CN113262969A - 高精度3d柔软涂层及其激光雕刻工艺和纺织面料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于3D柔软涂层技术领域，更具体地涉及一种高精度3D柔软涂层及其激光雕刻工艺和含有高精度3D柔软涂层的纺织面料。本发明的目的在于提供一种生产含有高精度、多彩、多层次的3D柔软涂层及其纺织面料的方法。结合高精度激光雕刻技术和环保水性涂料的特点，形成精度超高的涂层，精度高达0.01mm，涂层的线条纹路、色彩层次丰富，变化衔接自然，效果媲美手工精细雕刻，甚至可以达到雕刻艺术品的高度。本发明采用了特殊的涂层配方，不需要在纺织面料上预刷底胶，直接将本发明中的水性树脂涂料采用丝印等工艺设置在传统纺织面料上，待其固化形成涂层后与纺织面料呈现出优异的粘结力和柔软特性，大大扩展了该高精度3D柔软涂层及其纺织面料的应用。

Description

高精度3D柔软涂层及其激光雕刻工艺和纺织面料
技术领域
本发明属于3D柔软涂层技术领域，更具体地涉及一种高精度3D柔软涂层及其激光雕刻工艺和含有高精度3D柔软涂层的纺织面料。
背景技术
激光切割/雕刻是一种充分利用高能密度激光束热效应对材料进行快速切割的先进制造技术。激光束沿着特定的轮廓线移动，被激光束照射的区域材料由于局部温度快速升高而熔化或者气化。激光切割技术目前己经发展成为融合计算机技术、数控技术、检测技术和材料加工技术等交叉学科为一体的复合型高新技术，具有材料适应性强、非接触式加工、高效自动化高品质等技术优势，突破了许多传统制造方法无法实现的技术瓶颈，在航空航天、船舶、钢铁、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用，其市场前景极其广阔。
在未来几年，激光切割在精密加工和微加工中的应用也将获得实质性的增长。中国发明专利CN109160826B中公开了一种加热/导电陶瓷的制备方法，该方法在未上釉薄板陶瓷表面喷涂一层高分子聚合物涂层，应用激光切割技术进行掩膜图案化。中国发明专利公告号CN107586489B公开了一种人防门涂层的涂覆方法，该方法用激光切割打磨门表面后，在门两面纤维布上喷涂一层有机涂层和搪瓷釉涂层。虽然激光切割技术与涂层的结合应用并不鲜见，然而多数都是在单一涂层上进行简单的激光平面切割，将图层进行区域分割，呈现的效果较为简单粗糙。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下问题：
带有特定图案效果涂层的纺织面料大多是在制作好特定图案效果的涂层后采用粘结剂粘结或缝制等方法将涂层固定到纺织面料上，这种制备方法不仅使得纺织面料质感僵硬，并且特定图案效果涂层的图案也受制于制作工艺显得简单粗糙，此外，粘结剂的使用也不利于面料环保和安全性的需求。
对于柔性涂层有更多应用需求的纺织领域对于涂层能够呈现的3D图案或花纹的精度提出了更高的要求，以提升含有柔性涂层纺织品的档次。然而，目前市面上并未发现将激光切割/雕刻技术与纺织面料很好结合生产出含有精度高、立体感强、图案和色彩丰富、柔性好的涂层的纺织品。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，通过激光雕刻切割技术对含有涂层的纺织面料上的涂层进行切割雕刻，实现层次丰富的立体花纹，满足涂层高精度的要求，减少或避免纺织面料上粘接剂的使用，并且技术人员无需直接接触工件。
为了解决上述问题，发明人提供了一种高精度3D柔软涂层及其激光雕刻工艺和纺织面料。所述高精度3D柔软涂层的精度可高达0.01mm，在纺织面料上的厚度可达1-5mm。本发明提供的高精度3D柔软涂层的纺织面料可根据预设的图案和色彩效果呈现堪比手工精雕细琢的柔软涂层，本发明中的激光雕刻工艺由电脑控制，可实现规模化生产。
为达到上述目的，在本发明的第一方面，发明人提供了一种高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺，包括以下步骤：
使水性树脂涂料在纺织面料上形成1层以上的待雕刻涂层；
将预设效果的设计文件输入高精度激光雕刻切割机；
设定所述高精度激光雕刻切割机操作参数；
将含有所述待雕刻涂层的纺织面料放置于所述高精度激光雕刻切割机的切割平台上进行高精度激光雕刻，得到所述高精度3D柔软涂层。
在本发明中，待雕刻涂层是预先通过丝网印刷或喷涂等工艺形成于纺织面料上的。涉及到的纺织面料可以是但不局限于常见的涤纶、锦纶、腈纶、氨纶、棉、CDP或混纺等材质形成的针织物，设置待雕刻涂层的纺织面料表面区域可以是但不局限于平纹或罗纹面料，但最好不含网孔结构，可以避免涂层在形成过程中渗入纺织面料纱线中。涂层逐层形成于所述纺织面料上，特别地，可以根据预设高精度3D柔软涂层的图案和色彩结合3D打印的工作原理设置涂层的层数以及各层的厚度和颜色。因此，待雕刻涂层的层数越多，可得到的所述高精度3D柔软涂层的图案和色彩就越丰富。
优选地，所述待雕刻涂层的层数为2层以上。
更加优选地，所述待雕刻涂层的层数为2-4层。
本发明中在待雕刻涂层在固化之后进行高精度激光雕刻，为了更好地呈现图案线条和色彩的层次感，应使待雕刻涂层的厚度落在激光雕刻切割机的定位精度范围，但又不至于太厚以至于需要过多能耗才能达到相同的效果。并且各层待雕刻涂层过厚的话叠加产生的厚度将使最终形成的高精度3D柔软涂层的柔软度下降，限制其应用。优选地，所述待雕刻涂层的厚度为0.25-1.25mm。
根据本发明，所述待雕刻涂层面向所述高精度激光雕刻切割机的激光探针。
根据本发明优选的实施方式，将所述待雕刻涂层固化12-48h后进行高精度激光雕刻。固化时间与设置在纺织面料上的待雕刻涂层组成、层数和厚度有关，同样组成成分的涂层，厚度越小层数越少，所需的固化时间越短，反之则所需固化时间越长。
根据本发明，以质量百分比计，所述水性树脂涂料中包含：
水性高固含脂肪族聚氨酯分散体0-30％；
脂肪族异氰酸酯固化剂0.2-7％；
颜料0-40％；
染料0-10％；
防沉降剂0.1-2.0％；
pH调节剂0-1.5％；
粘度调节剂1.0-5.0％；
消泡剂0.05-0.3％；
去离子水0.5-15％；及
其它辅料0-15。
本发明所述水性高固含脂肪族聚氨酯分散体采用来自上海斯沃化学有限公司的产品，该环保水性涂料可完全免除对涂料污染和安全性的担忧；所述脂肪族异氰酸酯固化剂采用湖北双键化工有限公司的水性聚氨酯用脂肪族异氰酸酯固化剂DB82655；所述颜料和染料为市售常规染料；所述防尘降剂为来自德固赛的气相二氧化硅AEROSIL380纳米白炭黑防沉降触变剂；所述pH调节剂为DMEA二甲基乙醇胺；所述粘度调节剂为来自陶氏化学的PTF；所述消泡剂为来自德国巴斯夫的水性消泡剂FoamStarST2410AC；所述其他辅助原料为杀菌剂维尔曼EPW等。
在本发明的第二方面，发明人提供了一种高精度3D柔软涂层，该高精度3D柔软涂层由本发明第一方面所述的高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺制作而成。
进一步地，该高精度3D柔软涂层的厚度为1-5mm，可形成良好的3D立体效果，再结合上高精度的雕刻线条和层次感极强的色彩，本发明提供的高精度3D柔软涂层在纺织面料上可呈现出手工雕刻的精细艺术品效果。
在本发明的第三方面，发明人提供了一种含有本发明的第二方面所述的高精度3D柔软涂层的纺织面料，本发明的第二方面所述的高精度3D柔软涂层无需底胶或缝制工序便可直接形成于纺织面料上，不仅使得本发明第三方面提供的纺织面料环保特性得到大大提升，更是由于对待雕刻涂层的具体位置进行精准切割使面料呈现层次和色彩分明的雕刻花纹，该精细雕刻花纹效果涂层的存在提升了纺织面料的档次，扩展了该纺织面料应用的领域。
区别于现有技术，上述技术方案至少具有以下有益效果：
(1)本发明很好地结合高精度激光雕刻技术和环保水性涂料的特点，形成精度超高的涂层，重复精度达0.001mm，定位精度达0.01mm，涂层的线条纹路、色彩层次丰富，变化衔接自然，效果媲美手工精细雕刻，甚至可以达到雕刻艺术品的高度；
(2)由于采用了特殊的涂层配方，不需要在纺织面料上预刷底胶，直接将本发明中的水性树脂涂料采用丝印等工艺设置在传统纺织面料上，待其固化形成涂层后与纺织面料呈现出优异的粘结力和柔软特性；
(3)采用电脑程序控制高精度激光雕刻机，整个激光雕刻过程无人工操作，加工速度快，省时省料，易于操作，避免了由于人工手误等问题造成的残次品产生，降低了生产成本，并使精度远超普通3D印刷的柔软涂层及其纺织面料，可规模化生产，大大扩展了该高精度3D柔软涂层及其纺织面料的应用。
附图说明
图1为具体实施方式所述一种含有单层高精度3D柔软涂层的纺织面料照片；
图2为具体实施方式所述另一种含有单层高精度3D柔软涂层的纺织面料照片；
图3为具体实施方式所述另一种含有单层高精度3D柔软涂层的纺织面料照片；
图4为具体实施方式所述一种含有四层高精度3D柔软涂层的纺织面料照片；
图5为具体实施方式所述另一种含有单层高精度3D柔软涂层的纺织面料照片；
图6为具体实施方式所述一种含有三层高精度3D柔软涂层的纺织面料照片。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
本发明具体实施方式采用广州华之尊光电科技有限公司i·LASER4000系列精密型激光雕刻切割机。
本发明所述高精度3D柔软涂层的柔软性能测试方法参照耐挠试验标准：ISO5402，试验仪器为弗洛拉科技有限公司的FLR-234，试样尺寸为70X45mm，弯曲角度22.5度，每分钟弯曲次数100次。
实施例1
本实施例提供一种高精度3D柔软涂层及其激光雕刻工艺及含有该高精度3D柔软涂层的纺织面料。
一种高精度3D柔软涂层的激光雕刻工艺，具体操作步骤为：
采用丝网印刷工艺将水性树脂涂料设置于普通涤纶平布上(若仅需得到高精度3D柔软涂层，则可将白色普通涤纶平布换成表面光滑的玻璃或金属平板)，放置于常温室内固化16h，形成1层厚度为0.4mm的待雕刻涂层。将预设图案效果的设计文件(该预设图案效果的设计文件为Windows兼容的CAD或其他绘图软件)输入高精度激光雕刻切割机，调节激光波长至10.64μm，切割雕刻速度设置为3000mm/sec，喷嘴距离为0.8mm、激光功率设置为60w，执行时间设置为2.5h。
以质量百分比计，上述步骤所采用所述蓝色水性树脂涂料配方如下：
水性高固含脂肪族聚氨酯分散体28％；
水性聚氨酯用脂肪族异氰酸酯固化剂DB826557％；
颜料35％；
福建华锦公司分散蓝染料8％；
防沉降剂气相二氧化硅AEROSIL380纳米白炭黑防沉降触变剂1.5％；
pH调节剂DMEA二甲基乙醇胺0.8％；
粘度调节剂PTF4.0％；
水性消泡剂FoamStarST2410AC0.3％；
去离子水10％；
杀菌剂维尔曼EPW5.4％。
将含有所述待雕刻涂层的纺织面料放置于所述高精度激光雕刻切割机的切割平台上进行高精度激光雕刻，使所述待雕刻涂层面向所述高精度激光雕刻切割机的激光探针，启动雕刻，待完成激光切割雕刻即得到含有该高精度3D柔软涂层的纺织面料。
所述的水性高固含脂肪族聚氨酯分散体采用上海斯沃化学有限公司的产品；所述脂肪族异氰酸酯固化剂采用湖北双键化工有限公司的水性聚氨酯用脂肪族异氰酸酯固化剂DB82655；所述颜料、染料为市售染料；所述防尘降剂为德固赛气相二氧化硅AEROSIL380纳米白炭黑防沉降触变剂；所述pH调节剂为DMEA二甲基乙醇胺；所述粘度调节剂为陶氏化学的PTF(水溶性丙烯酸共聚分散体)；所述消泡剂为德国巴斯夫水性消泡剂FoamStarST2410AC；所述其他辅助原料为杀菌剂维尔曼EPW等。
图1-3示出了采用本发明所述高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺制备的含有单层高精度3D柔软涂层的纺织面料照片。图1-3所示的三种含有单层高精度3D柔软涂层的纺织面料的耐挠次数均为10万次以上。
实施例2
本实施例提供另一种高精度3D柔软涂层及其激光雕刻工艺及含有该高精度3D柔软涂层的纺织面料。
与实施例1不同的是，本实施例提供的是含有四层不同颜色的涂层得到的高精度3D柔软涂层及其纺织面料，具体地，请参阅图4，采用丝网印刷工艺将四种不同颜色的水性树脂涂料逐层设置于白色普通涤纶平布上，下一层丝印在上一层涂料固化之后进行，每一层涂料印刷之后放置于常温室内固化12h，形成的涂层每一层厚度约为0.27mm总厚度为1.10mm含有四种不同颜色的待雕刻涂层。将预设图案效果的设计文件(该预设图案效果的设计文件为Windows兼容的CAD或其他绘图软件)输入高精度激光雕刻切割机，调节激光波长至10.64μm，切割雕刻速度设置为2800mm/sec，喷嘴距离为0.6mm、激光功率设置为60w，执行时间设置为3h。
以质量百分比计，上述步骤所采用所述蓝色水性树脂涂料配方如下：
水性高固含脂肪族聚氨酯分散体30％；
水性聚氨酯用脂肪族异氰酸酯固化剂DB826557％；
颜料11％；
福建华锦公司分散蓝、分散红、珍珠白或分散灰染料各8％；
防沉降剂气相二氧化硅AEROSIL380纳米白炭黑防沉降触变剂1.5％；
pH调节剂DMEA二甲基乙醇胺0.8％；
粘度调节剂PTF4.0％；
水性消泡剂FoamStarST2410AC0.3％；
去离子水10％；
杀菌剂维尔曼EPW3.4％。
其他操作参照实施例1进行。
经检测，由本实施例得到的含有该高精度3D柔软涂层的纺织面料涂层厚度为3.8mm，耐挠次数为5万次。
本实施例得到含有该高精度3D柔软涂层的纺织面料如图4所示。该纺织面料上的高精度3D柔软涂层固含量高、起厚快，涂层的不同层次的线条和色彩层次分明，精度高达0.01mm，达到了丝网印刷和普通3D打印所达不到的立体视觉效果。
实施例3
本实施例提供一种高精度3D柔软涂层及其激光雕刻工艺及含有该高精度3D柔软涂层的纺织面料。
与实施例2不同的是，本实施例中采用的水性树脂涂料中含有再生纤维的水性树脂涂料，再生纤维为回收的废弃腈纶经超细纤维粉碎后掺入原有水性高固含脂肪族聚氨酯分散体中，以所述水性树脂涂料质量百分比计，掺入比例为5％，得到混入气泡的粉色含有再生纤维的水性树脂涂料，将该涂料在涤纶平布上设置一层0.8mm的涂层，室温固化24h得到涂层。将预设图案效果的设计文件(该预设图案效果的设计文件为Windows兼容的CAD或其他绘图软件)输入高精度激光雕刻切割机，调节激光波长至10.64μm，切割雕刻速度设置为2800mm/sec，喷嘴距离为1.2mm、激光功率设置为60w，执行时间设置为3h。本实施例得到含有该高精度3D柔软涂层的纺织面料如图5所示。该纺织面料上的高精度3D柔软涂层固含量高、起厚快，图案中的细微之处精度高，达到了丝网印刷和普通3D打印所达不到的立体视觉效果。并且，由激光切割后涂层中所含的气泡破裂产生碗状内凹形状，还使得面料在不同光线下带有反光的特殊效果。图5所示的含有单层高精度3D柔软具有反光效果涂层的纺织面料的耐挠次数为10万次以上。
采用本发明还可以具体实施其他的实施方式，例如两层、三层高精度3D柔软涂层，同样可以获得不同的涂层色彩、层次以及线条效果。
在其他不同的实施例中，可以参照实施例1的方法提供如图6所示的含有三层高精度3D柔软涂层的纺织面料。
从本发明得到的高精度3D柔软涂层不需要用额外的胶粘剂或缝制工序便可以在布面上固定，并且涂层的花纹精细、富于变化，为布面增添多样化元素提升了布面的档次。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺，其特征在于，包括以下步骤：
使水性树脂涂料在纺织面料上形成1层以上的待雕刻涂层；
将预设效果的设计文件输入高精度激光雕刻切割机；
设定所述高精度激光雕刻切割机操作参数；
将含有所述待雕刻涂层的纺织面料放置于所述高精度激光雕刻切割机的切割平台上进行高精度激光雕刻，得到所述高精度3D柔软涂层。
2.根据权利要求1所述的高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺，其特征在于，所述待雕刻涂层的层数为2层以上。
3.根据权利要求2所述的高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺，其特征在于，所述待雕刻涂层的层数为2-4层。
4.根据权利要求3所述的高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺，其特征在于，所述待雕刻涂层的厚度为0.25-1.25mm。
5.根据权利要求1所述的高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺，其特征在于，所述待雕刻涂层面向所述高精度激光雕刻切割机的激光探针。
6.根据权利要求1所述的高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺，其特征在于，将所述待雕刻涂层固化12-48h后进行高精度激光雕刻。
7.据权利要求1所述的高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺，其特征在于，以质量百分比计，所述水性树脂涂料中包含：
水性高固含脂肪族聚氨酯分散体0-30％；
脂肪族异氰酸酯固化剂0.2-7％；
颜料0-40％；
染料0-10％；
防沉降剂0.1-2.0％；
pH调节剂0-1.5％；
粘度调节剂1.0-5.0％；
消泡剂0.05-0.3％；
去离子水0.5-15％；及
其它辅料0-15。
8.一种高精度3D柔软涂层，其特征在于，由权利要求1-7中任一项所述的高精度3D柔软涂层激光雕刻工艺制作而成。
9.根据权利要求8所述的高精度3D柔软涂层，其特征在于，其厚度为1-5mm。
10.一种含有如权利要求8或9所述的高精度3D柔软涂层的纺织面料。
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