数码喷墨印花技术研究现状及发展趋势

2016-05-10任建华郑光洪李远惠

纺织科学与工程学报 2016年1期

关键词：喷墨墨水印花

任建华，郑光洪，李远惠

(成都纺织高等专科学校材料与环保学院，四川成都 611731)

数码喷墨印花技术研究现状及发展趋势

任建华，郑光洪，李远惠

(成都纺织高等专科学校材料与环保学院，四川成都 611731)

摘要：数码喷墨印花技术是一项将纺织品印花与数码喷墨打印相结合的新型印花技术。数码喷墨印花技术具有印花图案精细、色彩丰富过渡自然、加工过程生态环保、生产周期短、适宜个性化小批量生产等优点。伴随着数码印花设备性能逐渐提升和加工成本的不断下降，以及绿色经济和互联网经济的蓬勃发展，数码喷墨印花技术迎来了良好的发展契机。

关键词：数码喷墨印花技术研究现状发展

0引言

传统纺织品印花加工主要通过圆网或平网印花工艺来完成，随着信息时代的到来传统印花工艺越来越难适应产业链下游企业快节奏的印花加工需求，同时传统印花工艺还面临能耗高、排污量大、生产周期长、产品附加值低等弊病。数码喷墨印花技术是一项将纺织品印花与数码喷墨打印结合的新型印花技术，这项技术具有印花图案精细、色彩丰富过渡自然、加工过程生态环保、生产周期短、适宜个性化小批量生产等优点，数码喷墨印花技术较好的改善了传统印花技术的缺陷，具有良好的发展前景。

1数码喷墨印花技术的发展概况

1.1数码喷墨印花技术的发展历程

数码喷墨印花技术是在喷墨打印技术的基础上发展起来的。二十世纪六七十年代美国Miliken公司和奥地利Zimmer公司先后开发出应用于纺织品印花领域的喷墨印花设备，这些早期的设备印花分辨率只有9～18dpi，主要应用于一些对印花精度需求不高的织物，如地毯印花。进入二十世纪八九十年代后，随着计算机技术、精密机械和精细化工技术的迅速发展，涌现出许多性能有较大提升的数码喷墨印花设备，如在1995年国际纺机展(ITMA)上荷兰Stork公司推出了分辨率达到360dpi～720dpi，速度4.6m2/h的宽幅数码喷墨印花设备[1-2]。

进入本世纪以后，数码喷墨印花技术得到了进一步快速发展，有专家认为2003年国际纺机展(ITMA)上展出的各种新型喷墨印花设备意味着该行业的革命性突破。首先设备生产商迅速增加，设备性能不断提高，如意大利Reggiani公司Dream数码喷墨印花机、荷兰Stork公司Amethyst数码喷墨印花机、美国DuPont公司Artistri数码喷墨印花机等；其次Ciba、DyStar、DuPont、BASF等国际染料生产巨头均推出了品种丰富和色谱齐全的数码喷墨印花专用墨水，为数码喷墨印花技术的产业化发展奠定了良好的基础；同一时期意大利、西班牙、波兰、法国、英国等国家形成了较大的产业集群，纺织品数码喷墨印花开始进入大规模产业化生产阶段[3-4]。

1.2数码喷墨印花技术的现状

经过长期的技术和市场积累，近年来数码喷墨印花技术在印花质量、速度和工艺经济性、可靠性方面获得了长足的进步，在中国、印度等新兴国家数码喷墨印花企业如雨后春笋般建立起来。数码喷墨印花技术发展主要体现在以下三个方面：

其一是速度快。曾经困扰数码喷墨印花发展的一个重大瓶颈是印花速度，这一技术难题近年来已得到了较大的改善[5-6]。我国杭州宏华公司的VEGA3000DT系列数码喷墨印花机最高速度可达1030平方米/时，意大利MS公司的La Rio系列设备生产速度可达每分钟75延米，每小时可完成8000平米印花业务，勘比传统圆网印花机，见图1。

图1　意大利MS公司La Rio系列高速数码喷墨印花机

其二是经济性高。数码喷墨印花设备和墨水性能逐年提升，工艺可靠性和产品品质进一步提高，同时受益于行业大发展带来的规模化效益，设备价格和耗材成本逐年降低。近年来国内企业相继推出高性能数码喷墨印花设备和墨水，实现了打印满底花型时约2元/平方米、一般花型时约1元/平方米的成本投入，将数码喷墨印花技术的适用性、经济性提升到新的高度[7-8]。

其三是发展前景喜人。数码喷墨印花工艺契合了当前快时尚发展趋势下高品质、个性化、小订单的印花需求，与下游面料、成衣企业建立了良好的产供销关系，进而推动了产业链的良性发展。有资料显示，2012年全球印花行业产量约300亿平米/年，年产值约1650亿美金，年均增长率约1%～2%。而根据最新的SmithersPira研究报告介绍，数码印花从2009年到2012年每年以23%的速度增长；数码喷墨印花发展最快的欧洲，2013年的数码喷墨印花产量已占到全年总印花产量的40%。据预测，2015年全球数码喷墨印花产量将占到纺织品印花总产量的10%，数码喷墨印花设备的拥有量将达到5万台(套)；根据国内发展状况初步预计，我国数码喷墨印花产量将占到国内纺织品印花总产量的约5%，数码喷墨印花设备的拥有量将达到1万台(套)[9]。

2数码喷墨印花技术原理

喷墨打印是将墨水流体分裂成均匀的细小液滴喷射到打印材料上的一种非接触式打印方式，这项技术最早应用于纸张印刷。上世纪60年代，美国斯坦福大学的Swtte研究制造出了第一台连续式(CIJ)喷墨打印机，其原理是在分裂后的墨滴上有选择性的施加电荷，当这些带有电荷的墨滴通过电场时便发生偏转，最终将墨滴有选择性的喷印到打印材料上，这种打印方法效率不高，墨水浪费较多。上世纪80年代日本佳能公司和美国惠普公司研发出了热泡式按需(DOD)喷墨打印机，其原理是计算机根据图案花型需要，控制喷嘴内的电磁脉冲加热墨水，让墨水鼓泡汽化膨胀产生压力，形成微小的墨滴喷射到打印材料上形成图案。后来又改进了按需喷墨方式，用压电晶体根据输入的图案电信号膨胀，挤压墨水使墨滴从喷嘴中喷出，在织物上形成图案，见图2。压电式喷头每秒可以喷出约14000个墨滴，每个墨滴的体积约为140pL。按需喷墨打印墨水利用率高，打印成本大大降低，现在绝大多数的纺织品数码喷墨印花设备均采用热泡式或压电式按需打印原理[1-3]。

数码喷墨印花图案是由各种从喷嘴喷射的细小墨滴有序地堆积在织物表面上形成的像素组成的。墨滴的大小、形状以及墨滴与织物间的相互作用关系是影响数码喷墨印花图案质量的主要因素。

图2　压电式按需喷墨原理

3数码喷墨印花工艺流程

纺织品数码喷墨印花加工首先通过网络、拍照、扫描、软件绘制等渠道获取数字化图形素材，然后根据设计要求对原始素材进行优化编辑得到印花设计稿，接着将其导入数码喷墨印花RIP软件，该软件自动进行印花分色描稿并将图形信息转变为喷墨印花电子指令，最后由喷墨印花系统按需将墨水喷印到织物或转移纸上，加工整理后得到印花成品，见图3。

分色、描稿、制版、对花、调浆等操作步骤是传统印花工艺的核心内容，数码喷墨印花技术通过RIP软件系统自动实现相应操作。RIP(Raster Image Processor)中文名称是光栅图形处理器，其主要作用是将用来印花的各种图像、图案、文字解释成数码喷墨印花机能够识别的点阵信息。RIP软件的加网算法是控制数码喷墨印花质量的关键，通过它可以控制印花设备的色彩表现、图案分辨率、速度、排版等。由于传统印花工艺中一些较为繁琐的步骤由RIP软件自动完成，故相对于传统印花工艺，数码喷墨印花加工具有工艺简易可靠、生产周期短、人力成本低等突出优点[10-11]。

图3数码喷墨印花工艺流程数码喷墨印花采用数字图案，颜色可以理论上达到1670万种，突破了传统印染花样的套色限制，特别适宜印制颜色丰富的复杂图案。数码印花喷印过程中墨水的用量由计算机“按需分配”，使得印花过程中很少有染化料的浪费和废水产生，故数码喷墨印花是一项低污染的绿色环保生产技术。数码喷墨印花加工方式分连续式和间歇式两种，面料印花一般采用连续式加工，成衣印花采用间歇式加工方式。在实际生产过程中，根据墨水类型和织物类型的不同，常常需要有针对性的进行印花前处理和印花后汽蒸固色、水洗后整理等工艺步骤。

4数码喷墨印花墨水

数码喷墨印花墨水是数码喷墨印花生产加工的主要耗材，是数码喷墨印花技术研发的重点，也是纺织品精细化学品领域研究的热点。纺织品数码喷墨印花墨水与纸张喷墨打印墨水相比，除了对色素纯度、不溶性固体颗粒粒径以及墨水的黏度、表面张力、稳定性、电导率等有要求外，还需要墨水喷射到织物上形成图案后具有良好的织物染色性能[1-3,12]。

用于纺织品数码喷墨印花的着色剂分为两类，即染料和颜料，见表1。染料墨水的特点是色谱齐全，色彩鲜艳，得色强度高，稳定性高，不易堵塞喷头，墨水制作相对容易且成本较低，适宜进行高速印花，是目前纺织品数码喷墨印花墨水的主要类型。染料墨水主要成分有高纯度脱盐染料、黏度调节剂、表面活性剂、酸度调节剂、防霉剂和纯净水等。染料对纤维的上染是有选择性的，因此染料墨水对纤维不具有通性，不同纤维成分的织物需要不同的染料墨水进行喷墨印花。理论上所有的纺织品染色和印花染料都可以用来配制成数码喷墨印花墨水，但实际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　纺织品数码喷墨印花墨水类型及特点

颜料对纤维没有亲和力，通过借助黏合剂将其附着于纤维，故颜料型墨水对纤维没有选择性，纤维适应面广，相对于染料型墨水具有更好的耐水牢度、耐光牢度。采用颜料型墨水进行数码喷墨印花加工还具有工艺简单、生产周期短、效率高等特点。由于颜料不溶于水，故在制备颜料型墨水时通常须将颜料研磨成极细的墨粉，然后用表面活性剂和分散剂将其制成微粒状悬浮分散体系。数码喷墨印花颜料墨水制备的关键是颜料的超细化加工，颜料的粒度一般控制在50nm～200nm之间，颗粒过大颜料的色光易暗淡；过小则透明性太强，遮盖力下降，并容易团聚[1-3]。颜料型墨水在水中易聚集，热力学稳定性不高，较难配置成高浓度墨水，故颜料型墨水印花往往存在色彩饱和度不高，色彩强度低，易堵塞喷头等弊病。

5数码喷墨印花技术展望

自2008年金融危机爆发以来，全球经济正迎来深刻变革，“小批量、快交货、低库存”成为纺织印染行业的发展趋势，以 “客户个性化、快速多变”为导向的纺织品印花加工需求迫使企业摈弃传统纺织印染“大批量、慢变化、低效益”的商业模式。目前，众多国际知名时尚品牌在产品设计、生产工艺上进行了突破，在生产链条中根据订单小批量、多批次，面料需要频繁设计、改进的特点，大量使用数码喷墨印花工艺。随着互联网经济的风起云涌和快时尚潮流的到来，现在越来越多的服装设计师在设计服饰款式时同步进行面料花纹设计，数码喷墨印花技术“小批量、快反应”的加工特点成为快时尚服饰产业发展的有力推手[13-14]。

传统印花技术由于分色制网工艺和印花分辨率的限制，很难表现一些如绘画、书法、云纹等色彩丰富、花纹细腻的图案素材。数码喷墨印花技术采用数字化的印花工艺，具有极强的表现力，为未来一些个性化的服饰、家纺产品开发提供了有力的保障[15-16]。例如，在高分辨率扫描设备的配合下，以扎染、蜡染等民间染整手艺为设计素材进行数码喷墨印花面料开发，能得到独具民族文化魅力的新型面料，实现了传统技艺与现代技术的完美结合，见图4。

图4　数码喷墨印花技术开发的扎染风格家纺产品

近年来，随着生产速度、耗材成本等制约数码喷墨印花产业发展的瓶颈逐渐得到突破，以及纺织行业产业结构调整和绿色低碳经济潮流的到来，具有生态环保、短周期、高附加值等优势的数码喷墨印花技术将迎来空前的发展机遇。我国是传统的纺织大国，在从纺织大国向纺织强国迈进的过程中，数码喷墨印花技术将拥有良好的发展空间和巨大的市场前景。

参考文献

[1]薛朝华,贾顺田.纺织品数码喷墨印花技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]房宽峻.数字喷墨印花技术[M].北京：中国纺织出版社，2008.

[3]赵树海.数字喷墨与应用[M].北京：化学工业出版社，2014.

[4]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.

[5]http://www.atexco.com/index.php

[6]http://www.msitaly.com

[7]戚丽华,郭文登.刍议纺织品数码印花设备的改进[J].印染,2014(23):35-38.

[8]珠海蓝坊智能设备有限公司.与时俱进的数码印花[J].网印工业,2015(9):54-56.

[9]http://www.inknet.cn/news/201511/17/22487.html

[10]李明珠,张庆,余逸男.数码印花的现状及发展趋势[J].染料与染色,2011(12):32-34.

[11]马学功,周兴叶,何剑雄.纺织品数码印花技术综述 [J].针织工业,2014(6):40-44.