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纖維紡織:數位印花

數位印花噴印出無限夢想,所有看得見的景象,都可透過數位印花快速且真實地呈現在任何紡織材料上,而製作出自己喜歡的作品,也提升了產品的附加價值。
 
 
 
特色

數位印花噴印出無限夢想,所有看得見的景象,都可透過數位印花快速且真實地呈現在任何紡織材料上,而製作出自己喜歡的作品。數位印花機的發明使得人人都可成為紡織產品設計師。

數位印花機具有占地小(約為傳統印花機的1/20)、生產時用水量少(約為傳統印花的10∼15%)、汙染性低(CO2排放量約為傳統印花的20∼60%)、圖稿異常可即時更改並立刻作業、顏色變化多(高達16萬7千色以上)、不需製作網版、無單位圖長限制、小批量生產交期迅速和節省人力等優點。因此自從1991年荷蘭Stork公司在德國漢諾威舉行的國際紡織機械展中展出數位印花機和印花樣品後,隨即獲得紡織印染業和服裝設計師的青睞及肯定。

雖然在後續研發過程中遇到相當多的困難和瓶頸,如應用軟體、墨水性能、噴頭類型、作業模式、織物預處理等適用性問題,造成使用上的困擾,但隨著技術漸漸提升,周邊配套也更為完善。這種不需經過網版,直接透過噴頭噴孔把各種顏色的墨水噴印在所需材料上的印花方式,相較於傳統印花冗長複雜的作業模式,的確令人讚嘆。

噴墨原理

數位印花是一種把微小墨滴噴射在材料上特定位置的技術,一般可分成連續式噴墨技術和供需式噴墨技術兩種類型。紡織材料基於材料種類、墨水特性、作業模式、噴印清晰度等因素,大多使用供需式噴墨技術。供需式噴墨技術的墨滴是以間歇方式產生,當需噴印花樣時,計算機會控制指令,產生並供應墨水噴射到織物上。供需式噴墨技術有熱氣泡和壓電式兩種。由於熱氣泡式的加熱溫度達攝氏350度以上,容易造成墨水分解,導致噴孔阻塞,穩定性較差,因此目前都採用供需式的壓電式噴墨技術。

壓電式噴墨技術是在壓電材料上加上電位,使得壓電材料在電場方向壓縮、垂直方向膨脹,進而使墨水形成微滴噴出。它的噴墨頻率是14,000滴/秒,墨水微滴體積約在1.50 × 10-10公升左右。這些微小且噴射位置精確的墨滴,縱使噴印在表面不是很平滑,甚至凹凸不平的材料上,也可以產生相當高的圖案清晰度,因此這項技術多應用在紡織材料上。色彩管理任何圖案經過數位化處理後,就能應用在數位印花上。一般多採用掃描機掃描或數位相機拍攝,然後把圖檔數位化,以獲得相對應的數位圖檔,存取圖檔並傳輸至數位印花機後就可噴印。由於數位印花顏色的組成,是使用不同顏色墨點直接噴印在材料上的指定區域,相較於傳統印花的顏色是把各種單色混合成所需顏色後,再經由網版進行直接印花,兩者顏色表現明顯不同。

為得到和螢光幕相同或接近真實景象的顏色,必須先對數位印花的顏色做色彩管理,這也是數位印花最重要的一環。色彩管理的步驟是:

建立各單色灰階—每個單色由淺至深均勻分布,密度必須相同,顏色越深墨點越大,反之亦然;根據不同材料設定適當供墨量—墨量越高顏色越深,但如超過材料本身可吸收的量,噴印圖案就會暈開;完成顏色描述檔—選擇適當的顏色描述檔,再把顏色描述檔所提供的基準色值噴印在指定材料上,並完成所有後處理程序;掃描並存檔—把已噴印處理好的基準色值,以測色儀依序掃描,再依不同材料分類建檔;噴印並校色—試噴印各種顏色圖案,如有需要再重新製作校色;製作配色色票—根據不同材料噴印色票,做為後續配色的依據。

墨水選擇

數位印花噴頭的噴孔約30∼50 μm,因此墨水必須相當細小純淨,才可順利通過噴孔,不會造成阻塞。

墨水需具備的性能 黏度-影響供墨是否順暢,正常調整在10 mPa‧s左右;表面張力-影響墨滴對材料的溼潤和滲透,一般控制在40∼50 mN/m範圍內,必須小於噴印材料的表面張力(如棉64 mN/m、聚酯43 mN/m、尼龍46 mN/m);粒徑-影響噴頭噴孔阻塞,因此墨水粒徑越小越好(非水溶性墨水粒徑要求在1 μm以下,水溶性墨水則需通過0.1 μm濾紙過濾)。

除此之外,還需添加抗菌劑、保溼劑、增溶劑、分散劑等,以確保墨水品質、使用和儲存穩定性。當然噴印不同材料選擇的墨水不盡相同,一般可區分成染料(有反應性染料、酸性染料、分散性染料、直接染料等)和顏料兩種類型。棉、麻、嫘縈、羊毛和蠶絲纖維通常選用反應性染料;尼龍、羊毛和蠶絲纖維可選用酸性染料;聚酯纖維則選用分散性染料。顏料雖適用所有材料的噴印,但
在各項品質上不如染料。

在顏色選擇方面,一般多以青色、品紅、黃色和黑色(俗稱CMYK)四色為主,目前最多採用至十色,端看機台種類和使用者的需求。顏色種類越多,色域表現越廣,噴印圖案越能得到細膩的漸層效果,雜點情況也會隨著降低。

材料前處理

數位印花可選用的材料種類相當多,就紡織材料而言,最常用的是棉、麻、嫘縈、羊毛、蠶絲、尼龍和聚酯纖維。這些纖維經紡紗、織布後,表面會含有漿料或紡絲油劑,必須經過一系列處理後,才可做為數位印花用材料。處理的簡要程序是:棉、麻及嫘縈類-以火焰燒除胚布表面短毛羽、去除包覆紗線的漿料和紡紗油劑、胚布漂白及含浸液鹼賦予胚布圓潤光澤等;羊毛及蠶絲類-去除羊毛油脂或蠶絲絲膠等工程;尼龍及聚酯類-去除紡紗油劑、鬆弛加工、胚布熱風定型等。

所有材料除了要去除表面不純物外,還需針對不同材料,調整適當處理程序以提供最佳特性。主要目的是希望所有材料在經過數位印花作業後,都可獲得最鮮艷的顏色、最好的圖案效果、最佳的觸感,以及最優的品質。

材料上漿處理

數位印花材料在噴印前大多需經上漿處理,主要目的是防止噴印時圖案暈開、提高顏色上色率等性能。上漿處理可採用塗布、浸漬或噴霧等方式完成。上漿劑的作用是使高分子黏著劑暫時黏附在纖維和纖維間或紗線和紗線間的空隙,以減少噴印時墨水在材料上所產生的毛細移行現象,整個作業完成後必須把漿料洗除。

高分子黏著劑可選用海藻酸鈉糊、刺槐豆膠、化工糊劑或其他樹脂黏膠,以噴印材料種類或品質要求做為選擇的依據。海藻酸鈉糊由於固色後水洗時容易自材料上洗除,即脫糊性佳,因此廣泛應用在各種材料上。而樹脂黏膠主要使用在顏料噴印,不必洗除但要求有好的黏合性。噴印染料的上漿劑除糊料外,還要調整適當的pH值,並添加保溼劑、助溶劑或相關助劑,才可獲得最佳顏色和圖案效果。

材料後處理

噴印完成的材料必須經過後處理加工,才能得到令人滿意的品質,後處理包括固色、水洗、整理加工等:固色-使染料和纖維產生鍵結,可利用汽蒸(攝氏102∼110度)或乾熱(攝氏150∼200度),在適當時間下使染料與纖維完成鍵結反應;水洗-去除材料上殘留的不純物(糊劑、水解的染料或其他助劑),確保各項堅牢度符合標準,一般在攝氏85度高溫下反覆水洗,直到洗滌水呈無色為止;整理加工-賦予材料特殊手感或其他功能,如柔軟、涼爽、抗皺、防霉、撥水等。

聚酯材料大多使用熱轉移印花。所謂熱轉移印花是把分散性墨水噴印在離型紙上,然後在攝氏200度高溫下,熱壓噴印的離型紙和聚酯材料,這時離型紙上的分散性染料會直接由固態昇華成氣態,然後進入纖維內非結晶區的細小孔隙,隨即聚集堆積成大分子而完成固色。

顏料固色是利用黏著劑包覆顏料,再黏附於使用的材料上,因此顏料噴印後僅需在攝氏150度高溫烘培,使黏著劑和纖維黏合,不需再經水洗過程,作業上相當簡便。但由於黏著劑和材料的色澤、組織等因素,使得噴印面對光線的反射方向不一,造成圖案顏色較鈍。加上不耐磨擦和水洗,而且手感粗糙,因此大多用在產品試打樣或T-shirt印花上,比較少用在高級衣著用品上。

數位印花作業流程和傳統印花不太相同,主要差別在於不需製作網版、不用調製印花色糊,和不必應用到一些染色工程及印花技術(如染底色後印花或防拔染印花),不僅在噴印準備上相當單純,也排除了傳統印花所產生的瑕疵,使得品質和再現性較好控制。其作業流程是:已前處理好的材料 → 上漿處理 → 圖稿調整及對色 → 數位噴印 →固色及水洗 → 整理加工 → 成品。

數位印花的應用

數位印花產品包羅萬象,在每個人生活周遭,都會用到或看到數位印花的產品。舉例來說:成衣及配件類-衣著、領帶、圍巾、帽子、小飾品、皮包、旅行箱、洋傘等;家飾裝潢類-寢飾、窗簾、壁布、室內裝飾品、抱枕、燈罩、馬克杯、玻璃、磁磚等;商用標示類-導覽圖、商標布、客製化標示等;其他類-IC電路板、3C電子外殼、汽車座套、交通布膜、帳篷、金屬盒(罐)、陶版
等。

少量多樣一直是數位印花的最大特色。在標榜個性化的時代,印製專屬個人的紡織商品已不再遙不可及,數位印花的確可替我們完成美夢。當然數位印花的應用持續在開發中,目前半導體業的印刷電路板、生物晶片、導電性薄膜、發光二極體和彩色濾光片的製作,也漸漸被數位噴墨取代,相信往後的應用會更令人驚奇。數位印花真正應用在紡織材料上還不到20年,算是相當新興的產業,卻能夠挾眾多優勢而向傳統印花挑戰,並已獲得紡織印染業中相當好的回響,也象徵數位印花的時代已經來臨。

雖然數位印花在實際應用上還有一些問題,如噴墨速度稍慢、耗材成本較高、生產價格較貴等,但這些問題隨著技術不斷提升和使用者逐漸增多會慢慢消失。可預期的是,這種節能、環保、低汙染,以及製程簡潔的產品,將來一定會廣泛應用在所有紡織材料上,甚至其他工業用材料也會借助數位印花的特性而大放異彩。
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