【集萃網觀察】摘要 無版印花技術可以簡化印花過程,是國內外印花技術的發展方向之一。20世紀80-90年代以來,數碼噴射印花技術進入了發展時期,同時又出現了數碼靜電印花技術。數碼噴射印花技術具有快速反應、即時生產供應.印制效果好,對環保有利等特點。但存在生產速率太慢或成本太高的缺點,影響其在生產上的大量推廣應用。數碼靜電印花技術通過目前樣機試驗,已可發現其具有噴射印花技術的特點,且可較大程度地改善后者的2個主要缺點,估計今后很有發展前途。
關鍵詞 無版印花;數碼噴射印花;數碼靜電印花;網版印花
通常印花時必須備有“印花模版”,才能印出所要求的花樣,所以印花模版可說是印出一定花樣的必要元件。隨著歷年來印花技術的發展,不同印花方法應用的印花模版是不同的,例如,手工木模印花時的印花模版為印花木模;紙版印花時則為刻花紙版;輥筒印花時則為印花輥筒;而網印時則為平網印花篩框或印花圓網。上述各種印花方法都屬于有版印花技:術。制造不同印花方法所用印花模版的工序通常稱作制版工序(有時輥筒印花等也稱作雕刻工序,網印時也稱作制網工序)。制版工人操作時要求具有一定的技巧,而且費時、費力又費料。即使近代的輥筒印花和網印,制版技術幾經改進(如:輥筒印花由初始的手工雕刻發展了縮小雕刻,后又發展了照相雕刻、電子雕刻、噴蠟制花筒等;網印由初始的人工感光發展了激光制網、噴蠟和噴墨制網等等),其對技術上的要求仍然較高,工藝、操作較繁,因為較易造成制版方面的缺點和疵病,轉而影響到印制成品的質量。因此,國內外都開始重視不用印花模版,即無版印花技術的研究和開發。
20世紀電腦技術及其推廣應用發展非常迅速,為無版印花技術的研究和開發創造了良好的條件。其一般工作過程為:運用電腦技術讀入花樣原稿(掃描輸入),或輸入花樣數碼照相的存儲元件所存儲的花樣信息,按照所采用的方法對輸入的信息加以處理,并通過專用設備將著色用劑直接(不用“印花模版")在織物上形成所需要的各色花樣,即所謂數碼無版印花技術。采用此項技術不但可以省去制版工序,還可免去調漿工序,大大地簡化了印花過程。
1 數碼噴射印花技術發展情況
自20世紀80一90年代以來,織物噴射印花技術在以前地毯噴射印花技術的基礎上,對其關鍵性元件(噴頭)結構的改進、以及配套用色料的制造等方面有了新的進展,從而進入了數碼噴射印花技術蓬勃發展的時期。有關此項技術的文章、資料以及網上信息已發表很多,今擇其中主要的概述如下。
1.1 一般工程過程
1.3 各類數碼噴射印花機的技術參數
近期了解到的幾種數碼噴射印花機的技術參數如表l所示。
據悉瑞士Perfecta Print AG的M4200,4噴頭,2.1 m幅寬,車速可達60~100 m2/h;東伸工業Ichinose的Inkjet Printer 2020,2003年展出,車速50 m2/h;汽巴精化、Reggiani及Apron計劃開發車速150 m2/h;國內宏華也擬開發車速100 m2/h。
1.4 特 點
1)較大地簡化了印花生產過程:可以省去制版和調漿2大工序,省掉不少設備,節省大量人力、物資和成本。
2)印制效果特佳:印出產品精致,接近仿真效果;只需應用數量有限的基本色和專用色,理論上即可印制1 670萬種色澤。適宜于生產高檔、精致、價高、時尚和個性化的產品。
3)可以及時供應市場急需產品:適宜于小批量、多品種和快速化生產。
4)對環保和節能有利:印花時因需投料(色料)、幾乎沒有什么浪費和廢料產生,加工中廢水排放和廢水處理負擔大為減少;用水和能耗極少。
5)可以使生產、供銷和市場間的聯系密切:適宜和當前迅猛發展的信息網絡化技術相結合,有利于信息傳遞、設計、營銷、訂購、定制和生產等工作的開展。
1.5 存在問題
1)生產速率太慢:一般只有6~20 m2/h(如按織物幅寬l m計算,合0.1~0.33 m/min),和常規網印約40 m/min相比,差距太大。雖然當前許多設備制造廠都在努力提高車速,即使向100~150 m2/h(合1.7~2.5 m/min)發展,還是遠遠不夠。生產速率太慢是阻礙大量推廣應用的主要原因之一。有人主張暫時可以采用多臺化生產方式來解決,但實際困難很大。
2)生產成本太高:主要是其所用染化料成本很高,一般可達常規網印的6~1 5倍以上(按單位面積印出織物所用染化料的價格相比)。噴射印花總成本中,色料(即“油墨”)占了約40%,比重很大。目前色料價格太高,也是阻礙此項技術推廣應用的另一主要原因。如今生產此項專用色料的廠家不多,物以稀為貴,希國內早日供應國產品。
也有人主張噴射成像時不用三原色原理發色的 “加工色”(“process color”),而用掃花樣預先拼混的“混合色”(“spot color”),這樣即可應用常用染料,并無特殊要求,成本大可降低,每平方米所用色料成本可接近于常規網印所用的色漿成本。印出色澤可以較深,而且對所用噴頭的精密也可降低要求。但是,這樣又將恢復配備調漿、配色等設備及人員;又將擴大染料貯備的品種;更換花樣、色回時必須加強噴頭的清潔、操作十分困難和麻煩。
1.6 投產應用情況
數碼噴射印花技術具有很多特點,但由于上述問題,推廣應用于大量生產的工廠,目前尚屬不多。2002年Stork發表:2001年全世界印花織物產量中用噴射印花方式的只占1%~3%。近來報導的較著名的大量生產常規產品的工廠,只有日本的Seiren公司,其他尚未見報導。目前大都用于打樣以及印制批量極少的高檔服裝以及工藝品、禮品之類特種產品。國內宏華公司在杭州專門生產絲、毛等高檔時尚服裝以及領帶、方巾之類產品,已有2年,售價較高,利潤尚可。
2 數碼靜電印花技術發展情況
2.1一般工作過程
數碼靜電印花和噴射印花的工作過程中,花樣掃描輸入或通過花樣數碼照相存儲元件輸入以及CAD系統處理都是相類似的,接著便是電腦控制成像。但是,兩者成像機理完全不同,所以電腦控制成像的過程也完全不同。即使美國、日本目前正在研究開發的數碼靜電印花技術中,其成像的具體方法也略有區別。
2.2 美國研究開發情況
美國喬治亞技術學院在1997年報導了其5年多來研究開發靜電印花技術的情況,采用了紙張靜電彩色復印的原理。
2.2.1機理和過程
1)成像關鍵元件為具有光導體(PC)(通常為硒等)表面的圓筒。紙張復印時,通過從原稿反射光線的作用、在圓筒表面上形成帶負電荷的潛像(1atentimage)。在數碼印花技術中則將輸入的花樣信息,通過電腦處理,在圓筒PC表面上形成帶負電荷的潛像。
2)通過顯像系統將粉狀顯影劑傳送到圓筒表面的潛像部分而成為顯像(manifestimage)。
3)圓筒和織物接觸顯像的顯影劑,將后者傳送到織物上。
4)織物通過加熱輥筒、加熱熔化顯影劑,再空氣冷卻,印花部分固著于織物上。
5)清潔光導體圓筒,回收多余顯影劑,重復新的印制過程。
一般顯影劑采用藍綠、品紅、黃、黑4種基本色。各色印出圖像呈網點矩陣形式。4色相繼印出、相互套印、待后熔融混合。可以形成高達3萬種色澤。
2.2.2研究開發情況
針對紙張復印和織物印花的不同之處,重點對沒備和顯影劑的改進進行研究,以便適應織物上的印花。
1)設備方面:由一般的22 cm窄幅改為91 cm寬幅;由間歇式改為連續式;提高速度達到50 m/min。
2)顯影劑方面:顯影劑(toner)即織物靜電印花的著色用劑。此處應用涂料(顏料)加聚合物黏合制組成的干粉。主要存在織物印后手感和牢度差的司題,兩者都和黏合劑的選用有關。典型的紙張復印用顯影劑中的黏合劑通常為苯乙烯/丙烯酸酯共聚物或聚酯類,在滌/棉上印花良好,但牢度性能不好、干洗溶劑牢度低,尤其干、濕摩擦牢度較差。丙烯酸三聚物網印黏合劑無定形高透明度成膜材料,但不能加以噴霧干燥或研磨成細粉,所以不能用于靜電印花。聚酯類黏合劑對滌/棉織物黏合力不好。EVA(乙烯醋酸酯ethylene vinylacetate)共聚物材料性能根據2個共聚單體組分,即乙烯和醋酸乙烯酯的相對百分率、以及在聚合物骨架上的順序而有不同,也不能對其良好地研磨和噴霧干燥。低分子量環氧類聚合物在熔融狀態下流動性好,活性端基同纖維交聯,牢度雖相似于涂料網印的常規黏合劑,然而手感太硬,不能接受。擬進一步研究減少活性端基,以便產生單位面積薄膜內交聯較少的環氧類產品,使牢度保持良好而減少印花織物的剛性。
2.2.3 特 點
1)系統計算機化以及采用靜電印花方法,有可能提高印花生產速率。
2)應用4個基本色可以生產很多色澤。
3)顯影劑中著色用涂料,成本便宜,且可用于各種不同纖維織物的印花,又可免去印后織物洗、烘等后處理,對印前織物也并無預處理的要求。
2.2.4存在問題
當前首先要研究黏合劑的選用,以解決印花成品的牢度(干洗溶劑、干濕摩擦牢度)和手感問題。
2.3 日本研究開發情況
針對噴射印花目前存在的生產速率太慢和色料成本太高的問題,日本在京都市政.工業研究所的紡織技術中心和京都技術研究所的合作研究中心的全面掌握研究規劃下,在理光公司、東伸工業公司、恒河沙公司和國家先進工業科技研究所關西中心等單位的共同協作下,研究開發了工作機理完全不同于噴射印花的新穎靜電印花技術。2003年5月染色研究學會介紹了幾年來研究開發、設計制造的、用靜電印花方法的紡織品直接印花樣機及其實際應用的測試情況。樣機為4色印花機構,生產速率5~15 m/min。
2.3.1 機理和過程
印花樣機印花單元的]二作原理。噴射印花不管氣泡式、壓電式,其成像主要都是靠機械力的作用;而此法成像是靠靜電力即庫侖力的作用,所以有利于提高成像速度,有利于提高印花生產速率。靜電印花機的單色印花單元,亦即單色成像單元。其工作機理如下:
2.3.1.1 充 電
在暗處用高電壓電極產生電暈放電,使光感受鼓(或圓筒)表面(為硒等光導體)產生均勻的正電荷。這點不同于紙張靜電復印,后者圓筒表面帶負電荷。
2.3.1.2 登錄圖像
600 dpi矩陣排列的發光二級管通過電腦控制的半導體開關可以高速通、斷。鼓表面的光導體受光即通電而失掉電荷。因此,受控制的LED按輸入的花樣信息而照射或不照射光線(相當于無花樣或有花樣部分),照射部分即失去電荷,而未照射部分便形成了保留著正電荷的靜電潛像。
2.3.1.3 顯 影
此處用的織物著色用劑也稱作顯影劑,是染料和樹脂分散在溶劑中的液狀物。設計用于此顯影劑的染料和樹脂是帶負電荷的。當光感受鼓回轉、其表面上的正電荷潛像和帶負電荷的顯影劑相接觸時,由于靜電力的作用便形成了顯像。此處顯影劑不同于紙張復印時所用(后者為干粉且其主組分為顏料);這里是濕式,主組分為染料,因此,其印花性能大大改善。
上述形成的顯像由于含有大量溶劑,須用擠壓輥適度地軋掉一些,以防以后滲化。
2.3.1.4 圖像轉移
使光感受鼓表面上的含顯影劑的圖像轉移到基質物上。除了可在其間施加一定壓力外,還可在基質物背面施加電場。
2.3.1.5 清 潔
為了繼后印制新花樣,此時對光感受鼓表面必須加以清潔,清除轉移印花后殘留的顯影劑以及殘留的電荷。前者可用溶劑清洗和刮刀去除;后者應用熄滅燈照射,其光線波長應適應于光感受鼓最佳光吸收的波長。因此,此項新穎印花單元的產生,綜合了光學、電學、化學、機械工程、電機工程和軟件工程等的成果。
該單元可以連續不斷地成像和轉印,所以,印出圖像(花樣)的尺寸可無限制,與本單元光感受鼓的直徑大小沒有關系。
各單色印花單元的一:作條件為:
1)機械方面。光感受鼓材料為硒,鼓直徑為80 mm;線速度為265 mm/s。
2)靜電方面。靜電電位為1350 V,轉移印花用電壓為0~3500 V,顯影輥筒N0.1轉速為210 r/rain,顯影輥筒N0.2轉速為1 330 r/min;反向輥筒(即擠壓輥筒)轉速為240 r/rain;轉移輥筒壓力為0.1 3~0.26 MPa。
2.3.2樣機整機結構及其規格
1)樣機整機結構
4個單色印花單元分別用于藍綠、品紅、黃、黑色(CMYB)4個基本色的印花。它們在整機中的排列順序可根據需要任意調整。
2)各單色印花單元的規格
方法:濕式靜電印花;分辨率600 dpi;速度>5 m/rain;最大幅寬400 mm;色澤濃度>1.0(汽蒸前);基質物:絲、棉、麻和毛,聚酯;顯影劑分別為天然纖維和化學纖維用的CMYB液狀顯影劑。
3)織物傳輸機構的規格
速度5~1 5 m/min;人工織物固定;最大幅寬400 mm;兩端軸芯間距2.5 m。
2.3.3顯影劑研究開發情況
進行了下述染料的應用有效性的研究,認為都可適用。報導中說明基于分散染料的顯影劑已進入實際應用比較,而基于活性染料的認為可用,但尚在進一步研究之中。
試用染料(均為市售品)有,活性染料:
(Y)kayacion黃7PG、(M)Vibacron紅P68、(C)Kayacion翠藍P3GF、(BKl)Kayacion黑P—GS、(BK2)Remazol黑AN。分散染料:(Y)Dianix黃6GSL—FS (200%)、(M)Sumikaron艷紅S—BWF、(C)Sumikaron翠藍S—Gl。(200%)、(BK)Kayalon Poly黑BRSF。
對基于分散染料的顯影劑中所用的其他化學品組分略有報導:其溶劑試樣來自理光公司,為異構烷烴(isoparaffin)(閃點一53℃)。溶劑要求:高度絕緣性(1014 Q·cm);沒有什么氣味放出;對光導體 (硒)不致造成損傷;對超時應用或化學反應不致發生變化;低可燃性和低毒性、安全性好。所用樹脂為帶負電荷的丙烯酸系樹脂(主組分甲基丙烯酸酯)。
對基于活性染料的顯影劑中所用的其他化學品組分尚未見報導。
報導中認為此種濕式顯影劑所含顆粒尺寸可以小到干式的1/l0,所以,只要硬件適合于高速加工,既有利于提高印花生產速率,又可印出輪廓清晰度較高的印花品。
2.3.4試驗機實際試印情況
靜電印花和其他印花方法的比較情況如表2所示。
從結果可見:
1)生產速率方面靜電印花可達5~lO m/min,為噴射印花的l0~50倍,已很可觀,但離傳統網印還有差距。此沿屬初步試驗階段,估計還有改進余地。
2)所用著色用劑,靜電印花稱“顯影劑”;噴射印花稱“色料”(“油墨”);傳統網印稱“色漿”。三者之間用于織物印花的成本比較:由于靜電印花顯影劑所用染料的要求較低,加上所用染料濃度最低,所以每千克靜電印花顯影劑價格較低,僅為噴射印花色料的l%~l.75%,而略高于網印色漿。再加上各種印花方法印花時,每平方米織物上靜電印花顯影劑用量最少,所以,綜合起來,每平方米印花用靜電顯影劑的價格最低,僅為噴射印花色料的0.5%-0.9%,甚至低于網一印色漿,僅為后者的6.8%-9.5%。
另外,每平方米印花用噴射印花色料的價格,則為用網印色漿的7.8~19倍。
3)印制效果方面。色深:網印最佳,靜電印花尚佳到較差,噴射印花較差;精細度;靜電印花最佳,噴射印花尚佳,網印最差;均勻度:靜電印花和網印都尚佳,噴射印花較差。
所以,靜電印花和噴射印花兩者相比:靜電印花在色深、精細率可達100%,同噴射印花,遠優于網印。
5)次品率方面:靜電印花極少,同噴射印花,遠優于網印。
6)對環境影響方面:靜電印花很少,同噴射印花,遠優于網印。
2.3.5 今后工作
1)尚須制造生產性規模的設備,進行和平性試驗。
2)對預處理和后處理過程的工藝和設備,尚須通過試驗加以確定。3)研究開發各類纖維所用的顯影劑。
3 結 語
1)印花技術采用電腦控制的無版方式印花是今后發展方向,如數碼噴射印花技術的研究開發已進行多年,并日趨成熟,目前大多數企業只是用于生產小批量、多品種的高檔、時尚、個性化的服裝,以及工藝品、禮品之類特種產品。可以肯定其具有較大的經濟價值,應充分發揮其快速反應、即時生產供應、印制效果好,對環境有利等特點,努力設法克服其成本高、產量低等主要缺點,并望能早日擴大應用生產,不斷提高其應用價值。而數碼靜電印花技術目前尚在“樣機試驗階段”,從實踐中已發現其除了具有噴射印花技術所特有的小批量、多品種、快速反應、即時生產供應、印制效果特佳、對環保有利等優點外,還對噴射印花技術成本高、生產速率低等不足之處有較大的改善,估計該項技術很有發展前途。希有關部門抓緊研究解決存在的問題,如設計制造生產性規模設備,進行生產性試驗,為投人工業化生產打好基礎;對預處理、后處理過程有關工藝和設備的確定、各類纖維所用顯影劑的開發等。使其能早日應用于生產。
2)這項新技術(數碼無版印花技術)的發展涉及很多學科,應組織各有關單位,集合各方面力量共同協作,認真研究國外先進經驗,制訂規劃,由專門單位負責掌握規劃的執行并鍥而不舍,力爭達到目的。
3)要兼顧無版印花技術中不同印花技術的開展。既要發展噴射印花技術,改善其不足之處,擴大其在生產上的應用范圍,又要研究采用靜電印花成像機理。具體方法可以變通,目標是希望早日完成生產性設備的制造和生產性應用試驗工作,不斷改進完善,投產應用,然后對其作出全面的評價。
總之,無版印花技術的發展,目前尚屬初期,隨著科技進步,或許還會有其它新穎的印花技術研究開發出來。可以各自研究、開發和不斷完善,各自在生產上發揮其特點,相互作出比較。通過一定時期的生產實踐,才能對它們的優缺點、適用范圍、經濟價值等作出較正確的評價,才能判斷對它們的如何取舍,或加工并用而作為相互補充。
來源:中華印染網
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