印花设施现况与趋势

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本文作者：付少海关玉吴敏贡于清作者单位：江南大学

我国喷墨印花设备及其特点

国内生产喷墨印花设备研究起步较晚，但经过近几年的不断努力和国家政策的大力扶持，也取得了斐然的成绩。特别是以杭州宏华数码科技为代表的设备制造商，该公司自2000年生产出第1台喷墨印花机开始，经过近几年的不断发展和创新，喷墨印花设备制造水平也在不断提升。在2012年的ITMAASIA+CITME展会上，宏华新推出VEGA超高速数码印花机，该机器配备了2558个工业级喷头和超凡的控制系统，最高印花速度达400m2/h，是目前国内最快的喷墨印花机。此外，VEGA的喷头高度可以自由调整，适用于各种不同厚度的面料。该机型将非凡的打印速度和精美的图案表现力集于一身，加之与传统印花几乎同一级别的生产成本，使大批量数码印花生产成为现实。目前，杭州宏华数码科技股份有限公司占据了国内约80%的市场份额，成为国内喷墨印花设备的代表型企业。

喷墨印花设备的喷头技术

喷头是喷墨印花设备的关键部分，目前用于数码喷墨印花的喷头主要有3种细分形式：连续喷墨和按需喷墨，其中按需喷墨又分热气泡式和压电式。3种不同喷头技术在印花机上的应用情况如图1所示。连续喷墨由Sweet发明，并在1969年由Hertz进行了改进。在这种喷墨系统中，连续的墨滴流由直径为10～100μm的喷嘴喷出，产生的墨滴流经1个空气阀控制，有选择地喷射到基质上形成印花图案。1975年，美国Milliken公司根据这种原理，推出了适用于地毯和室内装饰品的8色喷墨印花机，由于这种机器的印花质量超过了一般的地毯印花方法，并且印花速度合适，在市场上获得了极大成功，被认为是喷墨印花历史上的里程碑。连续喷墨印花使用的墨水粘度在100～400cP。由于这种印花方式的给墨量很大，导致其分辨率低，仅有20dpi左右，所以其应用范围受到了极大限制。热气泡式是Encad和Canon采用的喷头技术，其工作原理是喷墨装置根据输入的电信号瞬间将一个电阻加热到350℃状态，使墨水汽化形成气泡，推动墨滴从喷嘴中喷出，从而在织物上形成图案。电信号撤销后，气泡冷却消失，墨室重新填充上墨水。热气泡式喷头的作用频率约10000次/s，即每秒钟可以喷出10000个墨滴，每个墨滴的体积约为150～200pL，比压电式喷墨方式喷出的墨滴体积稍大，因此，热气泡式按需喷墨印花机的分辨率较压电式低，但远远高于连续式喷头的喷墨印花机。热气泡式喷头的优点是制造成本低，但其使用寿命短、可靠性差，且对墨水的稳定性要求高。压电式喷头具有超长使用寿命，墨水适应性广泛，特别适用于图形艺术等专业应用领域，是当前喷墨印花设备中应用最多的喷头技术。压电喷头的制造商主要有日本Epson、Seiko，英国XAAR，以色列Aprion和美国Spectra公司。压电喷头的工作原理如图2所示，喷头中的压电晶体根据输入的电信号膨胀，挤压墨水从喷嘴中喷出，在织物上形成图案；电压信号消失后，压电晶体恢复到原来的正常尺寸，墨室在毛细管作用下重新充满。压电式喷头的作用频率约14000次/s，即它每秒钟可以喷出14000个墨滴，每个墨滴的体积不超过150pL。

我国喷墨印花设备存在的问题和发展展望

尽管喷墨印花设备已经发展了30余年，但印花速度慢、设备成本高仍然是制约喷墨印花技术发展的主要因素。目前，我国喷墨印花设备主要存在以下问题：（1）喷墨印花设备关键技术仍然掌握在国外大公司的手中，技术处于垄断状态；（2）在提高喷墨印花速度方面，我国多数企业还是通过增加喷头的数量来实现的，这样就不可避免地增加了设备的投入和运营成本；（3）喷墨印花前处理和后整理设备大多都是传统印染设备的缩小版，喷墨印花专用的整理设备少。基于这种现状，笔者认为未来我国喷墨印花设备发展的主要方向是：（1）加大基础研发力度和投入，攻克喷头等喷墨印花设备制造中的关键技术；（2）将喷墨印花设备开发和印花工艺研究结合起来，开发整体设备，即开发前处理、喷墨印花和后整理于一体的喷墨印花整体设备，类似于以色列Kornit公司推出的一体化成衣喷墨印花机及意大利MS公司的MSJP5Coat&Print印花机；（3）开发适用于不同纺织品的专用喷墨印花设备，如开发成衣喷墨印花机、裁片印花机等。在印染企业面临节能减排、技术更新等巨大压力的形势下，喷墨印花的优势开始逐渐显现，喷墨印花技术的推广和发展也势在必行。目前，降低喷墨印花设备成本，提高喷墨打印速度，加快喷墨印花配套设备和耗材的研制是设备厂商面临的主要挑战。据统计，2011年我国各种型号的喷墨印花机的保有量约为700台，相当于2008年的3.3倍。2008年全国喷墨印花量为0.4亿m，占印花总量的0.33%，而2011年全国喷墨印花量为1.4亿m，占印花总量的0.86%。从2008年和2011年的数据可以看出，虽然喷墨印花产品量在我国纺织印花行业的比重还是很小，占印花总量的比例还不到1%，但其增长速度较快。从长远看，喷墨印花的市场比重将依然呈现快速增长的态势，据权威研究报告预测，2009—2014年，全球纺织喷墨印花机年增长率可达23.1%。这充分说明纺织品喷墨印花必将会有一个飞速的发展。