紙張性能對(duì)噴墨印刷質(zhì)量的影響規(guī)律研究

張便芝，劉 忠

（中國(guó)輕工業(yè)造紙與生物質(zhì)精煉重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，天津300457）

噴墨印刷是一種非接觸式的數(shù)字印刷方式，通過(guò)熱氣泡或壓電將油墨從微細(xì)的噴嘴以墨滴的形式噴射而出，墨滴附著在承印材料的表面，從而形成穩(wěn)定的影像。 噴墨印刷是結(jié)合了高質(zhì)量、高速度和低噪音的單色或彩色圖文的印刷技術(shù)。 為了使印刷品具有較高的印刷密度和豐富的階調(diào)層次，一般要求所使用的油墨與承印物相匹配，或者承印物的性能要與油墨相適應(yīng)，以保證良好的印刷質(zhì)量。 所以，一般情況下，噴墨印刷系統(tǒng)的油墨和承印材料都是成套使用的。

印品質(zhì)量直接取決于承印物的品質(zhì)，即紙張的品質(zhì)[1]。 華南理工大學(xué)陳廣學(xué)等[1-2]對(duì)噴墨印刷紙進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究發(fā)現(xiàn)影響噴墨印刷品相對(duì)反差的最重要因素為紙張白度和光澤度，紙張定量和厚度的影響較小。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)馮龍等[3]進(jìn)行噴墨打印紙主要性能實(shí)驗(yàn)，比較得出結(jié)論：在噴墨印刷中，吸墨性較好且白度較高的紙張能夠更好地保存圖像。 遼寧省新聞出版學(xué)校王紳等[4]對(duì)紙張各類參數(shù)進(jìn)行量化表征并研究了表達(dá)色彩轉(zhuǎn)移效果的色域體積，研究發(fā)現(xiàn)紙張白度和光澤度與色域體積呈正相關(guān)特性，其中白度對(duì)增大色域體積更具有影響力。 山東輕工業(yè)學(xué)院李春艷等[5]在研究噴墨打印中紙張性能對(duì)印品光澤度影響過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，定量與印品光澤度呈正相關(guān)，且紙張光澤度與印品光澤度高度相關(guān)。

綜上可知，紙張性能對(duì)于噴墨印刷印品質(zhì)量有直接影響。 本文選取紙張作為研究對(duì)象，從紙張表面特性定量、白度、紙張光澤度及紙張光滑度出發(fā)，選擇印品階調(diào)層次變化、相對(duì)反差以及印品光澤度作為判斷各表面特性對(duì)噴墨印刷品質(zhì)量的影響規(guī)律及現(xiàn)象，以便于研究如何得到更高質(zhì)量的噴墨印刷品。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

在紙張白度、光澤度、平滑度和定量上有明顯差別的5 種可適用于噴墨打印的紙，分別用1#、2#、3#、4#、5#表示。

1.2 設(shè)備

ESPON Stylus Pro 7600 型數(shù)字噴墨打印機(jī)，愛普生（中國(guó)）有限公司；BSM220.4 型電子分析天平，上海卓精電子科技有限公司；ZB-A 型色度儀，杭州紙邦自動(dòng)化技術(shù)有限公司；DCP-PHY10K 型電腦測(cè)控平滑度儀， 四川長(zhǎng)江造紙儀器有限責(zé)任公司；MULTI GLOSS 268 Plus 型光澤度儀，日本美能達(dá)公司；X-Rite518 型分光密度儀，美國(guó)愛色麗公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

首先，分別測(cè)量5 個(gè)紙樣的定量、白度、平滑度、光澤度，利用Adobe Illustrator 軟件設(shè)計(jì)CMYK 四色梯尺。 在數(shù)字噴墨打樣機(jī)上對(duì)5 種紙分別進(jìn)行打印輸出， 用分光密度儀對(duì)打印輸出的四色梯尺進(jìn)行實(shí)地密度、網(wǎng)點(diǎn)面積以及相對(duì)反差的測(cè)試，記錄各階調(diào)處的網(wǎng)點(diǎn)面積，用所得數(shù)據(jù)作圖，分析紙張性能對(duì)噴墨印刷階調(diào)、相對(duì)反差以及印品光澤度的影響規(guī)律，并分析紙張各性能對(duì)其影響的相關(guān)系數(shù)。

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析采用Origin Pro8.632-bits； 對(duì)數(shù)據(jù)采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合。

2 結(jié)果與討論

2.1 紙張表面性能測(cè)量與階調(diào)復(fù)制效果

測(cè)得紙張定量、白度、平滑度、光澤度如表1 所示。 由于紙張涂布方式和涂布結(jié)構(gòu)的不同， 紙張的各種性能指標(biāo)也是不同的，其中1#、4#具有較高的定量和平滑度，3#、5#在白度方面差異較大，1#、2#具有較高的光澤度，5#的光澤度最低。

表1 紙張表面性能測(cè)試

對(duì)印品各網(wǎng)點(diǎn)面積的密度用分光密度儀進(jìn)行測(cè)試， 獲得各色油墨印刷密度等數(shù)據(jù)并通過(guò)Origin 繪制圖表， 觀察印品階調(diào)層次的變化規(guī)律。 由于紙張的性質(zhì)不同，印品的階調(diào)層次也會(huì)發(fā)生變化，亮調(diào)、中間調(diào)和暗調(diào)的色彩再現(xiàn)也會(huì)有差異。由表2 可知：從亮調(diào)到中間調(diào)， 各類紙的階調(diào)密度變化都不是很明顯，但2#、4#紙?jiān)?%的網(wǎng)點(diǎn)處各色印刷密度均為0，出現(xiàn)了亮調(diào)層次丟失現(xiàn)象。從中間調(diào)到暗調(diào)區(qū)域，階調(diào)密度開始有明顯的變化。在各類紙張的印品中，均為青墨的實(shí)地密度最高，品紅油墨次之，黃墨的實(shí)地密度最小， 青墨印品的效果最好， 階調(diào)層次最清晰， 相較于其它顏色更適合于研究紙張性能對(duì)色彩再現(xiàn)及相對(duì)反差等的影響。1#和3#紙相比于其他三類紙的亮調(diào)、暗調(diào)、中間調(diào)層次變化最明顯，色彩再現(xiàn)比較細(xì)膩， 印刷效果最好；5#紙的是實(shí)地密度最低，階調(diào)層次變化最小，印品質(zhì)量較于其他最差，印刷樣品效果不理想。

表2 不同試樣噴墨印品的階調(diào)

2.2 最小二乘法線性擬合原理

為了研究自變量x(紙張性能)與因變量y(印刷相對(duì)反差)之間的關(guān)系，并獲得其相關(guān)性，根據(jù)最小二乘法的原理， 被測(cè)量真值的最佳值能夠使每次測(cè)量偏差的平方和為最小值[6]，即

利用其公式原理獲得擬合直線y=a+bx，其中a、b 為兩個(gè)待定參數(shù)， 可根據(jù)5 組測(cè)量值對(duì)其進(jìn)行估計(jì)，且估值應(yīng)使下式取最小值。

計(jì)算整理得到

由此整理獲得最佳線性回歸方程y=a+bx。 r 表示兩個(gè)變量函數(shù)與擬合直線的符合程度， 即擬合曲線的相關(guān)系數(shù)，其中r 的值越接近于1，則實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加密集分布在直線附近， 可使得擬合曲線更有價(jià)值與意義[7]。 殘差平方和RSS 是指每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與回歸直線上相應(yīng)位置的殘差的平方之和， 表示隨機(jī)誤差的效應(yīng)，其值越小則擬合程度越好。

2.3 紙張性能對(duì)相對(duì)反差的影響

相對(duì)反差即印刷對(duì)比度， 在印刷術(shù)語(yǔ)中被定義為實(shí)地與特定網(wǎng)目調(diào)值的積分密度之差同實(shí)地密度的比值，它用來(lái)確定打樣和印刷標(biāo)準(zhǔn)給墨量，即圖像的實(shí)地密度與圖像中調(diào)至暗調(diào)的某點(diǎn)網(wǎng)點(diǎn)積分密度的差值同實(shí)地密度的比值， 簡(jiǎn)稱K 值[8]，同時(shí)也是判斷圖像階調(diào)、 實(shí)地密度是否能夠忠實(shí)于原稿的重要參數(shù)。 表面上，K 值是調(diào)節(jié)圖像色調(diào)的重要參數(shù)；實(shí)際上，它不但可以控制打樣或印刷供給量，而且可以控制整條階調(diào)復(fù)制曲線。 一般來(lái)說(shuō)，K 值越大越好。 K 值越大，色調(diào)變化越明顯，再現(xiàn)的層次就越豐富， 暗調(diào)區(qū)域的細(xì)節(jié)就越好；K 值越小，畫面整體就會(huì)顯得越沉悶，畫面變得濃重，暗調(diào)層次損失越嚴(yán)重， 此時(shí)亮調(diào)和中間調(diào)的網(wǎng)點(diǎn)受到的影響可能會(huì)小一些， 所能再現(xiàn)的層次就越少。各類紙色塊的相對(duì)反差如表3 所示。由表3 可知，K 值由大到小的順序即紙張?jiān)佻F(xiàn)階調(diào)層次的優(yōu)劣順序?yàn)?#、1#、2#、3#、5#。

表3 印品的相對(duì)反差

紙張?zhí)匦允怯绊懴鄬?duì)反差的重要因素，而定量、白度、光澤度、平滑度是紙張最常見且最具代表性的特性，無(wú)疑會(huì)對(duì)印品的相對(duì)反差產(chǎn)生影響。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 紙張?zhí)匦耘c相對(duì)反差之間的影響確實(shí)是不容忽視的， 不同特性對(duì)相對(duì)反差的影響程度有一定的差別， 并且有些特性之間還會(huì)相互影響。 具體可通過(guò)Origin 軟件繪制圖表并分析這些特性對(duì)相對(duì)反差的影響及相互影響，得到線性回歸方程、殘差平方和及相關(guān)系數(shù)如圖1 所示。

紙張定量是指1 平方米紙或紙板的質(zhì)量， 是最基本的性能指標(biāo)， 其數(shù)值以及均一性影響著紙張的各項(xiàng)性能指標(biāo)。 由圖1（a）可知，紙張定量會(huì)對(duì)印品相對(duì)反差產(chǎn)生一定的影響， 兩者之間的相關(guān)系數(shù)為0.83577，相關(guān)性較大，且擬合較好，由其趨勢(shì)線可看出，在一定范圍內(nèi)，紙張定量越高，印品相對(duì)反差越大，印品所能再現(xiàn)的階調(diào)層次就越多，中間調(diào)和暗調(diào)層次越豐富， 印樣也就越清晰， 印品質(zhì)量相對(duì)越好；紙張定量越低，印品相對(duì)反差小，印品階調(diào)層次越少，暗調(diào)區(qū)域偏模糊，印品質(zhì)量越差。

紙張白度是指紙張的亮度， 表示紙張的表面反射光的能力， 一般情況下紙張反射率較小則白度更低。 由圖1（b）可看出，印品相對(duì)反差受到紙張白度影響，紙張白度與相對(duì)反差的相關(guān)系數(shù)為0.50751，具有一定的相關(guān)性，但相關(guān)性較小。由圖1 中的預(yù)測(cè)趨勢(shì)線可知，紙張白度越高，相對(duì)反差也會(huì)相應(yīng)有所提高，尤其是當(dāng)紙張白度很小時(shí)，其對(duì)相對(duì)反差的影響會(huì)很大，此時(shí)的相對(duì)反差也會(huì)很小，印刷色差小，色域差別大， 對(duì)顏色再現(xiàn)和階調(diào)復(fù)制會(huì)有很大的負(fù)作用，嚴(yán)重影響了印品的質(zhì)量。

平滑度是紙張印刷適性中重要的參數(shù)之一，它表示了紙張表面的平整光滑程度[9]。 由圖1(c)可知，紙張平滑度與印品相對(duì)反差有著密切的聯(lián)系， 相關(guān)系數(shù)為0.91249，擬合程度較高，由預(yù)測(cè)趨勢(shì)線可以看出，紙張平滑度越高，印品相對(duì)反差越大，油墨在紙張上越能更好地鋪展，色調(diào)層次更豐富，同時(shí)，圖文可以更清晰、 更飽滿地在紙張上呈現(xiàn)， 印品質(zhì)量好；反之，紙張平滑度越小，印品反差越低，往往會(huì)使印品的墨色發(fā)花，圖文層次感變差，印品質(zhì)量變差。

紙張光澤度是指紙張表面方向性選擇反射的性質(zhì)， 關(guān)系到印刷品圖像色彩的鮮艷程度以及立體感[10]。觀察圖1(d)可知，紙張光澤度會(huì)對(duì)印品相對(duì)反差產(chǎn)生影響，兩者的相關(guān)系數(shù)為0.76217，相關(guān)性較大。根據(jù)預(yù)測(cè)趨勢(shì)直線可看出，紙張光澤度越高，印品相對(duì)反差越大，暗調(diào)和中間調(diào)的層次會(huì)被拉開一些，階調(diào)層次越豐富，細(xì)節(jié)再現(xiàn)越細(xì)膩，印品質(zhì)量越好；紙張光澤度越低，相對(duì)反差K 值越小，畫面越偏黑、偏深、偏悶，暗調(diào)缺乏層次的變化，暗調(diào)細(xì)節(jié)不能很好地再現(xiàn)，網(wǎng)點(diǎn)增大嚴(yán)重，圖像不清晰，階調(diào)層次越少，印品質(zhì)量越差。

圖1 紙張定量、白度、平滑度、光澤度與相對(duì)反差的相關(guān)性

2.4 紙張性能對(duì)噴墨印刷印品光澤度的影響

在噴墨印刷過(guò)程中，油墨轉(zhuǎn)移到紙張表面后，會(huì)將紙面的凹凸點(diǎn)填充。 印刷品光澤主要與印品墨膜表面對(duì)光的鏡面反射有關(guān)， 而噴墨印刷屬于非接觸印刷，墨膜表面的反射主要與紙張的性質(zhì)有關(guān)。

印品光澤度數(shù)據(jù)如表4 所示，五種紙的印品光澤度有較大差異，1#、2#、4#紙的印品有較高的光澤度，3#紙的印品光澤度相對(duì)較低，5#紙的印品光澤度則非常低。而由表1 得知1#、4#紙有較高的定量、平滑度和光澤度，5#紙的平滑度、光澤度和白度較低，可以看出紙張的特性對(duì)印品的光澤度有一定的影響。

表4 實(shí)驗(yàn)試樣的印品光澤度

由圖2（a）可知：紙張定量與印品光澤度有著直接的聯(lián)系， 兩者變化趨勢(shì)基本相同， 其相關(guān)性為0.79401，相關(guān)性較大，且成正相關(guān)。 印品光澤度隨紙張定量的增加而增加，但在低定量階段，紙張定量增加時(shí)，印品光澤度的增長(zhǎng)趨勢(shì)較緩慢。

由圖2（b）可知：紙張白度對(duì)印品光澤度有一定的影響，兩者相關(guān)系數(shù)為0.71467，兩者具有一定的相關(guān)性。 當(dāng)白度過(guò)高時(shí)，兩者變化趨勢(shì)相反，印品光澤度隨紙張白度增加而降低，兩者呈負(fù)相關(guān)；但當(dāng)紙張白度降到一定數(shù)值時(shí)，印品光澤度也隨之降低，而且降低的幅度迅速增大。 所以，要想使印品具有好的光澤度，應(yīng)將紙張的白度控制在合適的范圍內(nèi)，不宜過(guò)低或過(guò)高。

由圖2（c）可知：印品光澤度與紙張平滑度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.50298，相關(guān)系數(shù)較低，相關(guān)性較差。 平滑度高的紙張，有利于形成均勻的墨膜，墨膜展平后才能產(chǎn)生鏡面反射，印品的光澤度會(huì)隨之升高；如果紙張表面粗糙，平滑度差，油墨印上后，印跡墨膜就會(huì)高低不平，對(duì)光只能形成漫反射，印刷品的光澤度就會(huì)很差[13]。因此，要選擇較高平滑度的紙張，才能得到高光澤度的印刷品。

由圖2（d）可知：紙張本身的光澤度和印刷品的光澤度有直接的聯(lián)系， 其相關(guān)系數(shù)為0.97539，具有極大相關(guān)性，兩者的變化趨勢(shì)幾乎重合，成正相關(guān)。 在一定程度上可以認(rèn)為，紙張的光澤度決定著印刷品的光澤度，若紙張具有較好的光澤度，則墨膜的反射率也會(huì)提高， 即印刷品的光澤度會(huì)隨紙張本身的光澤度的提高而增加。 因此，在實(shí)際印刷過(guò)程中， 若要求印品光澤度較高則需要選擇具有高光澤度的紙張。

圖2 紙張定量、白度、平滑度、光澤度與印品光澤度的關(guān)系

3 結(jié)論

通過(guò)繪制階調(diào)復(fù)制曲線細(xì)致地分析了5 類不同紙張的印刷復(fù)制效果， 結(jié)合數(shù)據(jù)和圖表分析手段全面分析了噴墨印刷過(guò)程中各類紙張性能(定量、白度、 平滑度及光澤度) 與印刷樣品的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)(相對(duì)反差和印品光澤度)的相關(guān)性、變化規(guī)律及重要程度。 結(jié)果表明，紙張性能中的定量、白度、平滑度和光澤度都是影響印品階調(diào)層次和印品光澤度的重要因素。 影響印品階調(diào)的因素按相關(guān)系數(shù)從大到小排列為紙張平滑度、紙張定量、紙張光澤度、紙張白度。 影響印品光澤度的因素按相關(guān)系數(shù)由大到小排列為紙張光澤度、紙張定量、紙張白度、紙張平滑度， 且紙張光澤度和紙張平滑度與印品光澤度呈高度正相關(guān)。 因此，在噴墨印刷生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)不同印刷需求對(duì)影響因素加以控制， 以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)印刷，得到高質(zhì)量的印刷品。