柔性版的制版研究（上）

　　西安理工大学  戢小亮编译

　　近几年来，柔性版印刷以其独特的优势在全球领域得到了长足的发展，在很多应用领域，柔性版印刷已经向胶印和凹印发起了挑战，不仅在效率方面，在质量方面也不甘示弱。

　　如今，为了满足市场对高质量印刷品日益增长的需求，北美和欧洲国家大部分都有采用了比较薄的版材。依据终端应用的不同，薄版的厚度最薄可达到0.76mm，最厚可达到2.84mm。业内人士都期望薄版工艺技术可以给产品质量和性能带来更大的发展优势，包括降低原材料成本，缩短制版周期，可利用较高硬度版材，浮雕深度较浅，版上图像质量提高，良好的油墨转移控制，减少版材磨损，降低印刷机消耗，减少扭曲程度等。

　　目前，厚度为1.14mm的版材在折叠纸盒（如烟盒、酒盒、药盒、保健品盒、化妆品盒等）印刷中的应用比较普遍。这主要是由于折叠纸盒用的纸板表面比较粗糙，厚度不均匀（误差可达0.02mm）所决定的，如果采用更薄的版材（如0.76mm）印刷，则印刷工艺和印品质量很难控制。在研究中，我们采用的1.14mm厚的典型版材有：来自Asahi公司的APR系列（由液体聚丁二烯类树脂等原料制成），BASF公司的Nylonflex系列，Chase公司的Gold系列，DuPont公司的Cyrel系列以及MacDermid公司的Flex-light系列。对于某种特定的版材来说，要想获得高质量、高性能的印品，制版工艺条件相当重要。由于为了保护公司的产权利益很少有关这方面的技术文章见诸于世。本文将详细介绍关于厚度为1.14mm的各种版材的制版研究及相关问题。

　　实验介绍

　　1．实验材料

　　（1）阴图片

　　实验采用的阴图片由Asahi（英国）有限公司提供，该阴图片上的图像信息包含有实地、线条和网目调三原色图像。网目调图像信息包括了100线/英寸，120线/英寸，150线/英寸的1%~90%的网点信息。阴图片上阴线条和阳线条的宽度范围为0.05~0.50mm。阳字和阴字的大小有6、8、10和12Point。独立阳网点和阴网点的大小有0.15、0.25、0.50和1.00mm几种。

　　（2）版材

　　实验中所采用的版材厚度均为1.14mm，其中，AFP HD感光树脂版材由Asahi（英国）有限公司提供。EPIC版材由Huyton Truck公司，即现在MacDermid公司英国的销售部提供。

　　2．制版工艺

　　实验所采用的制版设备是Asahi化学有限公司（日本）生产的920 Quick系列。该设备由UV曝光单元（76英寸×102英寸，193cm×259cm）、冲洗单元（90英寸×120英寸，29cm×305cm）、干燥单元（76英寸×102英寸，193cm×259cm）、后曝光单元（76英寸×102英寸，193cm×259cm）和UV光源印版整修单元（76英寸×102英寸，193cm×259）组成。

　　制版工艺的第一步是根据阴图片尺寸的大小裁版，然后用波长365nm的UV-a光源在半真空（360mbar）状态下对其进行背面曝光（也称为预曝光），印版表面接受到的能量为254mW/cm2。背面曝光的作用是确定印版上的浮雕高度，即腐蚀的深度，起到增强版基、保证浮雕深度、提高印版耐印力的作用。背面曝光时间根据需要的底基厚度确定。曝光时间过长，印刷容易起脏；曝光时间太短，底基太薄，对小文字等的支撑能力下降。

　　制版工艺的第二步是把阴图片放在版材上，在完全真空状态（700mbar）下进行正面曝光（也称主曝光），以形成印版上的图文印刷部分，并使之固化（正面曝光与背面曝光所用的光源相同）。它是保证制版质量的关键，直接影响着印版图像的清晰度。为了避免阴图片的感光底层产生光晕现象，曝光时应将其感光乳剂层与版材相接触。正面曝光时间的长短跟版材的类型、灯光的强弱、阴图片上图像粗细、繁简等因素有关。曝光时间过短，会使制出的版浮雕坡度不够，线条呈波浪形弯曲，小点被洗掉；曝光时间过长，又会导致糊版，字迹模糊。如果在同一张印版上同时存在大、小字，粗、细线条，可视情况用黑膜遮盖分别曝光，细小部分就不会因冲洗丢失，确保了印版质量。

　　制版工艺的第三步是洗版。曝光后，印版上留有图文的潜影，印版仍是平坦的，还不能用于印刷。此时要用有机溶剂冲刷去除掉未感光部分，使曝光部分的树脂硬化，保留光聚合的浮雕。洗版时间长短根据印版厚薄和浮雕深浅决定，洗版时间太短，版上会留下未感光的树脂而影响制版深度，洗版时间过长会使印版膨胀，导致精细部分变形或脱落。同时，洗版时间与溶液的温度、浓度，药液浓度，刷子压力的大小，液体水位高低等有直接关系。

　　制版工艺的第四步是烘干版面。刚冲洗完的版中含有很多的溶剂，必须将其放在烘干器中，使印版中吸收的溶剂尽快挥发，使印版的厚度恢复到标准值。烘版温度一般在50~60℃之间。烘烤时间依版材厚江和洗版时间的长短确定，一般厚版2小时，薄版1小时。烘版温度过高，烘版时间缩短，使印版变脆、变形，印刷时会出现烂版现象；烘版温度过低，将延长烘干时间，会使树脂老化变硬。印版烘干后，仍会残留少量的溶剂，如果这些溶剂不被完全去除掉，将会影响印版厚度的均匀性。因此，要将这时的印版在室温下放一段时间，在这段时间里可以使残留溶剂完全从印版上蒸发掉，以确保印版良好固化。

　　制版工艺的第五步即后曝光。通过紫外线（波长365nm）照射，使印版产生最大程度的光聚合。印版表面接受到的能量为10.2mW/cm2，使感光不充分，未完全固化的部分全部固化，使印版达到应有的硬度指标，并增加版面对油墨、溶剂的抵抗力，提高印版的耐磨性。

　　制版工艺的最后一步是去黏处理。为了消除印版黏性，增加印版光洁度以利于油墨传递，把印版置于245nm的UV-c光源下进行曝光，版面接受的能量为2.9mW/cm2。

　　3．测量方法与使用的仪器

　　（1）网点面积测量

　　丽谱Vipflex 330专门用于对透明柔性版和阴图片进行网点面积测量。操作步骤如下：先选择正确的版型（如有遮盖印版和无遮盖印版要求设置不同的成像功能），然后将柔性版放在透光桌上，确保待测量部分能够准确无误地被激光检测到，对图像进行预览，聚焦、捕捉图像并保证能够清楚地观察到网点，最后完成对该图像的的分析。通常情况下，要求被测量的样本图像大小应该不小于1.0cm×1.0cm。图像分析中能够得到许多有用的信息，比如印版（或阴图片）的网点面积和网屏规格参数等。

　　在这个分析阶段，一些网点被自动测量（当然也可以通过手动测量获得），这些被记录保留下来的信息很具有统计意义，同时也可以用来检测阴图片或者印版网点图像的欠缺之处，以及察看网点大小是否均匀，检测图文信息在由阴图片转移到印版上的过程中是否存在偏差以及优化制版条件等。

　　（2）图像轮廓分析

　　所使用的食品是Joel JSM-820型扫描电子显微镜（与之配套使用的是牛津CXL类型的X光能谱仪）。根据选取的检测位置（比如样本表面或样本边缘交叉部位）和产品要求的不同，激发电压值在10~25kV之间变动，放大倍数为65~1000倍，每个被检测样本的代表性区域都能通过电子显微照片反映出来。接下来对显影照片进行分析，更可得到以下图像轮廓信息，印版表面的结构情况，阴线条信息以及网点肩角信息等。

　　（3）印版浮雕和印版厚度测量

　　在这项测试中所使用的食品是分辨力高达0.0001英寸的肯尼迪测试仪（英国肯尼迪度量校准仪器公司产品）。测量在一个水平面上进行。

　　实验结果与分析

　　1．背面结果与分析

　　在柔性版印刷中，印版的浮雕深度对于印版的质量有着直接的影响。通过背面曝光试验可以获得关于所选择的曝光光源能量大小与印版浮雕深度之间的重要关系。通常，可以用曝光时间的长短（以秒为单位）来表示相要得到的浮雕深度。

　　然而，值得注意的是，当曝光设备使用一段时间后，紫外线灯管的光强度将有所降低，这时上述时间数值所表示的浮雕深度就不那么准确了。如果仍沿用原来的曝光时间就不能得到所需的理想浮雕效果，这时必须对背面曝光时间做相应的调整。Asahi 920 Quick系列制版机采用先进的集成曝光技术，以不同的能量单元代表各种理想的浮雕深度，可以有效地控制背面质量。

　　我们可以从各公司分别选取一种类型的印版进行背面曝光实验，并对结果进行分析和评价。

　　从实验版材边缘选取2cm宽的窄条，正面曝光7分钟。版材的其余部分（在背面曝光实验中使用的）使用遮盖条进行局部遮盖。进行这样操作的目的是为了在印版样本上得到一个2cm宽较硬的实地。在我们对印浮雕深度进行测量时，这些实地区域的参数可以作为参考。如图1（冲洗速度：200毫米/分钟；冲刷压力：0mm；干燥温度：60℃；干燥时间；2小时）所示，背面曝光时间的长短会影响版基的厚度，随着背面曝光时间的增加，浮雕的深度相应变浅。相对而言，在同样的曝光条件下，Asahi HD印版比Polyfibron EPIC印版的浮雕深度要深一些，这表明，这两种类型的印版对UV光源有不同的感光系数。重复实验可以得出如下结论；在相同时间和条件下，对于这两种不同类型的感光树脂版进行背面曝光，得到的浮雕深度大约相差0.025mm。

　　2．正面曝光

　　在这次实验研究中，所使用的是Asahi AFP HD的1.14mm厚的浮雕深度为0.52mm的印版。实验中使用的阴图片也都经过周密检查，确保没有什么明显的瑕疵，否则将会反映到印版上，势必会影响到实验效果。

　　首先测量一下该阴图片上一些典型加网区域的网点面积；测量结果如表1所示。很明显，对于所研究的阴图片，实际测量区域的网点面积小于相应的理论值。原因之一是受到测量仪器所使用的软件算法的限制。图2的示是此阴图片上10%的网点信息。

　　正面曝光会影响印版浮雕深度、网点大小、网点肩角以及阴线条信息。

　　（1）正面曝光对印版浮雕深度的影响

　　人们通常认为影响印版浮雕深度的因素只有两个，即背面曝光时间（与光源能量也有关）和冲洗条件，正面曝光对于浮雕深度应该没有什么直接的影响、事实上，当正面曝光正确合理时，这种想法无疑是正确的，而当正面曝光不充分时，这种想法就站不住脚了。

　　如图3（背面曝光160个单元；冲洗速度；200毫米/分钟；冲刷压力；0.04mm；干燥温度；60℃；干燥时间；2小时）所示，当正面曝光时间仅有两分钟时会导致浮雕深度比较浅。引起这种现象的主要原因是印版顶层未彻底固化，使得一些具有光聚合性质的成分未完成交联，在冲洗过程中被冲洗掉，结果导致此部分印版比较薄，浮雕深度较浅。

　　（2）正面曝光对印版表面结构的影响

　　缩版是感光性树脂涂层在UV光源作用下出现的正常现象。在柔性版制版过程中，需要满足印版表面无裂痕这个最基本的要求。正面曝光是印版表面首次接受UV光作用。如果正面曝光过度，接下来的一切处理流程都是毫无意义的，因为这样容易引起糊版，造成印刷时产生废品。为了避免这种现象的发生，要仔细地监测印版上实地区域的表面结构，因为实地区域比加网区域吸收更多的UV光。在这项实验研究中，版面上既有小网点，又有实地块。为了使1%的小网点不丢失，必须延长主曝光时间，但这可能会造成实地区域曝光过度。扫描电子显微镜的分析结果显示，即使把主曝光时间延长至25分钟，在Asahi HD印版表面也不会有裂痕出现。

　　（3）正面曝光对印版网点面积的影响

　　在对印版进行2分钟的正面曝光后，研究中所用的各种加网线数中的1%和3%的网点都会被冲洗掉。这表明，上述曝光条件根本无法保证细微层次的再现。对于印版上3%的网点，我们选取一些区域分别给予7分钟、10分钟、15分钟、20分钟和25分钟的正面曝光，从而我们得到的网点面积分别为3.9%、4.5%、5.8%、5.9%和6.1%。结果表明，那种认为印版上的网点能够跟阴图片上的网点保持一致的想法是错误的。对于印版来说，适当增加正面曝光时间，可显著提高网目调网点质量。从图4（背面曝光；160个单元；冲洗速度；200毫米/分钟；冲刷压力0.04mm；干燥温度；60℃；干燥时间；2小时）可以看出，适当延长正面曝光时间能够1%的网点不丢失，但会引起其他区域网点的增大。

　　（4）正面曝光对网点肩角的影响

　　从表2可以看出，正面曝光时间的长短在很大程度上影响着网点的清晰度（锐利度）。随着正面曝光时间从2分钟到15分钟的递增，网点肩角明显增大，从22°扩大到33°。继续增加曝光时间，相应的角度变化趋于平缓，范围在33~35°之间。对于特定类型的版材，网点肩角的变化对于印版质量有着双重的影响；一方面，网点锐利，在印刷过程中与承印物材料的接触面积较小，网点增大程度小；另一方面，这种网点的底基不是十分稳固，在一定的印刷压力作用下，不可避免地会产生较大程度的变形，导致较严重的网点增大。为了兼顾两方面的效果，选择合适的网点肩角是非常重要的。

　　表2  在120线/英寸下5%的网点的网点肩角（未完待续）