任建華，鄭光洪，李遠惠

(成都紡織高等?？茖W校材料與環(huán)保學院，四川成都 611731)

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數(shù)碼噴墨印花技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

任建華，鄭光洪，李遠惠

(成都紡織高等?？茖W校材料與環(huán)保學院，四川成都 611731)

摘要：數(shù)碼噴墨印花技術(shù)是一項將紡織品印花與數(shù)碼噴墨打印相結(jié)合的新型印花技術(shù)。數(shù)碼噴墨印花技術(shù)具有印花圖案精細、色彩豐富過渡自然、加工過程生態(tài)環(huán)保、生產(chǎn)周期短、適宜個性化小批量生產(chǎn)等優(yōu)點。伴隨著數(shù)碼印花設(shè)備性能逐漸提升和加工成本的不斷下降，以及綠色經(jīng)濟和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)迎來了良好的發(fā)展契機。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼噴墨印花技術(shù)研究現(xiàn)狀發(fā)展

0引言

傳統(tǒng)紡織品印花加工主要通過圓網(wǎng)或平網(wǎng)印花工藝來完成，隨著信息時代的到來傳統(tǒng)印花工藝越來越難適應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈下游企業(yè)快節(jié)奏的印花加工需求，同時傳統(tǒng)印花工藝還面臨能耗高、排污量大、生產(chǎn)周期長、產(chǎn)品附加值低等弊病。數(shù)碼噴墨印花技術(shù)是一項將紡織品印花與數(shù)碼噴墨打印結(jié)合的新型印花技術(shù)，這項技術(shù)具有印花圖案精細、色彩豐富過渡自然、加工過程生態(tài)環(huán)保、生產(chǎn)周期短、適宜個性化小批量生產(chǎn)等優(yōu)點，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)較好的改善了傳統(tǒng)印花技術(shù)的缺陷，具有良好的發(fā)展前景。

1數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的發(fā)展概況

1.1數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的發(fā)展歷程

數(shù)碼噴墨印花技術(shù)是在噴墨打印技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。二十世紀六七十年代美國Miliken公司和奧地利Zimmer公司先后開發(fā)出應(yīng)用于紡織品印花領(lǐng)域的噴墨印花設(shè)備，這些早期的設(shè)備印花分辨率只有9～18dpi，主要應(yīng)用于一些對印花精度需求不高的織物，如地毯印花。進入二十世紀八九十年代后，隨著計算機技術(shù)、精密機械和精細化工技術(shù)的迅速發(fā)展，涌現(xiàn)出許多性能有較大提升的數(shù)碼噴墨印花設(shè)備，如在1995年國際紡機展(ITMA)上荷蘭Stork公司推出了分辨率達到360dpi～720dpi，速度4.6m2/h的寬幅數(shù)碼噴墨印花設(shè)備[1-2]。

進入本世紀以后，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)得到了進一步快速發(fā)展，有專家認為2003年國際紡機展(ITMA)上展出的各種新型噴墨印花設(shè)備意味著該行業(yè)的革命性突破。首先設(shè)備生產(chǎn)商迅速增加，設(shè)備性能不斷提高，如意大利Reggiani公司Dream數(shù)碼噴墨印花機、荷蘭Stork公司Amethyst數(shù)碼噴墨印花機、美國DuPont公司Artistri數(shù)碼噴墨印花機等；其次Ciba、DyStar、DuPont、BASF等國際染料生產(chǎn)巨頭均推出了品種豐富和色譜齊全的數(shù)碼噴墨印花專用墨水，為數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)；同一時期意大利、西班牙、波蘭、法國、英國等國家形成了較大的產(chǎn)業(yè)集群，紡織品數(shù)碼噴墨印花開始進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段[3-4]。

1.2數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的現(xiàn)狀

經(jīng)過長期的技術(shù)和市場積累，近年來數(shù)碼噴墨印花技術(shù)在印花質(zhì)量、速度和工藝經(jīng)濟性、可靠性方面獲得了長足的進步，在中國、印度等新興國家數(shù)碼噴墨印花企業(yè)如雨后春筍般建立起來。數(shù)碼噴墨印花技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下三個方面：

其一是速度快。曾經(jīng)困擾數(shù)碼噴墨印花發(fā)展的一個重大瓶頸是印花速度，這一技術(shù)難題近年來已得到了較大的改善[5-6]。我國杭州宏華公司的VEGA3000DT系列數(shù)碼噴墨印花機最高速度可達1030平方米/時，意大利MS公司的La Rio系列設(shè)備生產(chǎn)速度可達每分鐘75延米，每小時可完成8000平米印花業(yè)務(wù)，勘比傳統(tǒng)圓網(wǎng)印花機，見圖1。

圖1　意大利MS公司La Rio系列高速數(shù)碼噴墨印花機

其二是經(jīng)濟性高。數(shù)碼噴墨印花設(shè)備和墨水性能逐年提升，工藝可靠性和產(chǎn)品品質(zhì)進一步提高，同時受益于行業(yè)大發(fā)展帶來的規(guī)?；б?，設(shè)備價格和耗材成本逐年降低。近年來國內(nèi)企業(yè)相繼推出高性能數(shù)碼噴墨印花設(shè)備和墨水，實現(xiàn)了打印滿底花型時約2元/平方米、一般花型時約1元/平方米的成本投入，將數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的適用性、經(jīng)濟性提升到新的高度[7-8]。

其三是發(fā)展前景喜人。數(shù)碼噴墨印花工藝契合了當前快時尚發(fā)展趨勢下高品質(zhì)、個性化、小訂單的印花需求，與下游面料、成衣企業(yè)建立了良好的產(chǎn)供銷關(guān)系，進而推動了產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展。有資料顯示，2012年全球印花行業(yè)產(chǎn)量約300億平米/年，年產(chǎn)值約1650億美金，年均增長率約1%～2%。而根據(jù)最新的SmithersPira研究報告介紹，數(shù)碼印花從2009年到2012年每年以23%的速度增長；數(shù)碼噴墨印花發(fā)展最快的歐洲，2013年的數(shù)碼噴墨印花產(chǎn)量已占到全年總印花產(chǎn)量的40%。據(jù)預測，2015年全球數(shù)碼噴墨印花產(chǎn)量將占到紡織品印花總產(chǎn)量的10%，數(shù)碼噴墨印花設(shè)備的擁有量將達到5萬臺(套)；根據(jù)國內(nèi)發(fā)展狀況初步預計，我國數(shù)碼噴墨印花產(chǎn)量將占到國內(nèi)紡織品印花總產(chǎn)量的約5%，數(shù)碼噴墨印花設(shè)備的擁有量將達到1萬臺(套)[9]。

2數(shù)碼噴墨印花技術(shù)原理

噴墨打印是將墨水流體分裂成均勻的細小液滴噴射到打印材料上的一種非接觸式打印方式，這項技術(shù)最早應(yīng)用于紙張印刷。上世紀60年代，美國斯坦福大學的Swtte研究制造出了第一臺連續(xù)式(CIJ)噴墨打印機，其原理是在分裂后的墨滴上有選擇性的施加電荷，當這些帶有電荷的墨滴通過電場時便發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最終將墨滴有選擇性的噴印到打印材料上，這種打印方法效率不高，墨水浪費較多。上世紀80年代日本佳能公司和美國惠普公司研發(fā)出了熱泡式按需(DOD)噴墨打印機，其原理是計算機根據(jù)圖案花型需要，控制噴嘴內(nèi)的電磁脈沖加熱墨水，讓墨水鼓泡汽化膨脹產(chǎn)生壓力，形成微小的墨滴噴射到打印材料上形成圖案。后來又改進了按需噴墨方式，用壓電晶體根據(jù)輸入的圖案電信號膨脹，擠壓墨水使墨滴從噴嘴中噴出，在織物上形成圖案，見圖2。壓電式噴頭每秒可以噴出約14000個墨滴，每個墨滴的體積約為140pL。按需噴墨打印墨水利用率高，打印成本大大降低，現(xiàn)在絕大多數(shù)的紡織品數(shù)碼噴墨印花設(shè)備均采用熱泡式或壓電式按需打印原理[1-3]。

數(shù)碼噴墨印花圖案是由各種從噴嘴噴射的細小墨滴有序地堆積在織物表面上形成的像素組成的。墨滴的大小、形狀以及墨滴與織物間的相互作用關(guān)系是影響數(shù)碼噴墨印花圖案質(zhì)量的主要因素。

圖2　壓電式按需噴墨原理

3數(shù)碼噴墨印花工藝流程

紡織品數(shù)碼噴墨印花加工首先通過網(wǎng)絡(luò)、拍照、掃描、軟件繪制等渠道獲取數(shù)字化圖形素材，然后根據(jù)設(shè)計要求對原始素材進行優(yōu)化編輯得到印花設(shè)計稿，接著將其導入數(shù)碼噴墨印花RIP軟件，該軟件自動進行印花分色描稿并將圖形信息轉(zhuǎn)變?yōu)閲娔』娮又噶?，最后由噴墨印花系統(tǒng)按需將墨水噴印到織物或轉(zhuǎn)移紙上，加工整理后得到印花成品，見圖3。

分色、描稿、制版、對花、調(diào)漿等操作步驟是傳統(tǒng)印花工藝的核心內(nèi)容，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)通過RIP軟件系統(tǒng)自動實現(xiàn)相應(yīng)操作。RIP(Raster Image Processor)中文名稱是光柵圖形處理器，其主要作用是將用來印花的各種圖像、圖案、文字解釋成數(shù)碼噴墨印花機能夠識別的點陣信息。RIP軟件的加網(wǎng)算法是控制數(shù)碼噴墨印花質(zhì)量的關(guān)鍵，通過它可以控制印花設(shè)備的色彩表現(xiàn)、圖案分辨率、速度、排版等。由于傳統(tǒng)印花工藝中一些較為繁瑣的步驟由RIP軟件自動完成，故相對于傳統(tǒng)印花工藝，數(shù)碼噴墨印花加工具有工藝簡易可靠、生產(chǎn)周期短、人力成本低等突出優(yōu)點[10-11]。

圖3數(shù)碼噴墨印花工藝流程 數(shù)碼噴墨印花采用數(shù)字圖案，顏色可以理論上達到1670萬種，突破了傳統(tǒng)印染花樣的套色限制，特別適宜印制顏色豐富的復雜圖案。數(shù)碼印花噴印過程中墨水的用量由計算機“按需分配”，使得印花過程中很少有染化料的浪費和廢水產(chǎn)生，故數(shù)碼噴墨印花是一項低污染的綠色環(huán)保生產(chǎn)技術(shù)。數(shù)碼噴墨印花加工方式分連續(xù)式和間歇式兩種，面料印花一般采用連續(xù)式加工，成衣印花采用間歇式加工方式。在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)墨水類型和織物類型的不同，常常需要有針對性的進行印花前處理和印花后汽蒸固色、水洗后整理等工藝步驟。

4數(shù)碼噴墨印花墨水

數(shù)碼噴墨印花墨水是數(shù)碼噴墨印花生產(chǎn)加工的主要耗材，是數(shù)碼噴墨印花技術(shù)研發(fā)的重點，也是紡織品精細化學品領(lǐng)域研究的熱點。紡織品數(shù)碼噴墨印花墨水與紙張噴墨打印墨水相比，除了對色素純度、不溶性固體顆粒粒徑以及墨水的黏度、表面張力、穩(wěn)定性、電導率等有要求外，還需要墨水噴射到織物上形成圖案后具有良好的織物染色性能[1-3,12]。

用于紡織品數(shù)碼噴墨印花的著色劑分為兩類，即染料和顏料，見表1。染料墨水的特點是色譜齊全，色彩鮮艷，得色強度高，穩(wěn)定性高，不易堵塞噴頭，墨水制作相對容易且成本較低，適宜進行高速印花，是目前紡織品數(shù)碼噴墨印花墨水的主要類型。染料墨水主要成分有高純度脫鹽染料、黏度調(diào)節(jié)劑、表面活性劑、酸度調(diào)節(jié)劑、防霉劑和純凈水等。染料對纖維的上染是有選擇性的，因此染料墨水對纖維不具有通性，不同纖維成分的織物需要不同的染料墨水進行噴墨印花。理論上所有的紡織品染色和印花染料都可以用來配制成數(shù)碼噴墨印花墨水，但實際上目前所使用的染料主要有分散染料、活性染料、酸性染料。

表1　紡織品數(shù)碼噴墨印花墨水類型及特點

顏料對纖維沒有親和力，通過借助黏合劑將其附著于纖維，故顏料型墨水對纖維沒有選擇性，纖維適應(yīng)面廣，相對于染料型墨水具有更好的耐水牢度、耐光牢度。采用顏料型墨水進行數(shù)碼噴墨印花加工還具有工藝簡單、生產(chǎn)周期短、效率高等特點。由于顏料不溶于水，故在制備顏料型墨水時通常須將顏料研磨成極細的墨粉，然后用表面活性劑和分散劑將其制成微粒狀懸浮分散體系。數(shù)碼噴墨印花顏料墨水制備的關(guān)鍵是顏料的超細化加工，顏料的粒度一般控制在50nm～200nm之間，顆粒過大顏料的色光易暗淡；過小則透明性太強，遮蓋力下降，并容易團聚[1-3]。顏料型墨水在水中易聚集，熱力學穩(wěn)定性不高，較難配置成高濃度墨水，故顏料型墨水印花往往存在色彩飽和度不高，色彩強度低，易堵塞噴頭等弊病。

5數(shù)碼噴墨印花技術(shù)展望

自2008年金融危機爆發(fā)以來，全球經(jīng)濟正迎來深刻變革，“小批量、快交貨、低庫存”成為紡織印染行業(yè)的發(fā)展趨勢，以 “客戶個性化、快速多變”為導向的紡織品印花加工需求迫使企業(yè)擯棄傳統(tǒng)紡織印染“大批量、慢變化、低效益”的商業(yè)模式。目前，眾多國際知名時尚品牌在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)工藝上進行了突破，在生產(chǎn)鏈條中根據(jù)訂單小批量、多批次，面料需要頻繁設(shè)計、改進的特點，大量使用數(shù)碼噴墨印花工藝。隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的風起云涌和快時尚潮流的到來，現(xiàn)在越來越多的服裝設(shè)計師在設(shè)計服飾款式時同步進行面料花紋設(shè)計，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)“小批量、快反應(yīng)”的加工特點成為快時尚服飾產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有力推手[13-14]。

傳統(tǒng)印花技術(shù)由于分色制網(wǎng)工藝和印花分辨率的限制，很難表現(xiàn)一些如繪畫、書法、云紋等色彩豐富、花紋細膩的圖案素材。數(shù)碼噴墨印花技術(shù)采用數(shù)字化的印花工藝，具有極強的表現(xiàn)力，為未來一些個性化的服飾、家紡產(chǎn)品開發(fā)提供了有力的保障[15-16]。例如，在高分辨率掃描設(shè)備的配合下，以扎染、蠟染等民間染整手藝為設(shè)計素材進行數(shù)碼噴墨印花面料開發(fā)，能得到獨具民族文化魅力的新型面料，實現(xiàn)了傳統(tǒng)技藝與現(xiàn)代技術(shù)的完美結(jié)合，見圖4。

圖4　數(shù)碼噴墨印花技術(shù)開發(fā)的扎染風格家紡產(chǎn)品

近年來，隨著生產(chǎn)速度、耗材成本等制約數(shù)碼噴墨印花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸逐漸得到突破，以及紡織行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和綠色低碳經(jīng)濟潮流的到來，具有生態(tài)環(huán)保、短周期、高附加值等優(yōu)勢的數(shù)碼噴墨印花技術(shù)將迎來空前的發(fā)展機遇。我國是傳統(tǒng)的紡織大國，在從紡織大國向紡織強國邁進的過程中，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)將擁有良好的發(fā)展空間和巨大的市場前景。

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中圖分類號：TQ610

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)01-0172-05

收稿日期：2015-11-08

第一作者：任建華(1981-)，男，碩士，講師，研究方向：新型印染技術(shù)。