拋釉產(chǎn)品噴墨圖案清晰度影響因素的研究

徐維鵬

（1.蒙娜麗莎集團股份有限公司,佛山 528211 2.國家認定企業(yè)技術(shù)中心,佛山 528211）

1 前言

中國建筑陶瓷行業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，產(chǎn)品也在不停的更新?lián)Q代，從起初的彩釉磚、斑點磚到后來風靡一時的拋光磚，再到占據(jù)主要市場的拋釉磚，最后發(fā)展到如今的全數(shù)碼產(chǎn)品等系列。消費者對產(chǎn)品的需求也發(fā)生了巨大的變化，從批量化的需求逐漸向柔性、個性化的需求轉(zhuǎn)變，并且對產(chǎn)品的“精細度”方面也提出了更高的要求，其中就包含設(shè)計花紋圖案的清晰度。建筑陶瓷表面產(chǎn)品花紋圖案的印刷方式隨著產(chǎn)品的迭代也發(fā)生了革命性的變化，從絲網(wǎng)印刷發(fā)展到輥筒印刷，再到突破性的噴墨打印。產(chǎn)品在噴墨打印工序中，花紋圖案的清晰度會受到生產(chǎn)工藝、設(shè)備參數(shù)、過程控制、設(shè)計文件的軟件處理等各方面的影響。因此，本文結(jié)合建筑陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗，探索了拋釉工藝噴墨打印產(chǎn)品中，影響其紋理圖案清晰度的因素。

1.1 實驗設(shè)備及材料

表1 實驗設(shè)備

表2 實驗材料

1.2 實驗方案

本實驗主要考慮建筑陶瓷噴墨打印產(chǎn)品生產(chǎn)中影響其圖案清晰度的因素，從面釉的施釉方式、不同體系的拋釉、拋釉釉層的厚度、不同打印噴頭型號、PS軟件應(yīng)用處理圖片等方面進行試驗對比。采用同一設(shè)計文件噴墨打印，噴墨打印后，于同一時間段在同一條輥道窯內(nèi)燒成，試驗過程中保持打印介質(zhì)的溫度接近。實驗設(shè)計如表3所示。

表3 實驗內(nèi)容設(shè)計

具體實驗設(shè)計內(nèi)容如表4。其中1#與2#實驗，對比施面釉方式對噴墨清晰度的影響；2#、3#、4#對比不同體系的拋釉對噴墨打印圖案清晰度的影響；2#、5#、6#對比拋釉釉層厚度對噴墨清晰度的影響；2#與7#對比不同噴頭型號對噴墨清晰度的影響。

表4 影響因素的對比實驗

M1=70g、M2=55g、M3=45g為拋釉D的不同施釉量（用200mm×600mm托盤稱重），即得到不同釉層厚度的樣品。上述實驗中所用的不同拋釉C、D、E的化學分析見表5所示。

表5 不同拋釉的化學分析（%）

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 面釉施釉方式對噴墨清晰度的影響

在建筑陶瓷生產(chǎn)工藝中，面釉（底釉）層是噴墨打印的介質(zhì)涂層，其鋪展質(zhì)量的好壞，也會直接影響到噴墨打印的清晰度。面釉層對打印墨滴的接受程度，主要表現(xiàn)在對墨滴的吸收和固著能力。如果打印介質(zhì)層對墨滴的吸收和固著能力強、速度快，則能形成圓滑的墨點，且邊緣無毛刺、密度亦大，清晰度就會更好[1]。

使用同一噴墨打印圖案（下同），分別對比了鐘罩淋釉方式和水刀噴釉方式對噴墨清晰度的影響。不同的施釉方式形成的打印介質(zhì)表面效果如下圖1所示，噴墨打印并燒成后的清晰度對比如下圖2所示。

圖2 面釉層施釉方式的清晰度對比

圖1中A為水刀噴釉方式施釉后形成的打印介質(zhì)面，B為鐘罩淋釉方式施釉后形成的打印介質(zhì)面。水刀噴釉方式通過氣壓將釉漿形成流體顆粒堆積于磚坯表面，表面平整度較差，有更明顯的凹凸顆粒，且更容易形成毛刺邊緣；而鐘罩淋面釉所需的比重更高，釉致密度較高，且以流體形式平鋪于磚坯表面，形成的打印介質(zhì)表面則明顯更為平整。

圖1 噴面釉與淋面釉表面效果

結(jié)合圖1、圖2可知，鐘罩淋面釉的清晰度略好于水刀噴面釉，這是由于鐘罩淋面釉形成的打印介質(zhì)層更為平整，表面更少的凹凸顆粒以及毛刺邊緣，一定程度上利于減少墨水在面釉層中的分散以及墨點的鋪展固化，有利于噴墨清晰度的提升。

2.2 不同厚度的拋釉釉層對噴墨清晰度的影響

采用光學顯微鏡分析，測得實驗的M1、M2、M3釉量對應(yīng)的釉層厚度分別為：d1=137.660μm，d2=86.002μm，d3=66.106μm。不同厚度釉層下的噴墨打印圖案清晰度如下圖3所示，相對應(yīng)的釉層中氣泡在100倍放大鏡下的分布情況如圖4所示。

圖3 不同釉層厚度下的清晰度對比

圖4 不同釉層厚度及釉層中氣泡分布

從圖3可知，不同厚度拋釉釉層下的圖案清晰度：d3＞d2＞d1。隨著釉層厚度的逐漸降低，噴墨圖案越來越清晰。在三個厚度的拋釉中，釉層厚度最小的66.106μm的清晰度最好。從圖4中可以看出，釉層中的氣泡隨著厚度的降低而減少。同一體系的拋釉，由于釉層厚度的降低，釉層中氣泡也相對減少，降低了光在釉層中散射和折射的損失，并且隨著拋釉釉層越厚晶相量越多，大量的晶體對光線產(chǎn)生散射作用，乳濁度也越高，因此釉層越厚噴墨清晰度越差。

2.3 不同體系拋釉對噴墨清晰度的影響

噴墨打印同一設(shè)計文件后，采用鐘罩淋釉方式，分別施拋釉C、D、E（控制同樣施釉量M1），在同一條件下燒成后得到不同清晰度的噴墨圖案，如下圖5所示。

圖5 不同體系拋釉下的噴墨清晰度

燒成后對不同體系的C、D、E拋釉釉層做XRD物相分析，分析結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同體系拋釉的XRD圖

不同體系的拋釉其物相組成不同，不同的晶相組成對光的折射率也不相同。上述中各物相的折射率如表6所示。

表6 各物相的折射率

從圖5、圖6可知，不同體系拋釉的噴墨清晰度：拋釉E＞拋釉D＞拋釉C，這是由于拋釉E中以玻璃相為主伴有少量的石英（QuartzSiO2），從表6可知，石英晶相和玻璃相折射率接近，因此入射光將不會產(chǎn)生連續(xù)的反射和折射作用，光在釉層中透射率較高，因而清晰度較好；而拋釉D中以玻璃相為主，伴有少量的石英（QuartzSiO2）、透輝石（Diopside-Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6），透輝石晶相相對玻璃相折射率較高，對光線產(chǎn)生散射和折射，降低了圖案的清晰度；拋釉C主要為拉長石（Labradorite-Ca0.65Na0.35(Al1.65Si2.35O8)）、 尖 晶 石（Spinel-MgAl2O4）和鎂橄欖石（Forsterite-Mg2SiO4），晶相對光產(chǎn)生散射作用，最終導致圖案清晰度的降低。

2.4 不同型號的噴頭對清晰度的影響

噴嘴精度指每英寸上的噴嘴數(shù)，單位為dpi，打印精度是指每英寸上的 打印點數(shù)。從200dpi、360dpi、400dpi、600dpi、720dpi，精度的提高也帶動著打印質(zhì)量的不斷提升，但簡單的dpi數(shù)值并不能代表打印質(zhì)量的全部問題[2]。

目前，國內(nèi)建筑陶瓷常規(guī)產(chǎn)品的噴墨打印生產(chǎn)中，普遍使用360dpi和400dpi兩種分辨率的噴頭。同樣條件下，400dpi精度的噴頭打印出的清晰度較360dpi會更好。但在建筑陶瓷實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，打印噴頭的墨點大?。讖剑娔珗D案的清晰度影響卻更為明顯。本實驗采用星光SG1024MC及賽爾XARR1001GS12噴頭進行對比。星光SG1024MC噴頭的墨滴容積為20～70pl，賽爾GS12噴頭的墨滴容積為12～84 pl[3]。在同一型號的噴墨機，采用同樣配置的墨水進行噴墨打印，對比其對噴墨打印圖案清晰度的影響。燒成后清晰度的對比結(jié)果如圖7所示，兩種噴頭打印燒成后的墨點在100倍放大鏡下的效果如圖8所示。

圖7 不同型號噴頭對噴墨清晰度的影響

圖8 不同型號噴頭墨點清晰度的效果

從圖7可知，采用賽爾GS12噴頭打印后的圖案較采用的星光SG1024MC更為清晰。從圖8可知，賽爾GS12噴頭打印的深色墨點更多且更為集中，而星光1024噴頭的墨點更為分散，分布的更寬。這是由于不同型號的噴頭孔徑大小不同，出墨量也不相同，因此打印的最小墨滴并不一樣，因而會影響噴墨打印圖案的清晰度。雖然星光SG1024MC噴頭分辨率是400dpi，賽爾GS12噴頭分辨率是360dpi，但由于星光SG1024MC噴頭孔徑約為25μm，最小打印墨滴為20pl，而賽爾GS12孔徑約為20μm，最小打印墨滴為12pl，更小打印墨滴的賽爾GS12噴頭打印出的墨點更精細，打印到介質(zhì)面上也更不容易分散開，因此圖案更為清晰。

3 結(jié)論

本文通過對比生產(chǎn)工藝、工藝參數(shù)、噴頭型號等因素的影響，得到以下結(jié)論：

（1）在合理的面釉參數(shù)及打印介質(zhì)溫度下，噴釉和淋釉工藝對噴墨圖案清晰度的影響在肉眼可見范圍內(nèi)影響不大，但比重高的釉漿淋釉鋪展后更為平整，一定程度上利于減少墨水在面釉層中的分散，有利于噴墨清晰度的提升。

（2）拋釉層厚度對圖案清晰度具有較大影響。釉層厚度越厚，釉層氣泡和晶相越多，對光產(chǎn)生散射，圖案清晰度越低；

（3）不同拋釉體系，晶相種類和氣泡含量相差較大，導致圖案清晰度相差較大；

（4）同等條件下，孔徑更小的噴頭（墨滴更細）在打印時墨量相對更小，墨點更為精細，有利于噴墨清晰度的提升。