CN103879163A - 一种纺织激光印花方法及印花装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纺织激光印花方法及其印花装置,本发明的印花方法，是将各颜色对应的染料色浆或者涂料色浆分别涂布在旋转辊筒上形成色浆涂层，经激光扫描后在辊筒上形成分色图案，再分别转印至纺织物上形成彩色印花图案，经后处理后即成印花产品。本发明的印花装置主要由机架、导带、支撑辊、调节辊、多个旋转辊筒单元和热压辊筒组成；在本发明的印花装置上可以完美地实施本发明的印花方法；本发明技术合理、工序简短、生产成本低、节能环保、兼容了传统印花和数码喷墨印花两大主流印花方法的优点；纺织激光印花产品，其层次过渡更加自然，设计师的图案设计意图实现更为完美，印花效果逼真接近照片。

Description

一种纺织激光印花方法及印花装置
技术领域
本发明涉及一种纺织印花方法及其印花装置，尤其涉及一种利用激光的光热效应或者光离化效应，完成纺织印花过程的方法及其印花装置。
背景技术
众所周知，现有纺织印花方法主要分为两大类：传统印花和数码喷墨印花。传统印花方法通常包括以下工序：分色、制版、配色、调浆、印花、蒸化、水洗、烘干、后整理等。传统印花方法工序繁复、生产周期长、生产过程耗水耗能多、产生废水等污染物多，但印花速度快，批量较大时其生产成本较低。
数码喷墨印花方法通常包括以下工序：上浆、喷墨打印、蒸化、水洗、烘干、后整理等。与传统印花方法相比，数码喷墨印花方法工序简单、生产周期短、生产方式灵活，适合于批量较小花型图案多变的印花生产。但喷墨印花方法只能使用价格昂贵的特制墨水，不但耗材成本高，而且墨水质量低劣的话，极易堵塞喷墨打印头，造成打印头报废及印花次品。不仅如此，喷墨印花方法印花速度慢，因为其打印头往复机械运动速度和喷墨速度在高速时由于惯性的存在很难两者兼顾，且日益接近极限。为提高印花速度，现有的喷墨印花机不得不将几个甚至几十个价格昂贵的喷墨打印头并联使用，这不仅提高了生产设备成本，因喷墨打印头使用寿命有限也造成了日后设备维修保养费用的居高不下。此外，数码喷墨印花方法和传统印花方法一样，印花后织物需要经过蒸化、水洗和烘干等后处理工艺过程，需要耗用大量蒸汽、水和电能，同时亦会产生大量废水污染环境。
以上两大类纺织印花方法，各有利弊。除此之外，纺织行业还应用其他印花方法用于日常生产，如转移印花等等，但以上两大类印花方法始终占据着纺织印花的主导地位。多年来，为克服现有纺织印花技术的不足，前人还进行过多种努力，尝试研发其他纺织印花方法。其中最具代表性和工业开发前景的印花方法首推静电印花方法。例如，美国乔治亚理工学院[GIT] W. W. Carr等研究人员在20世纪90年代开始即持续多年研究用静电复印原理进行纺织物印花的方法（W.W.Carr,D.S.Sarma,Lejun Wang,Songhua Shi,F.L.Cook,and P.H.Pfromm. XerographicPrinting on Textiles[P]. Industry Applications Conference, 1996. Thirty-First IAS Annual Meeting, IAS '96., Conference Record of the 1996 IEEE , Vol.4 , pp1963 - 1973）。他们使用商业复印机和激光打印机作为印花试验设备，可用于各种纤维织物或混纺织物的印花，但此印花方法的实用性有待考证，其印花织物的色牢度和手感亦有较大问题（W.W.Carr,D.S.Sarma,L.Cook,S.Shi,L.Wang,P.H.Pfromm.Xerographic Printing of Textiles:Polymeric Toners and Their Performance[J].Journal of Applied Polymer Science,2000,78[13]:2425-2434）。2004年，据报道，日本京都市产业技术研究所纺织技术中心联合京都工艺纤维大学、理光公司(提供复印技术支持)、恒河沙(提供图像处理技术支持)、东伸工业(驰名纺织印花机生产商)和长濑有色化学公司(提供色料技术支持)共同开发数码静电印花机，推出了运用静电印刷原理，利用复印机的静电照相技术，能直接在织物上进行印花的静电印花样机（日本成功研制数码静电照相印花机[J].印染,2004,30[21]:54）。他们试制的样机为3色，印花速度为5-10米/分。静电印花过程大致为：墨粉先从墨盒中受磁力吸引被吸附到硒鼓边上的磁辊上，再被带静电潜影的硒鼓表面吸附，然后转移到织物上形成印花图案，最后经加热等方法固着在纤维上完成印花过程。从静电印花方法的技术原理来看，这种印花方法主要是将成熟的纸张静电复印方法引入到纺织印花。静电印花方法至今未见后续产业化，这可能与其印花过程繁复、工艺要求高、印花机结构复杂、实用性差有关。
2007年，浙江理工大学[ZUST]沈一峰等研究人员曾尝试利用激光在纺织面料上进行印花的研究（沈一峰,章世君,傅泽华,杨芳,李叶峰.一种纺织面料的激光印花方法[P].中国专利CN101082177A）。他们先利用激光对化纤面料进行辐射处理，然后再通过常规的染色过程在面料表面形成所需要的单色图案。究其技术原理，应该是预先利用激光对化纤面料进行辐射扫描，造成面料纤维表面形态和结构的某种改变或称局部改性，导致这些部位对光线的反射性和染料吸附性能的某种程度的改变，从而在染色时形成深浅不一的单色图案。
发明内容
本发明的目的在于克服各种纺织印花方法的不足，提供一种纺织激光印花方法及其印花装置，本发明技术合理、工序简短、生产成本低、节能环保、兼容了传统印花和数码喷墨印花两大主流印花方法的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种纺织激光印花方法，包括以下步骤：
（1）将与三分色或四分色或更多色对应的染料色浆或者涂料色浆分别涂布在旋转辊筒上形成色浆涂层。
（2）按照对应的分色图案，各辊筒边旋转边接受激光束扫射，辊筒色浆涂层中受到激光扫射的染料或者涂料随之气化离去，未受到激光扫射被保留的染料或者涂料随即形成需要的分色图案。
（3）形成分色图案的辊筒边同步旋转，边将分色图案转印至纺织物上。三色、四色或更多色叠印后即在织物上形成所需要的彩色印花图案。
（4）印有彩色印花图案的织物经过印花后处理工艺过程后，即获得所需要的印花产品。
一种纺织激光印花装置，包括：机架、导带、支撑辊、调节辊、多个旋转辊筒单元和热压辊筒；其中，所述支撑辊、调节辊、多个旋转辊筒单元和热压辊筒均安装在机架上，导带由支撑辊支撑并由调节辊调节张力；多个旋转辊筒单元依次布置在导带上并与导带接触，每个旋转辊筒单元包括旋转辊筒、辊筒涂布装置和辊筒激光装置，所述辊筒涂布装置和辊筒激光装置布置在旋转辊筒的周围；热压辊筒安装在最后一个旋转辊筒单元的后部。
进一步地，所述旋转辊筒单元还可以包括辊筒清洁装置，所述辊筒清洁装置置于辊筒激光装置之后。
进一步地，所述旋转辊筒单元还可以包括第一辊筒烘干装置，所述第一辊筒烘干装置置于辊筒清洁装置之后。
进一步地，所述旋转辊筒单元还可以包括第二辊筒烘干装置，所述第二辊筒烘干装置置于辊筒涂布装置与辊筒激光装置之间。
进一步地，所述辊筒激光装置由一个激光器和一个激光扫描装置组成；该激光器是一种高平均功率的高重复频率脉冲激光器，主要为皮秒和纳秒脉冲激光器，其平均功率大于10W，脉宽一般小于500ns，激光脉冲的重复频率大于1kHz；选自脉冲工作的二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、掺钕钒酸钇激光器，镱掺杂的光纤激光器、铒镱共掺光纤激光器、铥掺杂的光纤激光器、固体-光纤复合型激光器以及由上述激光器的基频波长倍频后所获得的激光器；激光器发出的激光束入射到激光扫描装置，并由激光扫描装置聚焦到对应位置的染料或涂料涂层上。
本发明的有益效果是，
1、本发明采用的激光印花方法提供了一种全新的纺织印花技术。与现有的传统印花方法相比，纺织激光印花方法利用计算机图像处理技术和数字激光技术，在应用染料色浆时，虽然其印花后处理工艺过程和传统印花方法一样，但将分色、制版、配色、调浆和印花等传统印花必须的耗时耗力耗水耗能的繁复工艺过程缩减至只有印花图案计算机分色处理和数字激光印花二步工艺过程。在应用涂料色浆时，更进一步将印花之后的蒸化、水洗和烘干等工艺过程缩减至只有焙烘或热压一步工艺过程。这不但可节约大量的人力物力水电能源消耗，污染物排放大量减少甚至在应用涂料色浆时减至基本为零，且工艺简捷，其印花工艺特点不但能快速响应多花色小批量订单，同时亦能满足大批量印花生产的要求。
2、与现有的数码喷墨印花方法相比，纺织激光印花方法利用激光扫描直接实施印花过程，没有喷墨印花过程那样的打印头往复机械运动速度和喷墨速度在高速时很难兼顾的局限性，其印花速度可真正提高至接近传统印花速度。其次，激光印花方法无需使用价格昂贵的特制墨水作为其印花耗材，因此激光印花生产成本大大低于喷墨印花方法。再次，激光印花过程的印花坯布可直接粘贴到印花导带上进行激光印花生产，无需喷墨印花坯布的预先上浆工艺过程，整个印花工艺过程更为简短，也节约了上浆工艺过程的助剂和能源消耗。本发明的激光印花方法在应用染料色浆时，其印花后处理工艺过程虽然和数码喷墨印花方法一样，但在应用涂料色浆时则可省去数码喷墨印花方法所必需的蒸化、水洗和烘干等印花后处理工艺过程，这不但可节约大量的人力物力水电能源消耗，而且整个印花过程基本实现零污染物排放。
3、传统印花方法和数码喷墨印花方法只能使用增加印花套数或者另增浅色墨水这样的方法，以实现八分色等层次过渡更为自然的印花工艺要求，而激光印花方法通过激光参数调控即可以四分色印花过程获得八分色、十二分色甚至更多分色的印花工艺效果。因此，纺织物激光印花产品，其层次过渡更加自然，设计师的图案设计意图实现更为完美，印花效果逼真接近照片。
附图说明
图1为四分色纺织涂料激光印花装置主视结构示意图；
图中：黄色辊筒1、红色辊筒2、青色辊筒3、黑色辊筒4、黄色辊筒涂布装置1-1、红色辊筒涂布装置2-1、青色辊筒涂布装置3-1、黑色辊筒涂布装置4-1、第二黄色辊筒烘干装置1-2、第二红色辊筒烘干装置2-2、第二青色辊筒烘干装置3-2、第二黑色辊筒烘干装置4-2、黄色辊筒激光装置1-3、红色辊筒激光装置2-3、青色辊筒激光装置3-3、黑色辊筒激光装置4-3、黄色辊筒清洁装置1-4、红色辊筒清洁装置2-4、青色辊筒清洁装置3-4、黑色辊筒清洁装置4-4、第一黄色辊筒烘干装置1-5、第一红色辊筒烘干装置2-5、第一青色辊筒烘干装置3-5、第一黑色辊筒烘干装置4-5、热压辊筒5、印花进布6、印花导带7、印花导带张力调节辊8、印花出布9。
具体实施方式
众所周知，当某种物质受到激光照射时，激光的光子能量与该种物质的晶格相互作用，振动加剧，温度升高，到一定程度该种物质的物理及化学性质都会发生相应的变化，这就是激光的光热效应。当激光脉冲很短，脉冲峰值功率很高时，激光照射到的物质将直接气化，这就是激光的光离化效应。
本发明的印花方法的技术原理就是利用激光的光热效应或者光离化效应，将高功率的激光束经过光学系统直接作用于染料或者涂料。在激光照射下，这些染料或者涂料会部分或全部气化，从而在原位置留下无染料或者涂料的空白区域；而未受到激光照射的染料或者涂料仍然保留在特定位置，从而形成印花图案。在经过必要的印花后处理工艺过程后，所形成的印花图案固着在纺织物上，可以获得我们所需要的纺织印花产品。
本发明的印花方法和传统印花或数码喷墨印花方法或其他印花方法一样，在印花前需要先将印花图案进行分色处理，按照CMY三分色或者CMYK四分色模式进行计算机分色处理，如有需要的话，也可分出其他专色。本发明的印花工艺过程为：
1、将与三分色或四分色或更多色对应的染料色浆或者涂料色浆分别涂布在对应的旋转辊筒上形成色浆涂层。
2、按照对应的分色图案，各旋转辊筒边旋转边接受激光束扫射，旋转辊筒上色浆涂层中受到激光扫射的染料或者涂料随之气化离去，未受到激光扫射被保留的染料或者涂料随即形成需要的分色图案。
3、形成分色图案的旋转辊筒边同步旋转，边将分色图案转印至纺织物上。三色、四色或更多色叠印后即在织物上形成所需要的彩色印花图案。
4、印有彩色印花图案的织物经过印花后处理工艺过程后，即获得所需要的印花产品。
本发明的印花方法所应用的纺织物为纺织印染行业通用的印花坯布，如天然纤维和化学纤维织物等，包括棉、麻、羊毛、兔毛、丝绸、粘胶、天丝、莫代尔、醋酸酯、硝酸酯、铜氨、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等各类纤维的梭织和针织织物，还包括这些纤维的无纺布。
本发明的印花方法所应用的转印方式，包括湿转印、热转印和热升华转印。具体而言，湿转印方式即染料或者涂料色浆处于湿润状态被转印至纺织物上。热转印方式即染料或者涂料色浆通过热压方式被转印至纺织物上。热升华转印方式即色浆中的染料或者涂料通过热升华方式被转印至纺织物上。
本发明的印花方法所应用的印花后处理工艺过程，在应用染料色浆时，是指纺织印染行业通用的工艺过程，包括蒸化、水洗和烘干等。在应用涂料色浆时，是指焙烘或者热压工艺过程，即印花织物经过一定温度的热空气或者利用热压辊筒，在一定温度和压力作用下，将转印后的印花图案固着于纺织物表面和内部的工艺过程。
本发明的印花装置包括以下主要结构：机架、导带、支撑辊、调节辊、多个旋转辊筒单元、热压辊筒。支撑辊、调节辊、多个旋转辊筒单元和热压辊筒均安装在机架上，导带由支撑辊支撑并由调节辊调节张力；多个旋转辊筒单元依次布置在导带上并与导带接触，每个旋转辊筒单元包括旋转辊筒、辊筒涂布装置和辊筒激光装置，所述辊筒涂布装置和辊筒激光装置布置在旋转辊筒的周围；热压辊筒安装在最后一个旋转辊筒单元的后部。
旋转辊筒单元还可以包括辊筒清洁装置，辊筒清洁装置置于辊筒激光装置之后。
旋转辊筒单元还可以包括第一辊筒烘干装置，所述第一辊筒烘干装置置于辊筒清洁装置之后。
旋转辊筒单元还可以包括第二辊筒烘干装置，所述第二辊筒烘干装置置于辊筒涂布装置与辊筒激光装置之间。
本发明的印花装置所应用的旋转辊筒，其内部材质为金属，其表面材质可同样为金属材质，或包覆天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、聚氨酯、硅橡胶、聚四氟乙烯材料和陶瓷橡胶等等。辊筒内部可配置蒸汽或电加热装置，以实现印花工艺要求的加热过程。
本发明的印花装置所应用的辊筒涂布装置，包括，但不限于，刮刀涂布装置，辊筒涂布装置，圆网涂布装置和喷雾涂布装置。
本发明的印花装置所应用的辊筒激光装置由一个激光器和一个激光扫描装置组成。该激光器是一种高平均功率的高重复频率脉冲激光器，主要为皮秒和纳秒脉冲激光器，其平均功率大于10W，脉宽一般小于500ns，激光脉冲的重复频率大于1kHz。包括，但不限于，脉冲工作的二氧化碳激光器，掺钕钇铝石榴石（Nd：YAG）激光器，掺钕钒酸钇（Nd：YVO4）激光器，镱（Yb）掺杂的光纤激光器、铒镱（Er、Yb）共掺光纤激光器、铥（Tm）掺杂的光纤激光器、固体-光纤复合型激光器以及由上述激光器的基频波长倍频后所获得的激光器。激光器发出的激光束入射到激光扫描装置，并由激光扫描装置聚焦到对应位置的涂布染料或涂料上。
本发明的印花装置所应用的辊筒烘干装置包括但不限于：红外烘干装置，电热烘干装置和蒸汽烘干装置。
本发明的印花装置所应用的辊筒清洁装置包括但不限于：刮刀清洁装置，水洗清洁装置和海绵吸附清洁装置。
本发明的工作过程如下：将待印花的纺织物粘贴于导带上；将与三分色或四分色或更多色对应的染料色浆或者涂料色浆分别涂布在对应的旋转辊筒上形成色浆涂层。对于安装有第二辊筒烘干装置的系统，色浆涂层由第二辊筒烘干装置加热烘干。按照对应的分色图案，各旋转辊筒边旋转边接受激光束扫射，旋转辊筒上色浆涂层中受到激光扫射的染料或者涂料随之气化离去，未受到激光扫射被保留的染料或者涂料随即形成需要的分色图案。形成分色图案的旋转辊筒边同步旋转，边将分色图案转印至纺织物上。三色、四色或更多色叠印后即在织物上形成所需要的彩色印花图案。印有彩色印花图案的织物经过印花后处理工艺过程后，即获得所需要的印花产品。对于安装有辊筒清洁装置的系统，辊筒表面由辊筒清洁装置清洁。对于安装有第一辊筒烘干装置的系统，清洁后的旋转辊筒由第一辊筒烘干装置加热烘干。 
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明。以下实施例是对本发明多种实施方法中某几种方法的具体解释，而本发明并不局限于以下实施例。
 实施例1：参照附图1。先将彩色印花图案按照CMYK四分色模式进行分色处理，获得CMYK四通道分色图（包括青色[Cyan]、红色[Magenta]、黄色[Yellow]和黑色[Black]），并将此四分色图像信号传输给激光印花装置。四分色纺织激光印花装置采用青色、红色、黄色和黑色涂料色浆作为其印花色料，从左至右依次，也可视工艺便利按其他任意顺序，通过黄色辊筒单元、红色辊筒单元、青色辊筒单元和黑色辊筒单元，以黄色辊筒单元旋转一周为例说明印花过程，黄色辊筒1上方的黄色辊筒涂布装置1-1将黄色涂料色浆涂布于黄色辊筒1上形成色浆涂层。黄色辊筒1按逆时针方向旋转，第二黄色辊筒烘干装置1-2烘干黄色辊筒1上的色浆涂层。烘干后的色浆涂层受到黄色辊筒激光装置1-3按照计算机调控的、与各反转分色图对应的激光束扫描；辊筒色浆涂层中受到激光扫射的涂料随之气化离去，未受到激光扫射被保留的涂料随即形成需要的分色正图。完成激光扫描的黄色辊筒1旋转至底部与粘贴在印花导带7上同步平移行进的印花坯布接触时，将黄色辊筒1上激光扫描后形成的分色正图转印至坯布上，转印完成后，黄色辊筒1继续旋转，由黄色辊筒清洁装置1-4清洁后再由第一黄色辊筒烘干装置1-5烘干，完成整个激光印花过程，并继续下一个激光印花生产过程。
印花进布6依次经过黄色辊筒单元、红色辊筒单元、青色辊筒单元和黑色辊筒单元后在布面上形成彩色印花图案，印花织物随后经过热压辊筒5，在一定温度和压力作用下，涂料固着于纺织物表面和内部，即成印花成品。

Claims (6)

1.一种纺织激光印花方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将与三分色或四分色或更多色对应的染料色浆或者涂料色浆分别涂布在旋转辊筒上形成色浆涂层；
（2）按照对应的分色图案，各辊筒边旋转边接受激光束扫射，辊筒色浆涂层中受到激光扫射的染料或者涂料随之气化离去，未受到激光扫射被保留的染料或者涂料随即形成需要的分色图案；
（3）形成分色图案的辊筒边同步旋转，边将分色图案转印至纺织物上；三色、四色或更多色叠印后即在织物上形成所需要的彩色印花图案；
（4）印有彩色印花图案的织物经过印花后处理工艺过程后，即获得所需要的印花产品。
2.一种纺织激光印花装置，其特征在于，包括：机架、导带、支撑辊、调节辊、多个旋转辊筒单元和热压辊筒等；其中，所述支撑辊、调节辊、多个旋转辊筒单元和热压辊筒均安装在机架上，导带由支撑辊支撑并由调节辊调节张力；多个旋转辊筒单元依次布置在导带上并与导带接触，每个旋转辊筒单元包括旋转辊筒、辊筒涂布装置和辊筒激光装置，所述辊筒涂布装置和辊筒激光装置布置在旋转辊筒的周围；热压辊筒安装在最后一个旋转辊筒单元的后部。
3.根据权利要求2所述纺织激光印花装置，其特征在于，所述旋转辊筒单元还可以包括辊筒清洁装置，所述辊筒清洁装置置于辊筒激光装置之后。
4.根据权利要求3所述纺织激光印花装置，其特征在于，所述旋转辊筒单元还可以包括第一辊筒烘干装置，所述第一辊筒烘干装置置于辊筒清洁装置之后。
5.根据权利要求4所述纺织激光印花装置，其特征在于，所述旋转辊筒单元还可以包括第二辊筒烘干装置，所述第二辊筒烘干装置置于辊筒涂布装置与辊筒激光装置之间。
6.根据权利要求2所述纺织激光印花装置，其特征在于，所述辊筒激光装置由一个激光器和一个激光扫描装置组成；该激光器是一种高平均功率的高重复频率脉冲激光器，主要为皮秒和纳秒脉冲激光器，其平均功率大于10W，脉宽一般小于500ns，激光脉冲的重复频率大于1kHz；选自脉冲工作的二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、掺钕钒酸钇激光器，镱掺杂的光纤激光器、铒镱共掺光纤激光器、铥掺杂的光纤激光器、固体-光纤复合型激光器以及由上述激光器的基频波长倍频后所获得的激光器；激光器发出的激光束入射到激光扫描装置，并由激光扫描装置聚焦到对应位置的染料或涂料涂层上。
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