浅谈陶瓷墨水的关键性能指标

合集下载

墨滴的形成和喷射速度是喷墨技术的关键

墨滴的形成和喷射速度是喷墨技术的关键

墨滴的形成和喷射速度是喷墨技术的关键。

喷墨技术对陶瓷墨水有以下技术要求:1、流体质量和参数:陶瓷墨水必须是层流流体,层流质点之间的流动是一致的,而紊流的每一个质点是多方向流动的。

当流体的雷诺数不大于2300时,陶瓷墨水处于层流状态,这时流体的粘性力比较大,在外界的干扰下,墨水的流动方向不会受太大干扰,在高速运动时不会产生分层或者出现比较差的打印质量。

流体的韦伯数可以影响流体界面的流动、润湿以及在喷嘴上形成弧度,因此也是一个比较重要的参数。

2、表面张力和粘弹性:影响墨水上游的动力特性(喷嘴内)以及下游的墨滴断裂机制。

表面张力是墨水喷射的动力源,它使流体不断地颈缩,形成体积均匀的墨滴,同时,表面张力控制墨滴的扩散过程以及与承印材料的接触角,与墨水通道的浸润能力影响墨滴的形貌和卫星点。

根据喷墨需要要求表面张力在20~40mN/m之间。

墨水的粘性提高要求有更高的喷射动能,易发生多点断裂颈缩,形成卫星点;粘性太低,墨水从打印头泄露出去,在高频率喷射下形成卫星点。

所以,液体墨丝与主墨滴之间的连接要有最佳粘弹性,断裂的墨丝立即拉向主墨滴,得到无卫星点的墨滴。

墨水的粘度应控制在5~40mPa.s之间。

3、墨滴的形成:正常情况下,墨水在喷头内形成一个正常的平面,加上电压以后,墨水开始往外出,然后形成一根长的墨丝,墨丝在表面张力的作用下形成一个墨滴,墨滴与粘度相互作用以后,墨丝断裂形成喷墨,如果墨丝太长容易形成卫星点,所以粘度与表面张力对墨滴形成非常关键。

墨滴形成以后,在电压作用下墨水要回位,正常情况下墨水回来之后可以在喷嘴表面润湿,然后回到正常的位置,如果墨水工作表面对喷嘴的润湿性不好,或是压力不稳定,它就会产生电压的波动,这样就会产生气泡堵喷头和供墨不足。

所以,墨滴的形成与表面张力、粘度、墨水分子之间的电压是息息相关的,任何变化都会影响墨滴的形成,导致堵塞喷头,墨水喷不出来。

4、渗透和吸收:σCOSθ(σ为表面张力,θ为接触角)的值越大,墨水干得越快,渗透速度也越快。

我国陶瓷墨水生产企业的现状及与进口墨水品质的对比

我国陶瓷墨水生产企业的现状及与进口墨水品质的对比

我国陶瓷墨水生产企业的现状及与进口墨水品质的对比作者:黄惠宁来源:《佛山陶瓷》2014年第05期摘要:本文简单阐述了陶瓷墨水的生产工艺流程及性能控制、我国陶瓷墨水生产企业基本状况、主要国产墨水性能的简介,以及国产墨水与进口墨水性能的比较。

实践证明,我国陶瓷墨水的生产能力约为1.1~2.2万吨/年,近两年内将达到4万吨/年左右。

产需正趋于平衡,国产陶瓷墨水的市场价值(容量)将达到90~180亿人民币,国产墨水的市场比例将从目前的20%~30%,迅速上升到40%以上,因此,国产墨水大有希望!关键词:陶瓷墨水;工艺;性能;品质;进口墨水;比较1 引言我国陶瓷墨水实验研发始于2000年,但真正企业研发从2008年以后,经过几年时间的技术攻关、建厂、中试及大生产检验等步骤,目前,我国大约有7家企业可规模化生产陶瓷墨水,可供瓷砖企业生产使用的墨水品种有6~8种。

其生产能力约为1000~2000 t/月。

目前,我国陶瓷墨水生产企业大约有16~17家,这些企业大多数集中在广东省,仅佛山市就占了有11家。

此外,山东有2~3家企业;江西有1家企业;福建正在筹建;四川产区和辽宁产区暂无生产企业,正在中试计划有5~6家,已在瓷砖企业生产线成功应用的墨水企业有6~7家。

2 陶瓷墨水生产工艺流程及性能指标2.1 陶瓷墨水生产工艺流程我国陶瓷墨水技术主要采用“球磨分散法”,其生产工艺流程如图1所示(1)陶瓷色料的选料陶瓷色料经加工,细度达到D90=3~6 μm,结晶度较好,陶瓷墨水的发色力取决于所选色料的品质及含量,所以陶瓷色料的品质非常重要。

(2)混料混料是将陶瓷色料、溶剂、分散剂、添加剂等物料按配方比例混合。

(3)过滤过滤是生产的重要环节,一般采用多级过滤工艺,最后一级过滤采用过滤精度达到1~2 μm的微孔膜,确保陶瓷墨水内色料颗粒尺寸在可控范围内。

2.2 陶瓷墨水品质控制陶瓷墨水品质的控制标准如图2所示。

(1)气流分级处理后的色料粒径分布为D90≤5 μm;(2)色料研磨细度控制:普黄D50≤700 nm、桃红D50≤450 nm、其他品种D50≤300 nm;(3)墨水粘度控制:墨水粘度适合于XAAR喷头的粘度为13 mPa·s(45℃)。

我国陶瓷墨水生产企业的现状及与进口墨水品质的对比

我国陶瓷墨水生产企业的现状及与进口墨水品质的对比

图1陶瓷墨水生产的工艺流程示意图(1)陶瓷色料的选料陶瓷色料经加工,细度达到D90=3~6μm,结晶度较好,陶瓷墨水的发色力取决于所选色料的品质及含量,所以陶瓷色料的品质非常重要。

(2)混料混料是将陶瓷色料、溶剂、分散剂、添加剂等物料按进口国产图32013年国内墨水市场分布(1)气流分级处理后的色料粒径分布为D 90≤5μm;(2)色料研磨细度控制:普黄D 50≤700nm、桃红50≤450nm、其他品种D 50≤300nm;(3)墨水粘度控制:墨水粘度适合于XAAR 喷头的粘度为13mPa ·s(45℃)。

适合于Spectrao 喷头的粘度为mPa ·s(45℃);(4)悬浮稳定性控制:2500r/min 分离15min;(5)墨水过滤控制:绝对精度1μm。

陶瓷墨水的主要性能指标如表1所示。

近几年,陶瓷墨水价格变化如表3所示。

由表3可知,2013年个别品种已低于150元/kg,些品种价格仍会较高(如:仿金/仿银等)。

自2009年起图2陶瓷墨水品质控制的标准图5目前国产陶瓷墨水所能发色的颜色目前,这些墨水主要适合于有釉瓷质地砖(1200℃,E<0.5%)、二次烧陶质墙砖(1150~1170℃,E>10%)。

而适用于三度烧的陶瓷墨水已经有8个品种。

但发色正、发色深的红色和黄色尚未进入生产与应用。

例如:设3000台机投入生产(目前按3000条釉线,每条线配一台喷墨印刷机),每台机年消费墨水分别按10T、12T、14T计算。

那么所需要消耗的墨水为:3000×10=3.0万吨;3000×12=3.6万吨;图4墨水的价格随着时间的变化关系图国产墨水一般可以稳定提供4~6个品种的颜色图6影响国产陶瓷墨水应用推广的因素由图6可知,目前影响国产墨水市场占有率的主要因素是质量稳定性与消费心理。

主要国产墨水性能的简介表4迈瑞思研发墨水性能的指标序号项目指标1粘度(mPa·s)15~202流变性弱触变性性能比较如表9所示。

固含量对棕色陶瓷墨水呈色效果和稳定性的影响

固含量对棕色陶瓷墨水呈色效果和稳定性的影响

固含量对棕色陶瓷墨水呈色效果和稳定性的影响引言陶瓷墨水是一种用于陶瓷印刷的特殊墨水,它可以在陶瓷表面上形成图案和文字。

在陶瓷行业中,墨水的颜色和稳定性是至关重要的因素,而墨水的固含量则是影响它们的重要参数之一。

本文将针对固含量对棕色陶瓷墨水呈色效果和稳定性的影响进行探讨和研究。

一、固含量对墨水颜色的影响1.1 固含量的定义固含量指的是墨水中固体颗粒的含量,是一个衡量墨水浓稠度的指标。

固含量高低直接影响着墨水的颜色呈现效果。

1.2 固含量与颜色鲜艳度的关系固含量是影响墨水颜色鲜艳度的重要因素之一。

高固含量的墨水往往具有更饱满的颜色,色彩更加鲜艳,色彩丰富,而低固含量的墨水则呈现出淡薄的颜色效果。

在棕色陶瓷墨水中,固含量的增加能够使墨水颜色更加深邃和饱满。

1.3 固含量与墨水的均匀性固含量的增加对墨水颜色的均匀性也有一定的影响。

适当的固含量可以使墨水在陶瓷表面上呈现出均匀一致的颜色分布,而固含量过高或过低都会导致墨水颜色的不均匀性。

1.4 不同固含量下墨水颜色的对比通过实验可以发现,固含量为20%时,棕色陶瓷墨水呈现出较为浅淡的棕色,而固含量为40%时,墨水的颜色则更为饱满和深邃。

固含量的变化会明显影响棕色陶瓷墨水的呈色效果。

二、固含量对墨水稳定性的影响2.1 固含量与墨水的流动性固含量的增加会导致墨水的浓稠度增加,这对墨水的流动性有一定的影响。

墨水流动性差会导致墨水在印刷过程中无法均匀涂抹,最终影响印刷效果。

2.2 固含量对墨水的附着力的影响墨水的固含量会影响其在陶瓷表面的附着力。

固含量过高会使墨水过于粘稠,与陶瓷表面无法完全结合,容易造成墨水脱落;固含量过低则会导致墨水附着性不足,难以稳定地停留在陶瓷表面上。

2.3 固含量对墨水的耐磨性的影响固含量的增加通常会提高墨水的耐磨性。

在陶瓷产品的使用过程中,墨水会面临不同程度的磨损和摩擦,固含量的增加可以使墨水更加耐磨,保持墨色稳定。

2.4 不同固含量下墨水稳定性的对比通过实验可以发现,固含量为30%时,墨水在陶瓷表面的附着性和稳定性较好,而固含量低于20%或高于40%时,墨水在印刷和使用过程中都会出现一定程度的问题,陶瓷产品的质量和稳定性也会受到影响。

陶瓷墨水的性能参数随温度的变化规律

陶瓷墨水的性能参数随温度的变化规律
c m s 土0 . 0 0 5 g / c m。 。最 后 得 出结 论 , 陶瓷墨水在 3 5 ~4 5℃ 温 度 范 围 内使 用 , 容 重 和表 面 张 力 随 温 度 的 变 化 不 明 显 , 而 粘 度
变化显著 , 在 实 际 生 产 中需 要 高 度 重 视 。 关 键 词 陶瓷 墨 水 粘度 容重 表 面 张 力 温 度 变 化 规 律
15 .3 3 1 4.9 7
1 4.5 8 14 .2 2
11 . 5O 11 . 32
1 ) 选择 国产 棕 色 墨 水 和 进 口棕 色 墨水 各 5 0 0 ml

作 者简 介 : 林海浪 ( 1 9 8 8 一) , 本科 , 工程师 ; 主 要 从 事 数 字 化 陶 瓷 材 料 的研 究 和 品质 控 制 工 作 。
中 图分 类 号 : T Q1 7 3 . 6 文 献标 识 码 : B 文章编号 : 1 0 0 2 —2 8 7 2 ( 2 0 1 5 ) 1 0 —0 0 1 9 —0 4
作 为样 品 。
前 言
陶瓷 墨水 是 由有机 溶剂 、 无机 陶瓷色料 、 分 散剂 以
2 ) 将 数 显恒温 水浴 锅调 到 2 5℃ , 并用 小 隔膜泵 将 热 水连 接到 数显粘 度计 的套 筒 。 3 ) 将 墨水 样 品装入 粘度 计 的测量 杯 , 进行测 量 , 直
滴 墨、 挂 墨 等 问题 。研 究 结 果 表 明 , 墨 水 的粘 度 、 表面张力 、 容重在 3 5  ̄4 5℃呈 现 线 性 的变 化 , 4 5℃ 下 墨 水 粘 度 比 3 5℃要 低 3 c p 士0 . 3 c P ,4 5℃下 墨 水 的表 面 张 力 比 3 5℃要 低 1 d y n / c m 士0 . 2 d y n / c m , 4 5℃ 下 墨 水 的 容 重 比 3 5℃要 低 0 . O 1 g /

陶瓷墨水的主要控制指标以及国内外墨水性能的比较

陶瓷墨水的主要控制指标以及国内外墨水性能的比较

Vol.21No.12(Serial No.184)FOSHAN CERAMICS生产与应用Production&Application1前言陶瓷喷墨装饰技术是在传统的喷墨打印技术上发展起来的一种新型瓷砖图案印刷技术,是数码技术、压电驱动技术和传统陶瓷行业结合的产物。

瓷砖喷墨装饰技术在西班牙和意大利等传统的瓷砖生产已经有近十年的历史,目前已经获得陶瓷行业的广泛认同和接受,正朝着日益普及化的方向发展。

国内瓷砖行业大约在数年前开始引入该项技术,短短几年间得到了快速的发展,大批的设备供应商成长起来,并迅速打开市场。

陶瓷厂商也得以为终端消费者提供更好的瓷砖产品,行业出现了技术升级的新契机。

瓷砖喷墨打印技术有六个要素,一是打印机;二是墨水;三是设计;四是瓷砖;五是釉料;六是人才。

打印设备方面,通过引进、消化、吸收和革新,国内设备已经完全达到理想的使用效果,也得到了用户的接受,与进口设备相比有价廉物美的优势。

图案设计方面,由于有较好的基础,国内也有许多设计公司的图案得到用户的选用,但也有很大的提升空间。

惟独墨水这一要素,是陶瓷喷墨装饰技术完全国产化,从而降低使用成本,使喷墨装饰技术在建筑陶瓷行业得以普及化的关键和难点所在。

后三个要素在国内陶瓷行业有比较好的基础,但需要根据喷墨打印的工艺特点进行调整和提升。

2陶瓷墨水国产化的现状广义上的陶瓷墨水目前有两类,一类是用于特种功能材料块体或薄膜的成形或制备,将超微功能粉体颗粒分散在载液中形成液体分散体系。

此类墨水在国内的许多材料科研机构已经有了较多的研究。

另外一类墨水就是瓷砖装饰呈色用的陶瓷墨水,是陶瓷色剂分散在载液中得到的一种分散体系。

由资料可知,目前国内有博今科技、大鸿制釉、道氏制釉、金鹰色料等企业和部分专业科研机构、高校的科研人员在进行陶瓷墨水的开发。

目前国产墨水仍然处于开发和推广期,国内市场上用的陶瓷墨水,完全来自于国外的几家传统的陶瓷墨水供应商。

国产陶瓷墨水要得到市场的认可接受,除了配套的技术服务、图案设计等重要因素外,墨水性能的良好把陶瓷墨水的主要控制指标以及国内外墨水性能的比较吴桂周(佛山市博今科技材料有限公司,佛山528135)摘要:本文主要介绍了陶瓷墨水国产化的现状,墨水主要控制的项目,国内外陶瓷墨水性能的比较,以及有待解决的问题。

陶瓷墨水的组成、制备及性能研究要点

陶瓷墨水的组成、制备及性能研究要点

1前言陶瓷喷墨打印技术是将超细陶瓷材料粉体制备成墨水,通过计算机控制,利用陶瓷喷墨打印机将墨水直接打印到建筑陶瓷的表面上进行装饰,该技术的采用显著提高了陶瓷的装饰效果(图案更精细、效果更逼真),更重要的是,将大大简化陶瓷的生产装饰工艺,减少生产过程中的污染和原材料消耗,也极大减少了陶瓷生产的能耗[1-3]。

正是由于喷墨打印技术在生产过程中呈现的显著优势,近几年国产陶瓷墨水取得了快速的发展,并且迅速取代了进口墨水,占据了国内主要市场。

但是国产墨水的性能和品质还需进一步提升,包括墨水发色的鲜艳度和稳定性,储存稳定性能和喷墨打印性能等等。

基于目前陶瓷墨水的研发和使用现状,笔者从墨水的配方组成、制备工艺以及性能对陶瓷墨水使用过程的影响等方面做了简单的分析,希望对陶瓷墨水的生产和应用有所帮助。

2陶瓷墨水的组成喷墨打印技术在陶瓷上的应用关键在于陶瓷墨水的制备,陶瓷墨水就是含有某种陶瓷颜料的墨水,陶瓷墨水的组成和性能与打印机的工作原理和墨水用途有关。

陶瓷墨水通常由陶瓷颜料、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其它辅料构成。

陶瓷颜料是墨水的核心物质,要求其颗粒度小于1μm ,颗粒尺寸分布要窄,颗粒之间不能有强团聚,并具有良好的稳定性,受溶剂等其它物质的影响小,通常有如下石教艺,李向钰,张翼(广东道氏技术股份有限公司,恩平529441)并占据了国内主要市场。

在陶瓷墨水快速发展和应用的同时,国产陶瓷墨水的性能和品质还需进一步提升。

本文主要讲述陶瓷墨水的组成、制备及性能研究要点,着重讨论墨水制备工艺的技术要点以及墨水的性能指标对墨水使用时的影响,为陶瓷墨水性能的优化提供参考。

陶瓷墨水;数码打印;墨水佛山市科技创新专项资金的支持(编号:2013AH100031)。

Copyright©博看网 . All Rights Reserved.要求[4]:1)陶瓷颜料在墨水中能保持良好的化学和物理稳定性,不会出现化学反应和颗粒团聚等现象;2)在喷墨打印过程中,陶瓷粉体颗粒在短时间内能以最有效的堆积结构排列,附着牢固,获得较大密度的打印层,煅烧后获得较高的烧结密度;3)打印的墨水在高温烧成后具有良好的呈色性能以及与坯釉的匹配性能。

浅谈陶瓷墨水的关键性能指标

浅谈陶瓷墨水的关键性能指标

进 而降低生产成 本。在对设计 图稿 的表现力上 , 提高墨水 再次 变成均 匀 的分散体 系 , 这是 一个 可恢 复 ( 可逆 ) 的过 固 含 量 的作 用 优 于 对 同 一 位 置 重 复 打 印 、堆 积 墨 水 的作 程。陶瓷墨水在 喷墨打印机及喷 头中是循环流动 的 , 其假 用 , 这 是 由 于 重 复 打 印 容 易 导 致 墨 点 偏 离 目标 位 置 , 降 低
2 . 3 粒度分 布
1 0 0 1 G S 6 / G S 1 2喷头 的墨滴速 度为 6 m / s 、 D i m a t i x F u j i i f l m 由 于 喷 头 孔 径 和 墨 水 通 路 系 统 的 制 约 ,墨 水 中 的 色 S p e c t r a G a l a x y J A 2 5 6 / 8 0 A A A喷头 的 墨滴 速度 为 8 m / s ) 、 剂颗粒必须 足够细小 , 以保 证 喷 墨 过 程 的顺 畅 。陶 瓷 墨 水 喷嘴孔 径小 ( D i ma t i x F u j i i f l m G a l a x y J A 2 5 6 / 8 0 A A A喷 头 中颗粒 的粒度 分布要尽 可能窄 ,以避 免色 剂过 细导致显 的喷嘴孔径为 5 2 1 x m) ,使 得剪切率非 常大 ( 大约 为 1 0 5 ~ 色不 均匀 ( 色 料在坯 体上 的堆 积密 度不 均匀 ) 或减弱 ( 色 1 0 6 s ) , 因此墨水 粘度 要尽 可 能低 ( X a a r 1 0 0 1 G S 1 2喷 头
F = F g — F 广 F f = ÷1 T r 3 ( p — p 0 ) g 一 6 c 0 s 0 1 T n r
( 2 )
定 。从理 论上讲 , 这三个过 程完成 之后 , 色 料 以初 级粒 子
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

浅谈陶瓷墨水的关键性能指标作者:胡俊区卓琨郭武生来源:《佛山陶瓷》 2012年第8期胡俊1,区卓琨1,郭武生2(1.国家陶瓷水暖及卫浴产品质量监督检验中心,佛山528225;2.巴塞罗那自治大学化学系,巴塞罗那08193)摘要:本文介绍了陶瓷墨水的关键性能指标。

通过分析影响各关键性能指标的因素,提出了陶瓷喷墨打印技术的整体解决方案,为陶瓷墨水的研发和使用提供参考。

关键词:陶瓷;喷墨打印;墨水;性能指标;影响因素;解决方案1 前言陶瓷装饰用喷墨打印墨水的国产化是未来发展的趋势。

一方面,陶瓷墨水国产化的关键在于性能的提升,除了分散体系的稳定性、固相含量、粒度分布、粘度、表面张力、pH值、密度等基本性能外,还包括假触变性、烧成后显色、与坯釉的适应性、干燥性和防渗透性、与喷头的兼容性等方面的性能:另一方面,国内陶瓷墨水企业需要针对当前国内外墨水在实际生产中出现的拉线问题、烧成后色彩偏淡和色差、墨滴干燥过慢而引起图案清晰度的降低、墨水与底釉适应性不理想等问题,提供整体解决方案。

本文介绍了陶瓷墨水的关键性能指标,通过分析各关键性能指标及其相关影响因素,提出陶瓷喷墨打印技术的整体解决方案,为陶瓷墨水的研发和使用提供参考。

2 关键性能指标2.1分散的稳定性陶瓷墨水是着色剂分散在载液中得到的一种分散体系,这种体系相对稳定,其中着色剂主要是无机陶瓷色料。

如果放置一段时间不聚集、不沉淀,说明其稳定性较好。

聚集指无机色料之间的相互团聚,与色料颗粒间的分散作用有关。

沉淀是指无机色料颗粒不断聚集,直至下沉到分散体系底部,其影响因素包括:无机色料的密度、粒度分布、分散体系的组成等。

与此同时,分散体系需要选择合适的溶剂、分散剂等有机物,要求墨水能保持良好的化学稳定性,长时间存放也不会出现化学反应变化。

对陶瓷墨水的色料颗粒的沉降情况进行分析,从Stocks的沉降速率公式可确定其相关的影响因素,如式(l)所示。

2.2假触变性和可恢复性陶瓷墨水的假触变性是指由于放置一定时间后陶瓷墨水中的色料发生沉降,当对其进行搅拌时,陶瓷墨水会再次变成均匀的分散体系,这是一个可恢复(可逆)的过程。

陶瓷墨水在喷墨打印机及喷头中是循环流动的,其假触变性显得尤为重要。

这是由于陶瓷墨水主要是由无机色料、有机溶剂、分散剂及添加剂组成。

在静止状态下,色料颗粒之间的静电作用、空间位阻作用、静电位阻作用,使色料颗粒之间相互达到引力和斥力的平衡,形成一个亚稳定的胶体状分散体系。

放置一段时间后陶瓷墨水发生沉降,色料在底部聚集,破坏了均匀分散的结构。

在搅动和摩擦等外部作用力下,色料的团聚体被分散,色料再次被均匀地分散到有机溶剂中。

可恢复性的关键在于色料颗粒间较强的分散排斥作用,可避免色料颗粒直接接触而产生吸附力较强的团聚,即使沉降、轻微团聚,在剪切力作用下会重新被均匀分散。

静电稳定机制为热力学亚稳态,而空间位阻稳定机制为热力学稳定状态。

为了提高陶瓷墨水的可恢复性,可添加高分子聚合物(如树脂)作为分散剂,使之紧密而又牢固地连接,并完全覆盖在色料的表面,其溶剂部分渗透到分散介质中,以形成一定厚度的有效屏障,阻止色料颗粒的进一步聚集。

2.3粒度分布由于喷头孔径和墨水通路系统的制约,墨水中的色剂颗粒必须足够细小,以保证喷墨过程的顺畅。

陶瓷墨水中颗粒的粒度分布要尽可能窄,以避免色剂过细导致显色不均匀(色料在坯体上的堆积密度不均匀)或减弱(色料溶解在釉料中)的现象。

陶瓷墨水中色料颗粒的分散包括润湿、分散及分散稳定三个过程。

将色料润湿,使色料粒子表面上吸附的空气逐渐被分散介质所取代后,还要通过剪切力或冲击力将润湿后的色料粒子聚集体破碎成为更为细小的色料颗粒,被粉碎后细小的粒子通过碰撞可以重新聚集或絮凝,为了阻止这一现象的发生,就要在粒子之间引入足够的斥力,例如颗粒表面包裹一层分散剂,使其达到分散稳定。

从理论上讲,这三个过程完成之后,色料以初级粒子或者小的团聚颗粒的形态分散在介质中,形成稳定的分散体系。

实际上,由于粒子的表面能量高,较易发生粒子的聚集。

2.4固相含量固含量是指陶瓷墨水在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。

主要是不挥发物含量。

固含量越高,单位质量墨水中色料含量越高,能够提高陶瓷喷墨的发色强度和色彩范围,也能够降低单位陶瓷墨水的用量,进而降低生产成本。

在对设计图稿的表现力上,提高墨水固含量的作用优于对同一位置重复打印、堆积墨水的作用,这是由于重复打印容易导致墨点偏离目标位置,降低清晰度。

然而对于喷头企业来说,为了提高喷头的使用寿命,需要降低喷头的磨损程度,由此希望限制陶瓷墨水中的无机色料含量。

2.5粘度适当的粘度可确保墨水在墨路内循环流动顺畅,有利于墨水喷出和墨滴的均匀形成。

粘度太小,则墨水内摩擦力小,液滴呈弯月形而产生阻尼振荡,影响喷射速度:粘度过大,墨水流动性差,且不易形成小液滴。

此外,墨水的喷射对其粘度变化也十分敏感,微小的剪切稠化现象都会因粘度的急剧升高而使打印无法进行。

另外,墨水的粘度会随着墨水温度的上升而下降,因此需要在不同温度下检测陶瓷墨水的粘度,才能够客观地评价陶瓷墨水粘度的变化情况。

相关研究表明,为了使喷嘴快速完成墨滴的喷射和陶瓷墨水的填充,陶瓷墨水的流速必须非常快。

点火频率高(Dimatix Fujifilm StarFireTMSG-1024/M -C喷头的点火频率为14~35kHz、Xaar 1001GS12喷头的点火频率为6~12kHz)、流动速度快(Xaar1001 GS6/GS12喷头的墨滴速度为6m/s、Dimatix FujifilmSpectra Galaxy JA 256/80 AAA喷头的墨滴速度为8m/s)、喷嘴孔径小(Dimatix Fujifilm Galaxy JA 256/80 AAA喷头的喷嘴孔径为52ht,m),使得剪切率非常大(大约为105~106s-l),因此墨水粘度要尽可能低(Xaar 1001 GS12喷头能适用陶瓷墨水的粘度范围为7~50mPa -s;Dimatix Fuji-film StarFireTM SG-1024/M-C喷头能适用陶瓷墨水的粘度范围为8~20mPa -s,推荐范围为10~14mPa -s)。

降低粘度的方式有:降低墨水的固含量、选择合适的分散剂、提高温度,在墨水的研制过程中主要考虑后面两种方式。

陶瓷墨水由于含有无机色料颗粒,其粘度通常高于普通墨水的粘度。

基于可溶性盐的陶瓷墨水,其张力通常在l~lOmPa -s之间;基于微粉化无机色料的墨水,其粘度可低于35mPa.s。

降低墨水的固含量,会降低装饰图案的层次感。

乙二醇常被用作陶瓷墨水的分散介质,其粘度大约为24mPa.s(25℃),降低粘度的作用较弱。

此时可通过添加防止颗粒团聚的分散剂和低表面张力的溶剂代替乙二醇来降低粘度。

由于乙二醇不是简单的分散介质,可能在其他环节起到关键作用,很难完全被替代。

通过喷头加热墨水可在不改变固含量的情况下降低粘度。

粘度的变化情况可以参考Arrhenius方程,如式(3)所示。

2.6表面张力适当的表面张力可以保证墨滴的均匀形成,以及不粘喷头,有助于喷墨的长期稳定。

墨水的表面张力过大,容易出现墨滴拖尾的现象(如图1);表面张力过小,墨滴容易扩散、易产生卫星状墨滴(如图2),会使图案的清晰度和层次感降低。

与此同时,墨水的表面张力会随着墨水温度的上升而下降。

因此需要在不同温度下检测陶瓷墨水的表面张力,才能够客观地评价陶瓷墨水表面张力的变化情况。

表面张力也会影响色料在分散介质中的润湿。

色料在分散前呈团聚体状,被空气包围。

润湿的过程需要溶剂把色料表面的空气排出,可通过润湿过程的吉布斯函数式(4)和杨氏方程式(5)来进行分析。

2.7烧成后的呈色影响陶瓷喷墨发色的主要因素有:色料的种类、结晶度、纯度、在墨水中的粒度分布及含量;坯、釉的成份;温度、气氛制度等等。

例如所选用的色料必须确保在超细颗粒的状态下才具有良好的发色能力,要求选用的色料在制备过程中反应完全,呈色晶体发育良好、高温稳定性好、耐釉料侵蚀。

2.8与坯釉的适应性在其他因素相同的情况下,坯、釉的成份不同,喷墨打印出来的效果可能差别很大。

相关研究表明,釉料组成中的多种金属氧化物,如氧化锂、氧化硼、氧化锌、氧化镁和氧化锑会影响墨水的发色,应该避免和减少使用。

氧化钾对陶瓷墨水发色的不利影响超过氧化钠。

氧化钙和氧化钡不会严重影响陶瓷墨水的发色,可被用来替代氧化锂和氧化硼等物质。

氧化锡会促进红色的发色,使得产品泛红色。

氧化钛能促进红色和黄色的发色,使产品泛黄色,还会减弱黑色的发色。

2.9干燥性和防渗透性如果陶瓷墨水的干燥性不好,各种颜色容易相互渗透,造成图案模糊。

陶瓷墨水在坯体表面的干燥方式有两种,一是墨滴在空气中挥发;二是墨滴在坯体上渗透。

干燥的空气和较高的温度会促进墨水的挥发,气孔率高的素坯会促进陶瓷墨水的渗透。

可在陶瓷墨水中加入一定量的醇类溶剂,以提高挥发性。

也可以加入少量的渗透剂(如加多元醇烷基醚等有机物),降低陶瓷墨水的表面张力,以符合喷墨打印的要求。

为了防止陶瓷墨水在室温下挥发过快,而引起喷射的中断和喷嘴堵塞,在制备过程中需要加入一些沸点高、不易挥发的保湿剂。

Colorobbia公司声称,其陶瓷墨水中添加了DEG(_甘醇,其沸点为2450C)以避免陶瓷墨水的挥发。

为了防止墨水与坯体上残留的水分发生扩散,避免大量水蒸气的生成,目前陶瓷墨水主要是采用油性(有机物)的分散体系,其中DimatixFujifilm StarFireTM SG-1024/M-C喷头要求使用Oil Based Ceramic Inks(油基陶瓷墨水)。

2.10其它性能指标陶瓷墨水与喷头的兼容性(是否会严重磨损喷头、是否会堵塞喷头、在喷头底板上是否会因为过度扩展而影响其他喷孔的喷射、是否能够在合适的电压脉冲波形方程下流畅地运行、喷射速度及墨滴体积是否合理、墨滴落点是否准确等),与陶瓷喷墨打印机的相容性(是否会腐蚀、溶解墨路系统等)以及其他性能指标(导电率、pH等)也需要在一定程度上满足陶瓷喷墨打印的要求。

3 结论对陶瓷墨水关键性能指标的深入研究,不但有助于陶瓷墨水的研发和改进,而且能够为解决陶瓷生产中遇到的问题提供参考。

陶瓷墨水的国产化不但需要墨水企业制备分散体系稳定、发色效果好的陶瓷墨水,而且需要根据陶瓷墨水的使用情况来调整喷头(电压脉冲波形方程、恒温控制系统、负压情况等)、调整坯釉料的配方(尤其是底釉)、调整窑炉(窑炉的温度制度、气氛、砖的移动速度)以解决陶瓷喷墨打印使用过程中出现的问题,即提供陶瓷喷墨打印技术的整体解决方案。

相关文档
最新文档