凹坑所需的墨膜厚度。
c.主要实验步骤：
①打开机器和空气压力泵，保证气压达到300-600KPa；
②分别测定在“CP500”、“ CP1000”、“CP2000”三个压力档下的PPS值；
③分别使用铜版纸、胶版纸、新闻纸重复上述步骤，将实验数据记录在表1—1—d中。
d.实验数据
实验条件：
数据单位：μm
表1—1—d 纸张表面粗糙度测量数据
①从上表数据看，横向分析：对于同一种纸，粗糙度：CP500>CP1000>CP2000；
②纵向分析，对于同一种压力，粗糙度：铜版纸<胶版纸<新闻纸；
③铜版纸表面有一层白色涂层，涂料填补了纸张表面的凹坑，使得填充纸面凹坑所需的墨膜厚度降低，即PPS值较小；
④胶版纸表面并没有进行涂布，故相对铜版纸表面凹坑深，但经过了一定的施胶，故比新闻纸PPS值低；
⑤新闻纸没有涂布，也没有施胶，故填充纸面凹坑所需的墨膜厚度最大，即粗糙度最大。
（2）不通纸张对印刷品颜色再现的影响测试
a.实验仪器：
IGT印刷适性仪、X—Rite分光密度计
b.实验原理：
在不同纸张上用相应上墨量进行印刷，用X—Rite分光密度计对6种纽介堡颜色进行颜色测试，确定出相应的色域，同时测量不同色块的密度，计算出
c.主要实验步骤：
①向注墨器分别灌入TGS牌的黄、品、青墨；
②用注墨器在IGT印刷适性仪上分别注入墨量为0.1ml的黄、品、青色油墨，匀墨均匀后，将墨转移到印版上，再用IGT印刷适性仪分别按品黄、青品、青黄的顺序分别对铜版纸纸进行印刷（黄色作为第二色进行印刷）；
③用X—Rite分光密度计分别对各个色块进行颜色和密度的测量，将测量结果记录在表1—2—A中；
④换用胶版纸进行试验，将测量结果记录在表1—2—B中；
⑤换用新闻纸进行试验，将测量结果记录在表1—2—C中；
d.实验数据（样条另附）
注：在进行颜色测量时，每个色块共测试5次，去除最大值和最小值后，取平均值。
实验条件：
油墨品牌：TGS
印刷速度：0.2m/s
印刷压力：625N
温度：30℃
湿度：45%
表1—2—A 铜版纸颜色和密度测量结果（注墨量：0.1ml）
表1—2—B 胶版纸颜色和密度测量结果（注墨量：0.17ml）
色相误差=
%100?--L
H L
M ，
灰度=
%100?H L
饱和度=%1001?-）（H L
色效率=%10021?+-）（H
M
L
其中，H ——油墨最大密度值 L ——油墨最小密度值
M ——介于L 和M 之间的密度值
计算出色相误差、灰度、饱和度、色效率。 为方便对比，将密度数据整合为如下一张表：
表1—2—D 不同纸张样条颜色测量结果
注墨量：铜版纸0.1ml ，胶版纸0.17ml ，新闻纸0.24ml
利用表中的x、y色品坐标，画出如下色品图：
图1—2—1D 不同纸张的色域范围图
e.数据分析：
①从上图可知，铜版纸色域范围最大，胶版纸和新闻纸的色域都在铜版纸色域之内，且二者之间大部分重叠；
②从表1—2—D看，密度变化趋势：铜版纸>新闻纸>胶版纸；
③色相误差变化趋势：铜版纸>胶版纸>新闻纸；
④色效率变化趋势：铜版纸>胶版纸>新闻纸；
⑤灰度变化趋势：铜版纸<胶版纸<新闻纸，饱和度变化趋势：铜版纸>胶版纸>新闻纸；
⑥综合来看，铜版纸平滑度高，白度大，光泽度高，所形成的颜色密度大，故形成的颜色种类多，色域范围大；
⑦从表1—2—D中可以看出，黄色油墨的密度对于新闻纸有反常，这是由于黄色是弱色，其光密度随纸张的变化不明显，同时也与新闻纸注墨量大、吸收性好有关，另外，也与测量时忽略了纸张的正反面有关。
2．油墨部分
（1）用平行板粘度计测量油墨的流变性能
a.实验仪器：
QNP型平板粘度仪
b.实验原理：
测量油墨在一定剪切力τ作用下，所产生的速度梯度，通过记录不同时刻油墨的铺展直径，再经过换算，可以绘制油墨特性曲线和流变曲线，从而得到油墨的塑性粘度，屈服值，丝头长短和软硬程度。
c.主要实验步骤：
①清洗：用软布和溶剂清洗仪器的装墨孔和上下平行板，使其干燥；
②调整仪器水平：利用水平仪调节支脚螺丝达到水平；
③装墨：移开上平板，拉下活塞7将墨装入墨孔内，墨面与下平行板表面平，注意不要产生气泡和空隙；
④测试：将上平行板支杆支好，在上平行板下落的同时启动秒表；
⑤读数：读取5s,10s，20s,30s...100s,120s等时间油墨受上平行板压力向四周扩展的直径，分别用原墨和添加了1%、3%、5%、7%、9%撤粘剂重复上述步骤，将结果记录在表2—1中。
d.实验数据
实验条件：注墨量：0.5cm3 上板重量：115g
τ=
5
2r 2πPV
D=t
·4343.0r 62SL
V π η=τ/D
（其中，P=1.127N ，V=0.5×10-6m 3，π=3.14） 算出结果并记录在以下各表：
表2—1—1 原墨平行板黏度计数据计算结果
表2—1—2 1%撤黏剂平行板黏度计数据计算结果
表2—1—3 3%撤黏剂平行板黏度计数据计算结果
表2—1—4 5%撤黏剂平行板黏度计数据计算结果
表2—1—5 7%撤黏剂平行板黏度计数据计算结果
表2—1—6 9%撤黏剂平行板黏度计数据计算结果
注：由于时间紧迫，故只取900s （15min ）时的数据作为最大铺展直径，进行屈服值的计算。
根据公式：
τB =
5m ax
2
r 2πPV
计算出屈服值。
通过以上数据可以画出图2—1—1和图2—1—2：
图2—1—1
油墨铺展直径和时间的关系
图2—1—2 D —τ关系图
为方便比较，将以上数据整合到表2—1—7：
表2—1—7 用平行板粘度计测量各种油墨的数据
e.数据分析：
①随着撤粘剂浓度的增大，直线斜率逐渐减小，说明油墨丝头减短，反映出油墨粘着性降低；
②随着撤粘剂浓度的增大，直线截距逐渐增大，说明油墨逐渐变软；
③随着撤粘剂浓度的增大，屈服值和塑性粘度受到一定的影响，总体屈服值呈下降趋势，可能是因为油墨在调配时不太准确造成。
（2）用油墨粘性测试仪测量油墨的粘性和粘性增值
a.实验仪器：
YQM-1型油墨粘着性测试仪
b.实验原理：
粘性仪在旋转的情况下测试阻止油墨薄层分离或被扯开的阻力力矩，用力臂的大小表示，仪器只给出这个力的相对大小，故没有量纲，单位为1，以数字表示之。
c.主要实验步骤：
①机座调水平：将仪器置于稳固的实验台上，调节水平调整螺丝使水平仪16处于水平位置；
②调温：开启恒温浴开关，使红绿灯同时发亮，红灯亮时表示电热工作；升温至32 ℃(温度调节是用恒温水浴器盖上的温控接触开关进行的)，并保持在32℃；
③调节平衡后，在吸墨器内灌满调匀的油墨，然后将墨均匀涂在合成胶辊上，先用手旋转马达轴，使辊子旋转而墨匀涂于辊子上，然后再打开开关使辊子旋转1分钟，把制动器合上再开始测定数据，在一分钟内测定并读出游标所指示的数值。此值即为此墨之粘着性；
④记录第15分钟时的粘性值，与1min时的粘性相差即为粘性增值，将数据记录在表2—2。
d.实验数据：
实验条件：
注墨量：1.32cm3
温度：31℃±1℃
转速：400转/分钟