真絲綢噴墨印花中墨滴狀態的影響因素分析

倪 濟 裕

(杭州宏華數碼科技股份有限公司，杭州 310052)

真絲綢噴墨印花中墨滴狀態的影響因素分析

倪 濟 裕

(杭州宏華數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，分析了影響墨滴狀態的關鍵工藝因素。試驗結果表明，墨水黏度和噴頭激勵脈沖波形是影響墨滴狀態的關鍵因素。墨水溫度越高，墨水黏度越小；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設計和真絲綢活性染料噴墨印花生產中的關鍵。噴頭激勵脈沖波形直接影響墨滴速度，墨滴速度又關系到真絲綢活性染料噴墨印花品的質量。因此，控制合適和穩定的噴頭激勵脈沖波形對噴墨印花生產至關重要。

噴墨印花；墨水黏度；墨滴速度；噴頭電壓；激勵脈沖波形

紡織品數碼噴墨印花系統通過數據傳送的方式將指定的花樣圖案輸入傳送到計算機，再由計算機專用軟件驅動芯片控制印花噴墨頭和系統的一系列相關運動，將墨滴直接噴印到各種織物上，構成所需的花紋圖案[1-3]。

墨滴狀態是影響噴墨印花質量的關鍵因素，墨滴狀態包括墨滴的形狀、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，尤其是在距噴孔表面1～3 mm范圍內的墨滴狀態具有重要意義。一般來說，噴頭供應商都會提供適合某種噴頭的各種參數，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的影響，以驗證和分析供應商提供的各種參數，為提高數碼噴墨印花品質量奠定基礎[4]。

1 壓電噴頭的結構和壓電噴墨的基本原理壓電噴頭的結構見圖1。

圖1 壓電噴頭結構示意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，用激勵脈沖驅動壓電陶瓷，使之產生變形，并帶動振動膜將墨水吸入和擠出墨道，整個過程由以下幾個步驟組成：

1)進墨：PZT在激勵脈沖的激勵下，向上產生變形，在墨道的體積變大，產生負壓，從而把墨水從儲墨腔內吸入墨道；

2)噴射：PZT在激勵脈沖消失的時候恢復到原來的位置，墨道的體積變小，產生正壓，擠壓墨道內的墨水，使其經過出墨口從噴孔射出；

3)斷墨：當墨水射出噴嘴后，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，并在噴頭內部設定的負壓回拉力共同作用下產生頸縮現象，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

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旋轉式黏度計(美國BROOKFIELD公司)，TDS2004B 4通道示波器(美國TEKTRONIX公司)，XMTG-8000溫控儀(上海儀器集團公司)，墨滴觀測儀(杭州宏華數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，調整水浴溫度到達設定值，將轉子裝上，并將樣品承接器固定在黏度計上，開始測量。當讀數穩定3 min沒有變化時，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

從流體力學得知，黏度是流體抗拒流動的一種性質，是阻礙流體分子間相對運動能力的量度，即流體流動的內部阻力。黏度越大，流體的運動越困難，推動流體運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。即在一定的溫度范圍內，墨水黏度隨著墨水溫度的提高而基本呈線性下降。因為墨水分子間距小彼此緊密，溫度升高后提高了分子動能，促進了分子間流動，使墨水動力增加，導致墨水黏度下降。

3.1.2 墨水溫度對噴頭電壓的影響

根據真絲綢活性染料噴墨印花實際生產需要，設定墨滴在距噴孔面1 mm處的平均速度作為研究目標，調整墨水溫度和噴頭電壓，使墨滴速度達到設定速度，從而得到噴頭電壓的曲線。墨水溫度對噴頭電壓影響的5次試驗結果見圖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。這是因為墨水溫度越高，墨水黏度越小；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時的噴頭電壓為基準電壓，調節墨水溫度，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。這是因為墨水溫度越高，墨水黏度越小；墨水黏度越小，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。

在生產實際中，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，形成衛星點，而使圖面的清晰度大大降低；若速度過慢，當噴頭以高速移動時，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的重要條件，因此在實際使用時要在噴頭上安裝控溫系統，使墨水始終保持穩定的黏度和速度。

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。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，調整激勵脈沖電壓，對4個不同噴頭進行試驗，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。這是因為激勵脈沖電壓越高，壓電陶瓷的變形量越大，墨道增加的體積也越大；當激勵脈沖電壓消失時，壓電陶瓷回復到原來的位置所產生的力就越大，對墨水的擠壓作用越強，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，調整激勵脈沖波形，對4個不同噴頭通過改變脈寬進行試驗，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。這是因為激勵脈沖脈寬越大，壓電陶瓷變形時間就越長，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到極限，延長壓電陶瓷的變形時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 論

1)墨水黏度是影響墨滴狀態的關鍵因素，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設計和真絲綢活性染料噴墨印花生產中的關鍵。

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

[1]朱錢黎.紡織品數碼噴墨印花技術[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.

[2]何增良.數碼噴射印花技術與裝備[J].絲網印刷，2007(5)：26-28. HE Zengliang. Digital ink-jet printing technology and system[J]. Screen Printing, 2007(5): 26-28.

[3]房寬峻.中國數碼噴墨印花設備的現狀與發展趨勢[J].紡織導報，2011(1)：65-67. FANG Kuanjun. Current situation and development tendency of digital inkjet printing machines[J]. China Textile Leader, 2011(1): 65-67.

[4]文水平.真絲織物數碼噴墨印花技術的介紹與探討[J].化纖與紡織技術，2007(4)：27-29, 40 . WEN Shuiping. Introduction and discussion of digital inkjet printing technology on silk fabric[J]. Chemical Fiber& Textile Technology, 2007(4): 27-29, 40.

[5]王振寧，唐正寧.液體表面張力和黏度對壓電噴射液滴形成過程影響的數值模擬[J].包裝工程，2010，31(13)：4-27. WANG Zhenning, TANG Zhengning. Numerical simulation of the effect of liquid surface tension and viscosity on the droplet formation of piezoelectric ejection[J]. Packaging Engineering, 2010, 31(13): 4-27.

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

倪濟裕(1953－ )，男，高級工程師，主要從事噴墨印花設備和技術研究。