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纸张印刷表面强度的图像分析

• 现行纸张印刷表面强度测定的标准中，在标准拉毛观测灯下依靠视觉观测印后试样拉毛情况，以纸面开始出现连续成片拉毛斑点做为拉毛的开始点，并做出标记，然后用印速与印刷位置标尺查出该点的印刷速度即为该纸样的印刷表面强度。该方法依靠视觉判断得到印刷表面强度，具有很大的主观性、误差较大，另外，该方法得到的测试信息有限，无法定量描述纸张表面的破坏程度和破坏状态。

  1实验

  1．1实验器材和材料

  KRK2260印刷适性仪，CCD图像采集装置，电子天平，纸样(35cm×5．5cm)，拉毛油墨(日本东洋油墨制造株式会社提供，黏度由106型电子式油墨测试仪测定)。

  1．2实验步骤

  印刷环境温度(23±1)℃， 相对湿度(50±2)％，采用电动加速法进行纸张印刷表面强度测试实验，采集印刷后的纸样图像，然后用分析软件MATLAB6．0处理图像数据。

  2结果与讨论

  2．1对拉毛纸样图像的分析

  利用印刷适性仪加速印刷得到拉毛趋势明显的纸样，采集印刷纸样图像，然后对印刷距离进行量化，计算量化单元内拉毛斑点面积与单元总面积的比值即拉毛面积比，然后以印刷速度和拉毛面积比作图，得到反映印刷表面强度的拉毛曲线。显然，拉毛曲线反映了纸张表面在加速印刷条件下被破坏的程度，窄量化宽度(如以像素宽度量化)得到的拉毛曲线反映了纸张细微之处发生的拉毛程度，但数值有很大波动性，宽量化宽度(如以2cm量化)的拉毛面积比具有统计意义，且数值较连续。

  2．2利用拉毛曲线确定纸张印刷表面强度

  图像技术得到的拉毛面积比与印刷速度的关系，很好地反映了纸张表面抵抗拉力的性能，尤其对于非涂布纸，得到的2 cm量化拉毛曲线具有很好的连续性和重现性。但由于拉毛面积比是宽量化得到的统计平均值，拉毛刚开始时的面积比趋向无穷小，以拉毛面积比为0来确定印刷表面强度是不合适的。因此，需要设定一个非零拉毛面积比对应的印刷速度来确定印刷表面强度。采用黏度为20 g·m的油墨对80 g／m2书刊纸进行实验，以拉毛面积比为0．05％确定印刷表面强度，同时以视觉评价法测定纸张印刷表面强度，2种方法得到的印刷表面强度。

  在此对设定非零拉毛面积比合理性稍做讨论，从两方面来解释：首先，由于纸张拉毛斑点是随机且开始的数个拉毛斑点是没有规律的，确定反映统计量的非零拉毛面积比能提高测定结果的准确性和可重现性；其次，视觉评价纸张拉毛存在一个容许范围，笔者曾对书刊印刷纸拉毛实验与产品质量的关系进行实验，多数人对实验结果进行了视觉定性评价，认为拉毛面积比在0．1％以下的拉毛斑点可以忽略。

  2．3利用拉毛曲线定性比较纸张的印刷性能

  拉毛曲线反映了纸张表面抗剥离的强度性能，2种书刊印刷纸的拉毛曲线。纸张A先于纸张B发生拉毛现象，如果拉毛面积比设置为0．1％，2种纸张的印刷表面强度分别为1．23 m／s和1．72 m／s。另外，曲线直观地显示了2种纸张表面被破坏的趋势，纸张A发生的拉毛程度显然比纸张B剧烈，由于纸张拉毛脱落的颗粒会积聚在印刷滚筒上，造成图文模糊和停机清洗等，因此在同样的印刷条件下，纸张B的印刷质量比纸张A的差，并且纸张B在印刷过程中需要更多次清洗滚筒，停机次数多，印刷生产效率较纸张A低。

  2．4印刷纸表面强度的特征

  常用印刷纸张大体可分为涂布纸和非涂布纸两大类，对于涂布纸或纸板，主要是表面掉粉或起泡分层甚至纸层撕破；对于未涂布纸或纸板，表现形式一般是表面起毛或撕破。

  采用黏度为20 g·m的油墨，对157 g／m2铜版纸和70 g／m2 LWC纸加速印刷直至纸张表面被破坏，结果表明铜版纸表面遭破坏出现的白色斑点个数极少，斑点出现后紧接着涂布层起鼓、纸张整体分层，这是由于涂层强度大于原纸结合强度造成的。LWC纸表面被破坏的现象与铜版纸相似，但斑点数目稍多些，涂布层起鼓后直接断纸，这是涂层强度大于原纸结合强度和纸张抗张强度低的结果。

  综上所述，由于纸张物理性能差异较大，比较不同纸张的印刷表面强度无实际意义。值得注意的是，利用拉毛曲线评价纸张印刷表面强度也是有缺陷的，如果纸张偶然出现一个面积很大的斑点，这种情况对拉毛面积比影响甚微，却会形成强烈的视觉印象，是不可忽略的纸病。

  2．5拉毛斑点的面积分布

  2．5．1不同印刷速度的拉毛斑点面积分布

  纸张表面容易脱落的颗粒包括细小纤维、填料颗粒、胶料碎片等，它们的形状大小不同，拉毛脱落后形成的斑点面积也就不同，另外，不同印刷工艺条件下斑点面积分布也不同，因此，分析拉毛后斑点的面积分布，对于描述纸张拉毛状态和分析拉毛原因有一定帮助。

  以大于印刷表面强度的印刷速度印刷，然后分析印刷后拉毛图像，以拉毛斑点的面积为横坐标，以相应面积斑点的数量为纵坐标作图，得到拉毛斑点面积分布图。

  2．5．2不同纸张拉毛后斑点的面积分布差异

  不同纸张由于其表面成分和结构不同，纸张拉毛后斑点面积分布会有些差异，必须在同样拉毛程度前提下比较2种纸张拉毛后斑点面积的分布差异，操作过程是通过实验得到2种纸张的拉毛曲线，即获得相同拉毛面积比对应的印刷速度，然后将2种纸张以相应的印刷速度恒速印刷，采集图像，分析并比较2种纸张斑点的面积分布。

  3结语

  图像分析技术非常适合分析纸张印刷表面强度，能够得到反映纸张表面被油墨剥离力破坏情况的拉毛曲线、印刷表面强度、纸张拉毛斑点面积分布等描述印刷表面强度和表面性能的相关数据，并且操作简单、重现性高，因此，图像分析技术在处理纸张印刷表面强度方面比视觉评价更加客观、准确和实用。

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