表面粗糙度及其在胶印版材检测中的应用

胶印是平版印刷的一种主要形式。胶印印刷是根据印版版面空白区域的水(润版液)与图文区域的油墨互不相溶、并能不断地达到水墨平衡的原理来实现图文信息转移的。也就是说，版面空白区域通过粗糙不平的砂目凹坑来亲水、保水，以使版面空白区域不被油墨所污染;版面的图文区域则是通过物理力(范德华力)牢固地附着于版基砂目峰谷上氧化膜表面的感光树脂层(网点)来亲合一定量的油墨，进而实现图文信息转移的。

    印版粗糙不平的表面凹坑层，就是我们常说的表面已被氧化了的砂目层。

    胶印印刷用的印版，用胶印版材制作。胶印版材包括PS版和CTP版是在经表面电解氧化后形成致密砂目层的铝板基上涂布上非银感光热树脂层而制成。

    胶印版材的支持体用0.30mm实为0.265mm~0.300mm和0.240mm~0.250mm或0.15mm实为0.140mm~0.150mm厚(轻印刷)的铝板。

    胶印版材铝版基表面的砂目层不但承担了在印刷时亲水的功能，还要起到感光树脂层的涂布和固化作用。砂目层的质量是PS版和CTP版的整体质量的基础。

    胶印版材铝板基表面砂目层的形成通常是采用电解工艺来实现的。其表面不会像机械加工件那样形成较规范、均匀的微观峰谷结构，一般是无序的、峰谷参差不齐的立体空间结构。不过其表面结构还是有一定规律的，在电解液的浓度恒定、车速匀速、电流稳定时也应基本上是遵循一定规律的。

    铝板基的表面砂目层其实际就是由无数的波峰和凹谷组成，峰的高度可能参差不齐，谷的深浅可能不一。所以胶印版材行业就引用机械加工行业采用的表面粗糙度的概念来描述胶印版材铝板基砂目层的表面状态，用表面粗糙度的测量方法来测量砂目的粗糙程度，进而评价砂目的状态。

    2表面粗糙度的含义

    表面粗糙度的多数参数和概念都是建立在中线的基础上。

    铝版基表面几何形状的任一截面轮廓曲线都是由粗糙度成分和波纹度成分、形状误差成分三部分组成。

    表面粗糙度，是指轮廓中具有较少间距(<1mm)和较小峰谷高度组成的表面微观几何形状特征。

    表面波纹度，是指轮廓中具有较大间距(1~10mm)和明显周期性峰谷高度组成的表面几何形状特征。

    形状误差，是指轮廓中波距大(>10mm)而又无明显周期变化的表面几何形状特征。

    做为PS版和CTP版的砂目层，仅用表面粗糙度这一概念来评价应该说也能基本上说明问题，当然再加上表面波纹度和形状误差两成份来评价会更全面。

    表面粗糙度各国都有自己的标准，不同国家的标准，有时同一参数表示的符号不一样，有的虽然符号一样，但其含义不一样。我国胶印版材行业砂目值检测用的表面粗糙度测定仪有日本产的，美国产的，德国产的，还有国产的。

    表面粗糙度的参数较多，我国等同采用国际标准的现行国家标准GB3505-2000标准中规定采用中线制评定表面粗糙度，其参数包括轮廓算术平均偏差Ra等27个参数。

    表面粗糙度的参数可分为:

    ①与微观不平度高度特性有关的参数，包括Ra、Rz、Ry和Rq等13个参数;

    ②与微观不平度间距特性有关的参数，包括Sm、S和D、Iq等9个参数;

    ③与微观不平度形状特征有关的参数:Tp和Sk、Dq等5个参数。

    •Ra:平均粗度，也称轮廓中线平均值。

    Ra值表示的是峰与谷算术平均偏差的大小，其数值是由精密的粗糙度仪的积分程序测量、计算而给定的，所以说它不具备直观的测量含义。

    •Rz:微观不平度十点高度，亦称平均深度，或称微观不平度。

    Rz是指在取样长度L内5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和见图4。

    Rz也可表述为在取样长度L内，最高的5个凸峰的峰高Ypi与最深的5个凹谷的谷深Yvii=1~5的平均值。

    Rz只反映被测表面微观轮廓凸峰高度，不反映微观几何特征。

    •Ry:轮廓最大高度

    在取样长度L内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的垂直距离。或称在取样长度内，从最高的顶峰到最深凹谷的谷底之间的距离。

    除了以上参数外，还有Rp(轮廓最大峰高)、Rm(轮廓最大谷深)、R3z(第三峰谷高度平均值)、Rmax(轮廓最大粗糙深度)、Rt(轮廓的最大深度)、Rpm(平均峰值高度)、Rq(轮廓均方根偏差亦称表面平均粗糙度)等参数。

    3表面粗糙度测试仪

    版基的表面粗糙程度是微观结构，必须借用专门的测量仪器进行检测，即通常用的表面粗糙度测定仪，亦称砂目测定仪。

    测量胶印版材铝板基的表面粗糙度测试仪的牌号、型号较多。哈尔滨量具刃具厂是我国目前生产表面粗糙度测量仪的第一家，有功能齐全的、有实用的、有带微机的、有便携式的等不同型号测试仪。我国各胶印版材生产厂多使用英国泰勒公司产的SURTRONIC3+型号的袖珍式表面粗糙仪，该仪器使用方便，但不耐用，易损坏。我国胶印版材行业使用的表面粗糙度测量仪见表1。

    各种表面粗糙度测量仪的工作原理基本上是一致的，一般都是采用气隙式电感传感器。测量时，驱动箱拖动传感器沿垂直于工件(铝版基)加工纹路的方向测量运动，金刚石测针随着被测表面微观起伏上下运动，并将此运动转换为电感的变化，使振荡电路产生调幅信号，这个信号由单片机采样并进行处理，再将测量结果数显或打印输出。

    我国各胶印版材生产厂用的表面粗糙度测量仪，主要有英国SURTRONIC3+、日本E-30A和哈尔滨2222、时代TR-200四种机型，虽然其工作原理基本上是一致的，但实际检测的Ra值差别较大。我们曾将同一条经电解氧化后形成砂目层的铝版基分别用上述几牌号的测量仪进行测试。

    所列的几型号的表面粗糙度测量仪大都是简易式的，仅能做一般常规检测之用。至于要分析、研究胶印版材铝版基的砂目状态对PS版和CTP版质量及其制成印版质量的影响，必须选用功能齐全，微机控制的台式表面粗糙度测量仪。

    其实表面粗糙度测定仪根据不同使用要求，各制造厂均有不同的型号可以选择。如哈尔滨量具刃具厂产的表面粗糙度测量仪有七、八个型号。
    4表面粗糙度概念在胶印版材检测中的应用

    评价铝版基的砂目状态，前题应根据胶印版材对版基砂目质量的要求，准确的说是印刷对版材的要求来进行。做为印刷者来说，希望所用版材制出的印版要具有良好的网点和良好的亲水和亲油墨性能，要有尽可能高的耐印率。

    胶印版材或CTP版用铝版基的表面粗糙度，即砂目的状态、深浅、间距是根据印刷的需要和铝板基本身的质量来决定的。

    印刷要求版基表面具有良好的亲水性。具有理想砂目状态的印版，应含藏润版液充足，不易上脏，网点再现性好，耐印率高。

    要保证平版印刷油墨转移的正常进行，印版的贮水量应保持在1.25ml/m2左右国内现在维持正常印刷的含水量一般为1.32ml/m2。而维持这样的贮水量，印版的砂目必须具有一定的深度，且相邻砂目间应保持一定的距离，距离应保持在3μm(指PS版，CTP版可能要短一些)以上。

    若相邻两砂目间的距离小于3μm，则印版的砂目过细，贮水量偏低，达不到印刷的要求。当然若相邻两砂目之间的距离过大，印版的砂目较为粗疏，贮水量过多，印版上的水分会被高速旋转的橡皮滚筒带走，反而使印版贮水量降低，造成空白部位上脏。

    ＋砂目的另一个重要功能成为支撑油墨的颗粒底基。油墨是形成印刷品图文部分的材料。理论计算表明，每粒油墨颗粒通常需要5个以上的砂目来支撑，才能使油墨处于稳定状态而不致滑动。

    胶印油墨颗粒的直径即油墨的细度一般为7.5μm左右(现在的油墨颗粒要细一些)，可覆盖的面积约为44.2μm。如按以上假设，每粒砂目的底面应是直径为3μm的圆形，则每粒油墨颗粒将有6个砂目来支撑，这是足够能保持油墨稳定的。

    砂目的大小及状态还关系到印刷品阶调和色彩的再现。平版印刷品图像的阶调和色彩，是通过网点覆盖面积的大小来体现的，网点数越高，单位面积内的网点越多，再现的阶调和色彩越丰富。

    底圆直径为3μm左右的砂目，在印版内含藏润版液、砂目支撑油墨粒子以及砂目支撑的印版网点、保证图像的阶调和色彩再现性等方面都是较理想的。所以理想的PS版砂目，其表面粗糙度Ra值应为:

    Ra=0.375μm。当然这是理想状态的，实际上PS版的砂目值要高于这一值。

    实际上，PS版的砂目不可能太细，因铝板表面本身也是有一定粗糙度的，一般为0.15~0.25μm，有的铝板表面粗糙度甚至超过0.35μm。另外铝板表面总有这样那样的弊病，如细划伤粗划伤就不能用、细小的杂质点、杂质线等，在电解时必须要消除这些不良的弊病掩盖掉，所以PS版或CTP版的砂目最细也应在0.40μm以上。

    从近几年我们对国内外PS版、CTP版的版基表面粗糙度Ra值的实测情况看，也说明PS版和CTP版的表面粗糙度Ra值不会低于0.45μm。现各品牌胶印版材的砂目值Ra的范围。

    目前国内外各厂家生产的PS版、CTP版的砂目值基本上在上述两表的范围内。

    印版的表面粗糙度Ra不可能太低，尽管理论上要求Ra值越低越好；当然Ra值也不能太高，即砂目太粗，这样显然要影响到胶印版材的网点、网线质量。PS版铝版基的Ra值保持在0.50~0.75μm为好，最好不要超过0.80μm。近年来推出的CTP版，其砂目Ra值一般为0.45~0.60μm。

    前面介绍了版基砂目的基本情况，砂目层看上去是由峰、谷组成的凸、凹不平的一个面，实际上这一三维结构的砂目层学问还大着呢?选峰的平均高度，谷的平均深度，峰与峰之间的平均间距，峰与谷之间的距离及其峰谷的状态都对版材的性能、质量有影响。

    我们曾做过三个PS版样，一个砂目Ra值偏高，一个偏低、一个居中，分别测其Ry、Rz、Rpm、Sm值。

    轮廓最大高度Ry与微观不平度十点高度Rz之差过大，说明其砂目存在过高的峰或过深的谷，对晒版质量和印刷质量都不利。

    Ry与Rz之差较小，则说明砂目均匀，则适于晒版与印刷的需求。当然Ry与Rz之差过小，极有可能形成平台，也不利于印刷。

    日本E-30A粗糙度测定仪可测砂目中心线以上平均峰值高度Rpm，理论上讲Rpm值应为Rz值的1/2，但实际砂目值不可能那么理想化，随着电解条件的不同，铝版基的内在成份不同，Rpm值可能大于1/2Rz值，也可能小于1/2Rz值。

    有的粗糙度测量仪可测Rp和Rm值，Rp+Rm=Ry。但这里的Rp、Rm和Ry都是最大值，而不是平均值。

    如Rpm值接近和等于1/2Rz值，则说明中心线以上的峰高值和中心线以下的谷深值基本上是相等的，峰谷上下均匀，这样砂目应该说对PS版的感光性能及保水性能都是比较有利的。

    如Rpm值小于1/2Rz值，即中心线以上的峰顶比较平缓，且峰较粗，就极有可能出现平台。这种砂目耐磨性好，但分辨率低，网点还原性不好，保水性差。

    如Rpm值大于1/2Rz、说明中心线以上的峰顶较陡峭。这种砂目应该说耐磨性差，如高的不太多，分辨率、网点网线质量应该是好的，如高的太多就不行了。

    综上所述，与微观不平度高度特性有关的参数，Ra及Ry、Rz等值对评价砂目对PS版质量的影响是显而易见的、至关重要的。

    砂目峰谷平均间距Sm值对PS版的质量影响也是可想而知的。峰谷平均间距愈小，对网点进行支承的峰谷就愈多，网点强度大。当然间距不能过小，过小将会使砂目的凹谷窄小，影响版面保水率，容易导致印版上脏。砂目峰谷平均间距Sm值过大，将明显影响印刷品的网点、网线质量。

    表面粗糙度各参数对PS版或CTP版制成印版质量的影响，对印版上机印刷的影响是很微妙的，本文也仅是粗浅地进行了介绍分析。

信息来源：印刷世界作者：王世勤