涤纶针织物数码印花清晰度的影响因素

李 敏， 赵 影， 张丽平， 张 奕， 付少海

(1. 江苏省纺织品数字喷墨印花工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122； 2. 苏州市世名科技股份有限责任公司， 江苏 昆山 215337； 3. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122；4. 无锡凤凰画材股份有限责任公司， 江苏 无锡 214000)

与传统印花相比，数码印花能耗低、染化料浪费少，且能够满足当前个性化、小批量、快反应的市场需求，越来越受到消费者的青睐[1]。涤纶是产量最大、应用最广泛的合成纤维之一，具有较高的强度与弹性恢复能力，良好的洗可穿性能，不怕霉菌和虫蛀等优点[2]。涤纶针织物的延伸性比机织物大，适合做针织外衣，且在装饰用布、工业用布、旗帜布等方面也有广泛的市场[3]。这些优势直接推动数码印花在涤纶针织物上的快速发展，但是在实际应用中却达不到预期的效果，存在很多问题，例如：颜色深度不够，清晰度达不到要求等。

织物组织结构、印花前的预处理及焙烘固色条件等均是影响数码印花清晰度的重要因素[4]。了解这些因素对印花清晰度及颜色性能的影响可显著提高涤纶针织物数码印花图案的质量。Park H.等[5]研究了影响涤纶机织物数码印花清晰度的因素，发现织物组织结构、墨水类型和印花方向等是影响印花质量的重要参数。房宽峻等[6]发现密度低的纯棉机织物印花后所得到的颜色比密度高的深很多。吴桂军等[7]采用自制阳离子季铵盐预处理剂处理涤纶机织物，织物上预处理剂中的阳离子基团和墨水中包覆在颜料表面的阴离子基团通过离子键相互作用，阻止墨滴扩散，可提高印花清晰度和织物K/S值。关芳兰等[8]研究了直喷式超细涤纶纤维织物的数码印花工艺，结果表明汽蒸温度为130 ℃，时间为30 min时织物颜色的得色量较高。

目前涤纶织物数码印花清晰度的研究一般都集中于机织物，而关于涤纶针织物数码印花清晰度的研究甚少。本文在分析涤纶针织物组织结构对印花清晰度影响的基础上，采用阳离子改性剂、海藻酸钠和聚乙烯醇来处理织物，并探讨其对印花清晰度的影响；研究焙烘固色前后、焙烘固色温度和焙烘固色时间对印花清晰度的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料和设备

分散染料墨水(青色，鸿盛数码科技股份有限公司)；阳离子改性剂B-1，海藻酸钠(广东德美化工股份有限公司)；聚乙烯醇AH-26(国药集团化学试剂有限公司)；5种涤纶针织物(海宁天福经编有限公司)。

微量进样器(上海高鸽工贸有限公司)；JV33-160型喷墨印花机(德牧高科技股份有限公司)；MU505T型台式轧车(北京纺织机械器材研究所)；XY-MRT型金相显微镜(宁波舜宇仪器有限公司)；MINI-TENTER型连续式定型烘干机(瑞比染色试机有限公司)；TH3838型烫化机(科隆丝印机械有限公司)；CI7800型电脑测配色系统(美国爱色丽)；YG141D型织物厚度仪(宁波纺织仪器厂)；Y172型纤维切片器(常州第二纺织机械有限公司)；CU-6型纤维细度仪(北京和众视野科技有限公司)。

1.2 实验方法

预处理：织物→二浸二轧(轧余率为60%～70%)→预烘(80 ℃×3 min)→焙烘(200 ℃，1 min)。

喷墨印花：在涤纶针织物印制1 mm的线条，分辨率为720 dpi×540 dpi(3通道)。

焙烘固色处理：喷墨印花织物→焙烘(200 ℃，1 min)。

1.3 测试方法

1.3.1墨滴在织物上的扩散距离和扩散面积

采用微量进样器抽取0.5 μL的分散染料墨水点滴在涤纶针织物上。采用Image J分析软件测量墨滴在织物上的扩散面积和扩散距离。每个试样测量5个点，结果取其平均值。

可通过计算织物的有效孔隙度Φ值来综合衡量墨滴在不同织物上的扩散情况，计算公式[10]为

式中：Vd为墨滴体积，cm3；Ad为墨滴在织物上的扩散面积，cm2；Tf为织物的厚度，cm。

1.3.2清晰度

采用金相显微镜，放大50倍时拍摄印花后线条。用ToupView软件测量织物线圈横纵向的实际线宽。实际线宽越大，说明渗化越严重，清晰度越差。

1.3.3印花纤维切片

采用CU-6型纤维细度仪(Y172型纤维切片器制样)在放大500倍条件下观察墨水在纤维中的分布状态用于表征样品的渗透程度。

2 结果与讨论

2.1 织物组织结构对印花清晰度的影响

织物参数及墨滴在织物上的扩散面积如表1所示。可看出，4#织物密度最低，墨滴的扩散面积却是最小。说明墨滴在织物上的扩散和渗化不仅仅由织物密度决定，而是由织物厚度、可润湿性、孔隙度、纤维或纱线间毛细效应等多种因素决定[9]。

表1 织物参数及墨滴在织物上的扩散面积Tab.1 Fabric parameters and diffusion area of ink droplets on different fabrics

注：墨滴体积为0.5 μL。

由表1可看出，Φ值越大，墨滴在织物上扩散的面积越小，表明织物润湿性相对较差，纤维或纱线间的毛细效应相对较弱。

墨滴在织物上的扩散距离和印花的实际线宽，如表2所示。可看出，织物有效孔隙度Φ值是由织物组织结构决定的，墨滴的扩散距离d和印花的实际线宽Ed也受织物组织结构的影响，为了进一步探究这三者之间的关系，对d/Φ-Ed进行线性拟合，结果如图1所示。可看出，d/Φ-Ed线性拟合的拟合度R2为0.938 7，说明d/Φ和Ed的线性相关较好。表明Φ值和d影响Ed，而Ed的大小反映印花清晰度的高低，因此，Φ值影响印花清晰度。

表2 墨滴在织物上的扩散距离和印花的实际线宽Tab.2 Diffusion distance of ink droplets on fabric and printed actual line width

注：打印设置的线条宽度为1 mm。

2.2 预处理对印花清晰度的影响

图2示出预处理剂的种类和用量对印花清晰度的影响。可看出：未经处理织物的实际线宽Ed较大，说明渗化严重,印花清晰度较差。这是因为涤纶是疏水性纤维，吸湿量较小，对墨滴的抱合力较小，墨滴会沿着纱线扩散。而经预处理剂处理后，Ed减小，说明印花清晰度提高。3种预处理剂中，阳离子改性剂处理织物的印花清晰度优于海藻酸钠和聚乙烯醇。原因是：海藻酸钠在织物表面形成薄膜，堵塞纤维的毛细管，从而抑制墨滴延纱线进一步扩散[11]；阳离子改性剂不仅能在纤维表面成膜抑制纤维毛细管效应，同时也能在纤维表面引入正电荷，而分散染料墨水中分散染料粒子表面带负电荷，纤维表面的正电荷将强烈吸引带负电荷的分散染料颗粒[7]，从而阻碍墨滴进一步扩散，使得Ed减小，印花清晰度提高。当阳离子改性剂的质量分数超过4%时，Ed不再减小，因此，选择质量分数为4%的阳离子改性剂处理该涤纶针织物。

图1 d/Φ与Ed线性拟合Fig.1 Linear fitting for d/Φ-Ed

图2 预处理剂对印花清晰度的影响Fig.2 Influence of pretreatment agent on printing accuracy for ink-jet printing. (a) Cationic modifier; (b) Sodium alginate; (c) Polyvinyl alcohol

图3示出不同预处理剂处理织物印花后的纤维切片。可看出，经预处理剂处理的纤维有明显的未染色部位，说明与未处理的织物相比，墨水渗透到织物另一面的现象减轻。

图3 不同预处理剂处理织物印花后的纤维切片Fig.3 Patterns of fiber slice for fabrics treated by different pretreatment agents. (a) Untreated; (b) Cationic modifier; (c) Sodium alginate; (d) Polyvinyl alcohol pretreated fabrics

2.3 焙烘固色对印花清晰度的影响

用质量分数为4%的阳离子改性剂处理织物，然后对预处理的织物进行印花并焙烘固色，探究焙烘前后焙烘温度和焙烘时间对印花清晰度的影响。印花后，焙烘前后的纤维切片如图4(a)、(d)所示；印制1 mm线条，其焙烘前后的显微镜照片如图4(b)、(e)和图4(c)、(f)所示。

图4 纤维切片和焙烘前后线条的显微镜图片Fig.4 Patterns of fiber slices and image of lines before and after baking. (a) Pattern of fiber slice before baking;(b) Image of line before baking in wale direction; (c) Image of line before baking in course direction; (d) Pattern of fiber slice after baking; (e) Image of line after baking in wale direction; (f) Image of line after baking in course direction

由图4(a)、(d)可知，分散染料要在高温下才能扩散到纤维内部，完成发色。经测试计算得：焙烘前后线圈纵向实际线宽Ed分别为1.03、1.22 mm；焙烘前后线圈横向实际线宽Ed分别为1.01、1.18 mm。可见，焙烘后Ed变大，这是因为高温焙烘时，印花后的织物由于温度骤然升高，墨水中的粒子会随溶剂沿着纱线进一步扩散，导致Ed变大，如图4(b)、(e)和图4(c)、(f)所示。

图5示出焙烘温度对印花清晰度的影响。可看出，实际线宽Ed随焙烘温度的升高先减小后增大。这是由于随焙烘温度的升高，涤纶纤维中无定型区高分子链段的运动加剧，微隙增加，染料分子进入纤维内部的阻力降低，越来越多的染料进入纤维内部，Ed减小，清晰度提升，但温度升高至200 ℃后，染料不仅进入纤维内部，由于温度过高，多余的染料还会沿着纱线扩散，导致Ed变大，印花清晰度下降，如图6所示；所以，该涤纶针织物的焙烘固色温度为200 ℃。

图5 焙烘温度对印花清晰度的影响Fig.5 Influence of baking temperature on printing accuracy

图6 不同焙烘温度的印制线条显微镜照片Fig.6 Microscope images of lines on fabric at various baking temperatures. (a) In wale direction; (b) In course direction

图7示出焙烘时间对印花清晰度的影响。可看出，实际线宽Ed随焙烘时间的延长先减小后增大。随焙烘时间的延长，越来越多的染料渗透到纤维内部,Ed减小，印花清晰度提升，但1 min后，染料上染纤维达到平衡，多余的染料不再进入纤维内部，而是沿着纱线进一步扩散，导致Ed增大，印花清晰度下降，如图8所示；因此该涤纶针织物的焙烘固色时间为1 min。

图7 焙烘时间对印花清晰度的影响Fig.7 Influence of baking time on printing accuracy

图8 不同焙烘时间印制线条的显微镜照片Fig.8 Microscope images of lines on fabrics with various baking time. (a) In wale direction; (b) In conrse direction

3 结 论

1) 织物组织结构影响墨滴在织物上的扩散和渗化，织物的有效孔隙度越大，墨滴在织物上扩散的面积越小，表明其印花清晰度较好。

2)预处理剂种类显著影响印花清晰度，与海藻酸钠和聚乙烯醇相比，用质量分数为4%的阳离子改性剂处理织物，其印花清晰度最佳。

3)焙烘固色后实际线宽变大，印花清晰度下降。印花清晰度随焙烘温度和焙烘时间的增加先升高后降低。焙烘温度为200 ℃，焙烘时间为1 min时，印花清晰度最佳。

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