倪 濟(jì) 裕

(杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司，杭州 310052)

真絲綢噴墨印花中墨滴狀態(tài)的影響因素分析

倪 濟(jì) 裕

(杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司，杭州 310052)

以真絲綢噴墨印花所用的活性染料墨水為例，通過測試墨水黏度、噴頭電壓、墨滴速度和激勵脈沖波形等指標(biāo)，分析了影響墨滴狀態(tài)的關(guān)鍵工藝因素。試驗(yàn)結(jié)果表明，墨水黏度和噴頭激勵脈沖波形是影響墨滴狀態(tài)的關(guān)鍵因素。墨水溫度越高，墨水黏度越??；墨水黏度越小，墨滴速度越快。因此，控制好墨水溫度是噴墨印花機(jī)設(shè)計(jì)和真絲綢活性染料噴墨印花生產(chǎn)中的關(guān)鍵。噴頭激勵脈沖波形直接影響墨滴速度，墨滴速度又關(guān)系到真絲綢活性染料噴墨印花品的質(zhì)量。因此，控制合適和穩(wěn)定的噴頭激勵脈沖波形對噴墨印花生產(chǎn)至關(guān)重要。

噴墨印花；墨水黏度；墨滴速度；噴頭電壓；激勵脈沖波形

紡織品數(shù)碼噴墨印花系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳送的方式將指定的花樣圖案輸入傳送到計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)專用軟件驅(qū)動芯片控制印花噴墨頭和系統(tǒng)的一系列相關(guān)運(yùn)動，將墨滴直接噴印到各種織物上，構(gòu)成所需的花紋圖案[1-3]。

墨滴狀態(tài)是影響噴墨印花質(zhì)量的關(guān)鍵因素，墨滴狀態(tài)包括墨滴的形狀、速度及噴射出的液滴體積和均勻性等。因此研究噴墨印花中墨滴的狀態(tài)，尤其是在距噴孔表面1～3 mm范圍內(nèi)的墨滴狀態(tài)具有重要意義。一般來說，噴頭供應(yīng)商都會提供適合某種噴頭的各種參數(shù)，如墨水黏度、噴頭電壓和激勵脈沖波形，以及噴頭正常工作時(shí)的溫度等。本文主要對墨滴速度展開討論。

本研究以真絲綢噴墨印花所用的活性青染料墨水為例，通過分析墨水溫度和激勵脈沖波形對墨滴狀態(tài)的影響，以驗(yàn)證和分析供應(yīng)商提供的各種參數(shù)，為提高數(shù)碼噴墨印花品質(zhì)量奠定基礎(chǔ)[4]。

1 壓電噴頭的結(jié)構(gòu)和壓電噴墨的基本原理壓電噴頭的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 壓電噴頭結(jié)構(gòu)示意Fig.1 The structure diagram of piezoelectric printhead

壓電噴墨的基本原理是利用壓電陶瓷(PZT)的逆壓電效應(yīng)，用激勵脈沖驅(qū)動壓電陶瓷，使之產(chǎn)生變形，并帶動振動膜將墨水吸入和擠出墨道，整個(gè)過程由以下幾個(gè)步驟組成：

1)進(jìn)墨：PZT在激勵脈沖的激勵下，向上產(chǎn)生變形，在墨道的體積變大，產(chǎn)生負(fù)壓，從而把墨水從儲墨腔內(nèi)吸入墨道；

2)噴射：PZT在激勵脈沖消失的時(shí)候恢復(fù)到原來的位置，墨道的體積變小，產(chǎn)生正壓，擠壓墨道內(nèi)的墨水，使其經(jīng)過出墨口從噴孔射出；

3)斷墨：當(dāng)墨水射出噴嘴后，形成條形的墨水液柱。快速向下飛行的墨水液柱克服了墨水的表面張力，并在噴頭內(nèi)部設(shè)定的負(fù)壓回拉力共同作用下產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，從而使墨水液柱脫離噴嘴口。在墨水的表面張力作用下，墨水液柱收縮成球狀墨滴，射到織物上。

2 試 驗(yàn)

2.1 材料和儀器

材料：12102雙縐(市購)，活性青染料墨水(BASF)，去離子水。

儀器：BROOKFIELD旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)(美國BROOKFIELD公司)，TDS2004B 4通道示波器(美國TEKTRONIX公司)，XMTG-8000溫控儀(上海儀器集團(tuán)公司)，墨滴觀測儀(杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司)，NOVA-Spectra水性噴頭。

2.2 測試方法

2.2.1 墨水黏度測定

將墨水倒入樣品承接器，調(diào)整水浴溫度到達(dá)設(shè)定值，將轉(zhuǎn)子裝上，并將樣品承接器固定在黏度計(jì)上，開始測量。當(dāng)讀數(shù)穩(wěn)定3 min沒有變化時(shí)，讀取黏度值。

2.2.2 噴頭激勵脈沖電壓測定

用TDS2004B 4通道示波器測量噴頭激勵脈沖的波形，讀出電壓值。

2.2.3 墨滴速度測定

用墨滴觀測儀測量和計(jì)算墨滴在距噴孔面1 mm處的平均速度。

2.2.4 噴頭激勵脈沖脈寬測定

用TDS2004B 4通道示波器測量噴頭激勵脈沖的波形，讀出脈寬值。

3 結(jié)果與討論

3.1 墨水溫度的影響

3.1.1 墨水溫度對墨水黏度的影響

從流體力學(xué)得知，黏度是流體抗拒流動的一種性質(zhì)，是阻礙流體分子間相對運(yùn)動能力的量度，即流體流動的內(nèi)部阻力。黏度越大，流體的運(yùn)動越困難，推動流體運(yùn)動所需要的外力也就越大[5]。

流體的黏度是隨著溫度的變化而變化的。一般來講，隨著溫度的升高，流體的黏度會隨之下降。墨水溫度對墨水黏度的影響見圖2。

圖2 墨水溫度對墨水黏度的影響Fig.2 Effect of ink temperature on ink viscosity

從圖2可見，墨水黏度與墨水溫度有關(guān)。即在一定的溫度范圍內(nèi)，墨水黏度隨著墨水溫度的提高而基本呈線性下降。因?yàn)槟肿娱g距小彼此緊密，溫度升高后提高了分子動能，促進(jìn)了分子間流動，使墨水動力增加，導(dǎo)致墨水黏度下降。

3.1.2 墨水溫度對噴頭電壓的影響

根據(jù)真絲綢活性染料噴墨印花實(shí)際生產(chǎn)需要，設(shè)定墨滴在距噴孔面1 mm處的平均速度作為研究目標(biāo)，調(diào)整墨水溫度和噴頭電壓，使墨滴速度達(dá)到設(shè)定速度，從而得到噴頭電壓的曲線。墨水溫度對噴頭電壓影響的5次試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 墨水溫度對噴頭所需電壓的影響Fig.3 Effect of ink temperature on the voltage on printhead

從圖3可見，隨著墨水溫度的提高，噴頭電壓逐漸降低。這是因?yàn)槟疁囟仍礁?，墨水黏度越??；墨水黏度越小，噴頭克服墨水流動阻力所需的動力也越小，所以噴頭所需的電壓就越低。

3.1.3 墨水溫度對墨滴速度的影響

以墨水溫度25 ℃、墨滴速度8 m/s時(shí)的噴頭電壓為基準(zhǔn)電壓，調(diào)節(jié)墨水溫度，得到墨滴的速度曲線。墨水溫度對墨滴速度的影響見圖4。

圖4 墨水溫度對墨滴速度的影響Fig.4 Effect of ink temperature on ink droplet speed

從圖4可見，隨著墨水溫度的提高，墨滴速度呈上升趨勢。這是因?yàn)槟疁囟仍礁撸ざ仍叫。荒ざ仍叫?，墨水的流動阻力也越小，故在噴頭電壓不變的情況下，墨滴速度越快。

在生產(chǎn)實(shí)際中，需要墨滴保持一定的速度，而并非越快越好。若速度過快，會使墨滴拉斷，形成衛(wèi)星點(diǎn)，而使圖面的清晰度大大降低；若速度過慢，當(dāng)噴頭以高速移動時(shí)，氣流會使墨滴在飛行過程中偏離方向，不能落在指定的位置。

當(dāng)噴頭和與之匹配的墨水確定以后，控制墨水溫度是保證良好墨滴狀態(tài)的重要條件，因此在實(shí)際使用時(shí)要在噴頭上安裝控溫系統(tǒng)，使墨水始終保持穩(wěn)定的黏度和速度。

3.2 噴頭激勵脈沖波形的影響

3.2.1 噴頭激勵脈沖電壓對墨滴速度的影響

從壓電陶瓷的特性得知，壓電陶瓷的變形量與加載電壓有關(guān)。即電壓越高，變形量越大。

在確定墨水性能和噴頭溫度的前提下，調(diào)整激勵脈沖電壓，對4個(gè)不同噴頭進(jìn)行試驗(yàn)，得到墨滴的速度曲線。噴頭激勵脈沖電壓對墨滴速度的影響如圖5所示。

從圖5可見，隨著激勵脈沖電壓的提高，墨滴速度呈上升趨勢。這是因?yàn)榧蠲}沖電壓越高，壓電陶瓷的變形量越大，墨道增加的體積也越大；當(dāng)激勵脈沖電壓消失時(shí)，壓電陶瓷回復(fù)到原來的位置所產(chǎn)生的力就越大，對墨水的擠壓作用越強(qiáng)，因此墨滴的速度越快。

圖5 噴頭激勵脈沖電壓對墨滴速度的影響Fig.5 Effect of excitation pulse voltage on printhead on ink droplet speed

3.2.2 激勵脈沖脈寬對墨滴速度的影響

在確定墨水性能、噴頭溫度和激勵脈沖電壓的情況下，調(diào)整激勵脈沖波形，對4個(gè)不同噴頭通過改變脈寬進(jìn)行試驗(yàn)，得到墨滴速度曲線。激勵脈沖脈寬對墨滴速度的影響見圖6。

圖6 激勵脈沖脈寬對墨滴速度的影響Fig.6 Effect of excitation pulse width on ink droplet speed

從圖6可見，在曲線的前半段，隨著激勵脈沖脈寬的增加，墨滴速度呈上升趨勢。這是因?yàn)榧蠲}沖脈寬越大，壓電陶瓷變形時(shí)間就越長，壓電陶瓷的變形量越大，墨道增加的體積也越大，因此墨滴的速度越快；而在曲線的后半段，由于壓電陶瓷的變形量已達(dá)到極限，延長壓電陶瓷的變形時(shí)間對壓電陶瓷的變形已無效果，所以墨滴速度基本保持不變。

4 結(jié) 論

1)墨水黏度是影響墨滴狀態(tài)的關(guān)鍵因素，而墨水溫度又是影響墨水黏度的直接原因。因此，控制好墨水溫度是噴墨印花機(jī)設(shè)計(jì)和真絲綢活性染料噴墨印花生產(chǎn)中的關(guān)鍵。

2)噴頭激勵脈沖波形直接影響墨滴速度，墨滴速度又關(guān)系到真絲綢活性染料噴墨印花品的質(zhì)量。因此，控制合適和穩(wěn)定的噴頭激勵脈沖波形對噴墨印花生產(chǎn)至關(guān)重要。

[1]朱錢黎.紡織品數(shù)碼噴墨印花技術(shù)[J].廣西紡織科技，2010，39(2)：29-31. ZHU Qianli. Digital inkjet printing process on textiles[J]. Guangxi Textile Science & Technology, 2010, 39(2): 29-31.

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Analysis of factors affecting on ink droplets state in silk inkjet printing

NI Ji-yu
(Hangzhou Honghua Digital Technology Co.,Ltd., Hangzhou 310052, China)

Taking reactive dyes used on silk inkjet printing as an example, this thesis analyzes key process factors affecting the droplet state by testing some indexes such as the ink viscosity, the voltage on printhead, the droplet speed as well as the excitation pulse waveform. The test shows that the ink viscosity and excitation pulse waveform of printhead are key factors affecting the droplet state. At the same time, it indicates that the higher ink temperature is, the less the ink viscosity will be; the less the ink viscosity is, the higher the speed of the ink droplet will be. Therefore, it is quite important to control the temperature of ink in the design of silk inkjet printing and the production of silk broadcloth reactive dye inkjet printing. The waveforms of driving pulse of shower nozzles not only directly affect the speed of ink droplet but also have relationship with the quality of silk broadcloth reactive dye inkjet printing. Therefore, it is quite essential for the production of inkjet printing to control appropriate and stable wave forms of driving pulse of shower nozzles.

Inkjet printing; Ink viscosity; Ink droplet speed; Voltage on printhead; Waveforms of driving pulse

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TS194.3

：A

：1001-7003(2012)09-0005-03

2012-06-10

倪濟(jì)裕(1953－ )，男，高級工程師，主要從事噴墨印花設(shè)備和技術(shù)研究。