真丝绸喷墨印花中墨滴状态的影响因素分析

倪 济 裕

(杭州宏华数码科技股份有限公司，杭州 310052)

真丝绸喷墨印花中墨滴状态的影响因素分析

倪 济 裕

(杭州宏华数码科技股份有限公司，杭州 310052)

以真丝绸喷墨印花所用的活性染料墨水为例，通过测试墨水黏度、喷头电压、墨滴速度和激励脉冲波形等指标，分析了影响墨滴状态的关键工艺因素。试验结果表明，墨水黏度和喷头激励脉冲波形是影响墨滴状态的关键因素。墨水温度越高，墨水黏度越小；墨水黏度越小，墨滴速度越快。因此，控制好墨水温度是喷墨印花机设计和真丝绸活性染料喷墨印花生产中的关键。喷头激励脉冲波形直接影响墨滴速度，墨滴速度又关系到真丝绸活性染料喷墨印花品的质量。因此，控制合适和稳定的喷头激励脉冲波形对喷墨印花生产至关重要。

喷墨印花；墨水黏度；墨滴速度；喷头电压；激励脉冲波形

纺织品数码喷墨印花系统通过数据传送的方式将指定的花样图案输入传送到计算机，再由计算机专用软件驱动芯片控制印花喷墨头和系统的一系列相关运动，将墨滴直接喷印到各种织物上，构成所需的花纹图案[1-3]。

墨滴状态是影响喷墨印花质量的关键因素，墨滴状态包括墨滴的形状、速度及喷射出的液滴体积和均匀性等。因此研究喷墨印花中墨滴的状态，尤其是在距喷孔表面1～3 mm范围内的墨滴状态具有重要意义。一般来说，喷头供应商都会提供适合某种喷头的各种参数，如墨水黏度、喷头电压和激励脉冲波形，以及喷头正常工作时的温度等。本文主要对墨滴速度展开讨论。

本研究以真丝绸喷墨印花所用的活性青染料墨水为例，通过分析墨水温度和激励脉冲波形对墨滴状态的影响，以验证和分析供应商提供的各种参数，为提高数码喷墨印花品质量奠定基础[4]。

1 压电喷头的结构和压电喷墨的基本原理压电喷头的结构见图1。

图1 压电喷头结构示意Fig.1 The structure diagram of piezoelectric printhead

压电喷墨的基本原理是利用压电陶瓷(PZT)的逆压电效应，用激励脉冲驱动压电陶瓷，使之产生变形，并带动振动膜将墨水吸入和挤出墨道，整个过程由以下几个步骤组成：

1)进墨：PZT在激励脉冲的激励下，向上产生变形，在墨道的体积变大，产生负压，从而把墨水从储墨腔内吸入墨道；

2)喷射：PZT在激励脉冲消失的时候恢复到原来的位置，墨道的体积变小，产生正压，挤压墨道内的墨水，使其经过出墨口从喷孔射出；

3)断墨：当墨水射出喷嘴后，形成条形的墨水液柱。快速向下飞行的墨水液柱克服了墨水的表面张力，并在喷头内部设定的负压回拉力共同作用下产生颈缩现象，从而使墨水液柱脱离喷嘴口。在墨水的表面张力作用下，墨水液柱收缩成球状墨滴，射到织物上。

2 试 验

2.1 材料和仪器

材料：12102双绉(市购)，活性青染料墨水(BASF)，去离子水。

仪器：BROOKFIELD旋转式黏度计(美国BROOKFIELD公司)，TDS2004B 4通道示波器(美国TEKTRONIX公司)，XMTG-8000温控仪(上海仪器集团公司)，墨滴观测仪(杭州宏华数码科技股份有限公司)，NOVA-Spectra水性喷头。

2.2 测试方法

2.2.1 墨水黏度测定

将墨水倒入样品承接器，调整水浴温度到达设定值，将转子装上，并将样品承接器固定在黏度计上，开始测量。当读数稳定3 min没有变化时，读取黏度值。

2.2.2 喷头激励脉冲电压测定

用TDS2004B 4通道示波器测量喷头激励脉冲的波形，读出电压值。

2.2.3 墨滴速度测定

用墨滴观测仪测量和计算墨滴在距喷孔面1 mm处的平均速度。

2.2.4 喷头激励脉冲脉宽测定

用TDS2004B 4通道示波器测量喷头激励脉冲的波形，读出脉宽值。

3 结果与讨论

3.1 墨水温度的影响

3.1.1 墨水温度对墨水黏度的影响

从流体力学得知，黏度是流体抗拒流动的一种性质，是阻碍流体分子间相对运动能力的量度，即流体流动的内部阻力。黏度越大，流体的运动越困难，推动流体运动所需要的外力也就越大[5]。

流体的黏度是随着温度的变化而变化的。一般来讲，随着温度的升高，流体的黏度会随之下降。墨水温度对墨水黏度的影响见图2。

图2 墨水温度对墨水黏度的影响Fig.2 Effect of ink temperature on ink viscosity

从图2可见，墨水黏度与墨水温度有关。即在一定的温度范围内，墨水黏度随着墨水温度的提高而基本呈线性下降。因为墨水分子间距小彼此紧密，温度升高后提高了分子动能，促进了分子间流动，使墨水动力增加，导致墨水黏度下降。

3.1.2 墨水温度对喷头电压的影响

根据真丝绸活性染料喷墨印花实际生产需要，设定墨滴在距喷孔面1 mm处的平均速度作为研究目标，调整墨水温度和喷头电压，使墨滴速度达到设定速度，从而得到喷头电压的曲线。墨水温度对喷头电压影响的5次试验结果见图3。

图3 墨水温度对喷头所需电压的影响Fig.3 Effect of ink temperature on the voltage on printhead

从图3可见，随着墨水温度的提高，喷头电压逐渐降低。这是因为墨水温度越高，墨水黏度越小；墨水黏度越小，喷头克服墨水流动阻力所需的动力也越小，所以喷头所需的电压就越低。

3.1.3 墨水温度对墨滴速度的影响

以墨水温度25 ℃、墨滴速度8 m/s时的喷头电压为基准电压，调节墨水温度，得到墨滴的速度曲线。墨水温度对墨滴速度的影响见图4。

图4 墨水温度对墨滴速度的影响Fig.4 Effect of ink temperature on ink droplet speed

从图4可见，随着墨水温度的提高，墨滴速度呈上升趋势。这是因为墨水温度越高，墨水黏度越小；墨水黏度越小，墨水的流动阻力也越小，故在喷头电压不变的情况下，墨滴速度越快。

在生产实际中，需要墨滴保持一定的速度，而并非越快越好。若速度过快，会使墨滴拉断，形成卫星点，而使图面的清晰度大大降低；若速度过慢，当喷头以高速移动时，气流会使墨滴在飞行过程中偏离方向，不能落在指定的位置。

当喷头和与之匹配的墨水确定以后，控制墨水温度是保证良好墨滴状态的重要条件，因此在实际使用时要在喷头上安装控温系统，使墨水始终保持稳定的黏度和速度。

3.2 喷头激励脉冲波形的影响

3.2.1 喷头激励脉冲电压对墨滴速度的影响

从压电陶瓷的特性得知，压电陶瓷的变形量与加载电压有关。即电压越高，变形量越大。

在确定墨水性能和喷头温度的前提下，调整激励脉冲电压，对4个不同喷头进行试验，得到墨滴的速度曲线。喷头激励脉冲电压对墨滴速度的影响如图5所示。

从图5可见，随着激励脉冲电压的提高，墨滴速度呈上升趋势。这是因为激励脉冲电压越高，压电陶瓷的变形量越大，墨道增加的体积也越大；当激励脉冲电压消失时，压电陶瓷回复到原来的位置所产生的力就越大，对墨水的挤压作用越强，因此墨滴的速度越快。

图5 喷头激励脉冲电压对墨滴速度的影响Fig.5 Effect of excitation pulse voltage on printhead on ink droplet speed

3.2.2 激励脉冲脉宽对墨滴速度的影响

在确定墨水性能、喷头温度和激励脉冲电压的情况下，调整激励脉冲波形，对4个不同喷头通过改变脉宽进行试验，得到墨滴速度曲线。激励脉冲脉宽对墨滴速度的影响见图6。

图6 激励脉冲脉宽对墨滴速度的影响Fig.6 Effect of excitation pulse width on ink droplet speed

从图6可见，在曲线的前半段，随着激励脉冲脉宽的增加，墨滴速度呈上升趋势。这是因为激励脉冲脉宽越大，压电陶瓷变形时间就越长，压电陶瓷的变形量越大，墨道增加的体积也越大，因此墨滴的速度越快；而在曲线的后半段，由于压电陶瓷的变形量已达到极限，延长压电陶瓷的变形时间对压电陶瓷的变形已无效果，所以墨滴速度基本保持不变。

4 结 论

1)墨水黏度是影响墨滴状态的关键因素，而墨水温度又是影响墨水黏度的直接原因。因此，控制好墨水温度是喷墨印花机设计和真丝绸活性染料喷墨印花生产中的关键。

2)喷头激励脉冲波形直接影响墨滴速度，墨滴速度又关系到真丝绸活性染料喷墨印花品的质量。因此，控制合适和稳定的喷头激励脉冲波形对喷墨印花生产至关重要。

[1]朱钱黎.纺织品数码喷墨印花技术[J].广西纺织科技，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.数码喷射印花技术与装备[J].丝网印刷，2007(5)：26-28. HE Zengliang. Digital ink-jet printing technology and system[J]. Screen Printing, 2007(5): 26-28.

[3]房宽峻.中国数码喷墨印花设备的现状与发展趋势[J].纺织导报，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.真丝织物数码喷墨印花技术的介绍与探讨[J].化纤与纺织技术，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]王振宁，唐正宁.液体表面张力和黏度对压电喷射液滴形成过程影响的数值模拟[J].包装工程，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

倪济裕(1953－ )，男，高级工程师，主要从事喷墨印花设备和技术研究。