第四节实地密度四、墨层厚度和反射密度的关系
均匀且无空白地印刷出来的表面颜色密度称为实地密度，墨层厚度和实地密度之间存在着密切的关系。墨层的吸收特性取决于色相、墨层厚度、油墨中颜料的特性和浓度。因为印刷所用的三原色油墨的色相是标准化的，颜料的浓度已由它的结构特性所确定，所以只有墨层的厚度是受操作者影响的变量。图4－20表示墨层厚度和实地密度的关系，基本上可以说： 低油墨量→薄的墨层厚度→颜色淡→吸收光量少→反射率高→低密度值； 高油墨量→厚的墨层厚度→颜色深→吸收光量多→反射率低→高密度值。 但从某一个墨层厚度开始，即使继续增加墨层厚度，油墨密度也不再提高，而总是反射一定量的光，故一个无穷大的密度值是不存在的。 图4－20是表示胶印中四色油墨的墨层厚度和对应的实地密度的关系。图中两根垂直虚线之间的墨层厚度，即0．7～1．1μm是胶印常用的墨层厚度，该图还表明密度曲线不是直线，当墨层厚度很高时，密度开始变平，但对胶印来说不再是适宜的。  图4－20 采用密度测量方法可以使印刷与打样之间的质量匹配建立在客观的基础之上，尤其是在印刷过程中采用定时测量手段可以保持色差在规定的公差范围内，这比单纯用视觉控制方法要好得多。在过程控制中，测量方法的精度通常比绝对色度值的准确性更有意义，因为生产中关心的是相对于标准印张所产生的色差。表4－4列出的数据表明根据不同测量方法计算出测量精度的标准偏差，表中NBS（National Bureau of Standards）单位是色差的一个度量，在理想比较条件下，眼睛恰可觉察色差约为0．3。 表4－4
引起反射密度发生变化的原因之一是墨层厚度的变化，为了建立墨层厚度变化与实地密度Ds变化之间的关系式需要建立墨层厚度与Ds之间的标定曲线，这对纸和油墨的每种组合都是需要的，但精确地产生这样的曲线是十分困难的，在墨层较薄的情况下更为困难。但我们可以用合成的方法合成一条曲线，近似地表达当Ds变化一个给定值时，透明墨层应当改变的百分数。产生这种曲线的方法如下：准备一组密度依次渐增的中性滤色片或中性透射胶片，测量其透射密度Dt，然后把它们粘贴在一张印刷用的纸上，粘贴务必在最佳接触状态下，然后用一台加偏振滤色片的密度计测量每个粘贴块的反射密度Ds，注意要在读数中修正因粘贴剂带来的影响，然后把每个Dt值及其对应的Ds值标绘在直角坐标图上（见图4－21）。45°虚线表示一种理想的情况，即入射的光首先通过薄膜到达纸面，然后又通过薄膜反射回来。实线则表示实际的读数，它离开了45°线，这是由于有一些光被纸张吸收了，还有一些光扩散到胶片内部。要是用一个非偏振化的密度计，情况则如另一实线所示。这是由于薄膜上表面反射的一部分光（大约0.5％）进入密度计使密度值降低，Ds的极限值只能达到2.3左右。当表面的光泽度减小时，Ds的极限值减小；对于一个理想扩散表面来说，极限密度约为1.5，对于非偏振密度计来说，曲线肩部的密度都比较高，跟我们现在研究的问题无关，我们现在要研究的问题是寻找墨层厚度和Ds之间的一般关系。 
图4-21 如果各个薄膜块的厚度是相同的，那么根据比尔（Beer）定律，Dt与薄膜中的颜料浓度成正比关系。然而，我们同样可以假定颜料浓度是常量而薄膜厚度是变量，在这个假定之下，根据布克（Bouquer）定律，Dt是与薄膜厚度成正比的，事实上，这种关系只在曲线的直线部分才能保持。但由于我们感兴趣的是从0.6到1.70这个区间之间的密度，所以这个曲线能够满足目前的需要。 这个曲线的主要用途在于建立这样的关系：当给定Ds一个增量ΔDs时，墨层厚度改变的百分比。例如在表4－4中，第三种方法的精度是0.10密度单位，如果标准Ds是1.30，那么这相当于墨层厚度变化多少呢？为了确定这个量值，我们可以在图中的粗实线上找出与Ds＝1．30和Ds＝1．40对应的两点，它们分别与Dt＝0．48和Dt＝0．53对应，因为1．30是标准值，所以把它对应的0．48整规化为1，然后乘以100，化为百分数，再以同样的方法将0．53整规化并换算成百分数（0．53除以0．48，再乘以100）可得数值110％，这就是说，当Ds＝1．40时，墨层厚度增大10％。 若不从曲线得到Dt，我们还可根据奥特（Ohat）的建议，在曲线的直线部分（Ds＞0．50）根据下面的公式导出Dt： Dt＝0．45DR－0．1 可以用合成曲线评价莫勒（Maurer）的建议，莫勒认为在彩色胶印中可以用较薄的墨层印刷，这样可以节约油墨和提高印刷质量。莫勒用实际样本证实，淡而柔和的色彩可以用较薄的墨层和较大的网点面积印刷，彩用这种方法决不会丢失中调和暗调的质量。莫勒在一个例子中把黄墨的实地密度从1．20减少到0．75，把品红实地密度从1．30减少到1．00，根据曲线，这将把黄墨层减少到54％，把品红墨层减少到72％。为了在较低的墨层厚度情况下满足灰平衡的需要，需要把网点面积增加40％～50％（取决于调值大小），这将最大限度地节约油墨。较薄的墨层对油墨干燥、防止背面粘脏和实施底色去除工艺都有好处。例如：如果减小黄和品红墨层的厚度（通常不减小青和油墨层的厚度），那么印张上的总墨层厚度会降低20％，如表4－5所示。 表4－5 墨层厚度降低百分数
降低总墨层厚度可降低卷筒纸印刷机的干燥温度，降低单张纸印刷机的喷粉量。 五、胶印墨层厚度的测量本节讲述一种测量纸上墨层厚度的方法。首先用一块印版印刷1000～5000张样本，印版上的图像面积是难确的已知数，由此可以计算出被印刷油墨的总面积，然后测量印刷中消耗油墨的重量，这样就可以计算出墨层厚度，用每平方米印刷的油墨克重数表示，详细步骤如下： ①进行试运转印刷直到达到既定的实地密度，并保证纸定方向密度均匀，误差在±0．05之内，这相当于墨层厚度大约有±6％的变化（在铜版纸上印刷的情况）。 ②停止印刷机运转，把计数器调到0，除掉墨斗中的余墨，注意别打开墨斗。 ③称量一定重量的油墨加进墨斗，称出的油墨应比需要量多10～20％。 ④启动印刷机，以正常的间隔抽样并将样本编号。抽样数至少10张，最好20张。 ⑤印足数后停下印刷机，记录计数器上显示的印数。 ⑥除去并称量墨斗中的余墨，算出油墨消耗量。 ⑦根据测量和记录的每个样本的平均实地密度检查印刷机运转的稳定性，然后分析这些读数并计算它们的平均值及标准偏差，如果标准偏差不大于0．02～0．03密度单位，则印刷机的运转是处在稳态，从印刷过程中获得的样本数据是可靠的。 ⑧用下列公式计算该次印刷的平均墨层厚度： 墨层厚度（g/m2）＝油墨消耗量（g）/每印的图像面积（m2）×印数 上述方法虽然简单明了，但必须预防许多潜在的误差因素才能得到精确的结果，经验指出，主要的误差来源有四个方面，即必须满足四方面的要求： ①已知图像面积是精确的。虽然这一要求的必要性是显而易见的，但若不注意选择印版，实现这个要求是困难的，甚至是不可能的。这是因为印版图像的面积难以精确测量，即使用印版扫描器测量也是如此，因为许多印版扫描器扫描文字和小网点如10％或更小的网点是不可靠的。因此建议测试印版的图像面应当主要由实地和简单的几何图形组成，即应当有用手工测量和计算容易确定的面积，当然也应当有一些网点块或测试块，以便使印刷工人能够确保输水量合适和网点增大正常。 ②足够的印刷长度。印刷长度必须足够，以便使消耗的油墨量大得足以进行精确的测量。还必须考虑一些引起测量误差的因素。 引起偏差的第一个可能的来源是贮存在输墨辊子系统中的墨量，因为这个量的任何变化都会使测得的油墨消耗量发生改变，而贮存在辊子系统中的油墨量与油墨的消耗量有很大关系。所以消耗的油墨量最好是多于辊系贮存量的10倍，在任何情况下贮存在辊系中的油墨量决定了最小的印刷长度。需要的压印数取决于印版的油墨覆盖率，印版油墨覆盖面积相对较大时（33％），可采用1000印数，印版油墨覆盖率相对较小时（8％），可采用5000印数。为了减少印数，最好采用图像覆盖面大的印版，因为这可以减少印刷机的响应时间。 ③墨斗内的装墨量。要考虑的第三个问题是在印刷前装入墨斗的墨量，它不应当太多地超过要消耗的墨量。这有两个原因：第一，这将提高称重的精度；第二，印刷完毕时，若墨斗中剩余墨量较少，会减少因可能的乳化效应造成的潜在误差。为此我们事先确定油墨消耗量。有两种方法：作一次试运转或假定一个墨层厚度进行计算，当用第二种方法时，被测值可作为选择假定值的指南使用（对于一组给定的条件而定）。 ④考虑印刷密度。为了获得可靠结果的第四个条件是：印刷机的运转状态必须是稳定的，验证的标准是在印刷过程中能得到相对稳定的印刷密度，与此有关的一个关键参数是印刷机的设计和状态。印刷机应当调节合适，最好具有新型的润湿系统，以保证迅速达到稳定状态。 为了分析影响印刷墨层厚度的因素进行过一系列的实验。实验是在海德堡GTO印刷机上进行的，实验只改变润湿液的组成，重复实验5次，实验得知实地密度的平均值为1．44，标准偏差为±0．03，墨层厚度的平均值为0．97g／m2，标准偏差为0．02g／m2，有意思的是不管用放大镜观察还是用分光光度计测量反射率，纸上的油墨覆盖都未发现差异，仅仅在网点增大方面看到一些变化。这个实验证明了印刷机油墨调节的一致性和这种方法的可重复性。 另外三组实验是在彩报机上用黑油墨进行的。这组数据显示增加输水率会影响印刷密度，前两个实验是采用连续供水系统，后者是采用喷雾输水装置。从图4－22可以看到，即使不改变供墨量，印刷的墨层厚度和实地密度也将明显减小。 在另一个实验中，输水和输墨协同调节使实地密度达到0.95，然后把输水参数调大（1.9），接着重调输墨使实地密度恢复到0.95，由图4－22可以看到，为了达到相同的实地度，后者多消耗油墨10％。 
图4－22 
图4－23 在前述三组实验中，用四种不同等级的纸张获得了22个数据点，是用同一个密度计进行测量的，印刷油墨都是标准品红。 实验在IGT印刷适性实验机上进行，对不同等级的纸张和油墨的组合找出在干燥状态下密度和墨层厚度数据，每组由15～20个测量数据组成。人们发现这些数据可以用最小二乘法拟合托勒纳尔（Tollenaar）曲线。图4-23表示一个数据组的拟合曲线，测量点和曲线间的均方根偏差仅0．01密度单位。下面的几个图是将在印刷适性试验机（干印刷）和印刷机上（湿印刷）得到的数据进行比较。为避免过多的数据点造成混乱，于印数据以最优拟合曲线的形式表达。 
图4－24  图4－25 为了识别水河油墨覆盖的影响，用相同油墨和纸进行干印和湿印。图4－24～图4－27四个图呈现两个突出的特点，第一，图4－25和图4－27这两个图很好地表明了干湿印刷曲线的一致性，在报纸印刷的情况下，这种一致性给人以特别突出的印象，因为干印数据是来源于两个不同印刷机的印品。第二个特点是：图4－24和图4－26恰恰显示出相反的论据，干和湿曲线出现偏移，这个偏移是由于系统误差造成的，这是正常的。由此可以得出结论：标准供水根本不会明显影响一个给定墨层厚度的密度；另一个结论是：在既定的印刷机调节状态下，传递到纸上的墨量跟纸的等级或性质无关。 
图4－26 
图4－27 综上所述，可以归纳如下几点： ①印刷墨层的厚度对于在单张纸胶印机上印刷的涂料纸来说大约是1．0g／m2，在报纸上印刷的墨层和用在卷筒纸胶印机上印刷的涂料纸来说稍许大一点，用电子显微镜测量也能得到相同的结果。 ②超过上列墨层厚度范围时，实地密度与墨层厚度关系曲线可以用下边的托勒纳尔公式拟合，拟合误差很小。 D＝D∞（1－e-mt） 式中：D——实地密度 t——墨层厚度 D∞，m——常数 ③在正常印刷条件下，即在用水量恰到好处的情况下，平印使用的水对实地密度与墨层厚度关系曲线根本没有明显影响。 ④在既定的印刷机调节状态下，印刷墨层厚度跟纸张性质无关。 ⑤纸张对实地密度与墨层厚度关系曲线有明显的影响。 ⑥过量输水对印刷的影响很大，它将使实地密度急剧减少，如要恢复到原来的密度，就得增加墨层厚度。 上述公式实际是公式（4－8）的一种特例，当在报纸上印刷黑墨、供墨量大于1g／m2或反射率比（R／R0）小于0．35时，这个公式是适宜的。 不管哪一个经验公式，纸张的粗糙度和印刷压力都是影响公式中系数值的最主要的参数。有些情况下影响不大，如在一定条件下印刷压光纸和墨量小于1g／m2的情况。 六、单、双色印刷机墨层厚度的确定
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