棉织物热转印工艺分析

本科毕业论文

题 目：棉织物热转印工艺分析 学生姓名：魏超 学 院：轻工与纺织学院 系 别：印刷工程系 专 业：印刷工程 班 级：印刷13-1班 指导教师：王丽珍

二 〇 一七 年 六 月

摘 要

由于棉织物热升华转移印刷工艺的应用和个性化需求不断增加，热转印这一传统工艺又重获朝气。棉织物热转印工艺参数的设定以及织物材料的选择没有统一的标准，所以本文对热转印的理论和实际操作进行一次综合的研究。

本文通过设计多因素、多水平的正交实验，研究了热转印温度、时间和压力三个工艺参数对油墨的转移率，表观深度K/S值，皂洗牢度的影响，以及针对棉织物材料合理选择热转印方式。经过数据的分析获得最优工艺方案，为棉织物热升华热转印这一工艺实际操作提供一定的数据参考依据。

本论文研究热转印的背景、现状，前景以及它的优缺点。对热转印工艺的特点、工艺参数以及耗材进行了一次概述，然后对本次实验的所用的正交实验做了认真的理论分析，通过理论与实验相结合得到一个棉织物热转印工艺的最优方案。

关键词：棉织物热转印；油墨转移率；正交实验

Abstract

Thanks to the increasing application and personalisation of the transfer printing process of cotton fabric, the traditional process of heat transfer printing is renewed. Cotton fabrics thermal transfer process parameter setting and the choice of fabric material there is no uniform standard, so in this paper, the heat transfer theory and practical operation on a comprehensive study. This article through the design of multiple factors and levels orthogonal experiment, to study the heat transfer temperature, time and pressure three process parameters on the printing ink transfer rate, apparent depth K/S value, soaping fastness, as well as reasonable selection for cotton fabric material thermal transfer mode. Through the analysis of the data, the optimal process scheme is obtained, which provides some data reference basis for the practical operation of heat transfer printing of cotton fabric. This paper studies the background, present situation, prospect and its advantages and disadvantages of heat transfer. To the characteristics of heat transfer process, process parameters and material had an overview, then for this experiment used the orthogonal experiment was adopted to do serious theoretical analysis, a cotton fabric is obtained by combination of theoretical and experimental heat transfer process of the optimal solution.

Keywords ：Heat transfer of cotton fabric；ratio of printing ink transfer；orthogonal experiment

目 录

第一章 概述 ............................................................ 1

1.1 课题研究背景 ................................................... 1

1.2 课题研究现状 ................................................... 2

1.3 课题发展趋势 ................................................... 2

1.3.1 无纸转印技术 .............................................. 2

1.3.2 热转印纸的重复使用 ........................................ 3

1.3.3 数码热升华转印技术 ........................................ 3

1.4 课题研究目的 ................................................... 4

1.5 课题研究的内容 ................................................. 4

第二章 理论分析 ........................................................ 6

2.1 正交实验理论分析 ............................................... 6

2.1.1 等水平正交表设计 .......................................... 6

2.1.2 正交实验的基本步骤 ........................................ 7

2.1.3 多指标正交实验结果分析 .................................... 8

2.1.4 正交实验小结 .............................................. 8

2.2 热转印基础理论 ................................................. 9

2.2.1 热转印的特点 .............................................. 9

2.2.2 热转印材料 ............................................... 10

2.2.3 热转印工艺参数 ........................................... 11

2.3 棉织物的性能特点 .............................................. 12

第三章 棉织物热转印性能研究 ........................................... 14

3.1 色彩再现性能研究 .............................................. 14

3.1.1 油墨转移率 ............................................... 14

3.1.2 表观深度K/S值 ........................................... 14

3.2 阶调复制性能研究 .............................................. 14

3.3 耐久性能研究 .................................................. 15

第四章 实验及结果分析 ................................................. 16

4.1 实验目的 ...................................................... 16

4.2 实验仪器与材料 ................................................ 16

4.3实验样张设计 ................................................... 16

4.4实验方法及结果分析 ............................................. 16

结 论 ................................................................. 22

参考文献 ............................................................... 1

附 录 ................................................................. 25

谢 辞 ................................................................. 27

第一章 概述

1.1 课题研究背景

热转移印刷技术应用于织物热转移印花生产的由来已久，是一项有着发展前景的印刷工艺，在的十几年内由国外引入国内，热转印工艺印刷大致分为转印纸和转印生产两大部分，转印纸印刷使用网点，先将印刷将图文印在薄膜表面，所印刷的图文层次比较分明、色彩非常鲜艳、色差较小，再现性也很好，一般可以达到图案设计者要求的预定效果。也适合于批量生产；转印加工通过烫画机一次加工将转印纸上美观的图文转移在物品表面，成型后油墨层与承印物相结合，美观大方，使得印刷物的质量提高一个层次，随着热转印技术的不断进步，热转印工艺的开始遍布各行各业，从油墨种类分类有热升华转印型和热压转印型，由承印物分类有木质材料、PVC 和陶瓷制品等多种承印物。从印刷方式分类可分为平印、凹印、凸印、丝印、喷墨和色带打印等从转印物分类有热转印纸和热转印塑料膜等[1]。

相比现在的科学水平，传统所使用的热升华型转移印刷方法是已经开始出现了片面性。比如说，它只能用于一些玻璃化温度的化学纤维，而不能运用于天然纤维，因为在玻璃化温度的化学纤维有非晶区部分，存在着的细小空隙，当温度逐渐升高到160℃左右时，非晶区分子开始发生剧烈运动，化纤慢慢软化成半熔融状态。同时，油墨分子在该温度下油墨由固态颗粒直接升华成为气态分子，在分子间相互作用力的作用下，气态油墨分子移动到化纤表面，然后扩散进入化纤织物非晶区与化纤相结合，温度降低以后完成织物着色。所以说只要有确定玻璃化温度的化学织物纤维，都有热升华型转移印花的机制。

但是，像棉、毛、麻等天然纤维，无法在加热的条件下形成软化的半熔融状态，因此从转印纸上转移的油墨分子只能够与天然纤维的表面相结合，油墨无法真正进入织物内部，所以，转印效果差出现严重掉色现象[2]，所以传统的热升华热转印技术只适合在化学纤维织物上进行转印，不能在天然纤维织物上进行热升华转移印刷，也就是说承印物种类被严格限制，由于热升华型转移印花加工面料的局限性，许多专门研究热转印的专家积极进行了实验整改，希望能够有一个历史性技术突破，改进的方面包括油墨组成、转印纸张的升级和棉织物物化性能等技术，比如说，使得油墨与棉织物的结合能力的增强、油墨的抗水耐光耐高温性能的提高、油墨改性导致的物理性质改变从而使升华温度降低，改变转印纸的结构和棉织物结构等[2]。

1.2 课题研究现状

现在，我国对棉织物热转印技术的研究方法是在纯天然纤维中加入一种特殊的物质居多，然后像其他化纤织物一样进行热转印，不同的专家引入物质的想法不同，大致可以分为以下几种：第一就是引入对纯棉纤维内部结构具有扩散作用的物质，使得油墨分子能够进入织物内部，与其相结合，以达到油墨转移结合的目的[3]；第二是在棉织物上导入一种特殊的亲油疏水的黏合物质，使得棉织物可以更容易的接受分散油墨分子。第三是引入能够与纯棉纤维上的-H 发生物化反应的特殊物质，使纯棉织物的化学性质发生变化，变为亲油疏水性纤维，从而实现疏水性油墨分子与织物的结合

[3]；上面三种方法也不是完全可以解决所有问题，比如，棉织物本身的优良性能就会降低；无法达到优良的转移印花效果；所以现在我国在棉织物热转印工艺方面任有很大进步空间，当然，国内许多研究也对织物热转印的发展有着积极的推动作用，主要表现在以下三个方面。

①积极得去研制高品质的转印油墨和转印纸张，不断提高国有热转印材料的印刷质量，提升热转印机的转印效率，大幅降节约生产成本。

②研制可以多次使用转印纸或者使用其他可环保基材替代热转印纸。使得热转印变得更环保。

③通过对生产更为先进的打印机，去降低油墨和转印纸的消耗，使得对工艺参数控制更加精确。目前，喷墨打印机的技术进步和不断发展为热转移印刷这一传统印刷技术的发展起到了重要作用，利用普通打印机就可以将热转印油墨打印在热转印纸张上。由于喷墨打印技术的不断改善，打印纸的幅面也不再受到限制，打印质量也有了很大的提高。

1.3 课题发展趋势

随着科学技术水平的发展，热转印技术及水平也得到进一步提高和发展，电脑进行图像处理与设计在热转印技术开中始广泛运用，然后使用高速高质量喷墨打印机把图像打印在热转印纸上，减去了整个的制版过程。

1.3.1 无纸转印技术

随着热转印技术的不断发展，热转印制品越来越受到人们青睐，与此同时，热转印纸的需求量也就越来越大，那么环境污染问题也就越来越严重，为了减少转印纸的用量，用铝箔基材代替普通转印纸的方法被许多专业人士提出，也就是所说的无纸转印技术，无纸热转印技术最主要的特点是转印基材能够重复使用。

首先将染料制成转印油墨，再通过打印的方式将图文印刷在转印铝箔基材上，然后将转印铝箔基材与织物加温加压密合，在一定时间内，基材上的图文被转移并固着在织物上，从而得到织物转印成品。然后，基材经过清洗可再次进行印刷。研究表明，它不仅能够像转印纸一样承印各种丰富细腻的图文信息，本身重量基本上无损耗、表观质量也没有下降，而且在热转印结束后可以重复使用，基本上无消耗，是一种纸张良好的替代品。通过金属箔去代替转移印花纸，一来可以减少纸张的用量从而减少造纸产生的废水，二来重复使用可以大大降低印花的成本，所以发展前景十分广阔[5]。

1.3.2 热转印纸的重复使用

无纸热转移技术最明显的特点是转印基材可以多次使用，它首先将油墨制成印浆，再通过打印机将图案打印在一种特殊的基材上，然后将这种特殊基材与织物相贴经过加热、加压，在一定的时间内基材上的图案就被被转移并固着在棉织物上，直接得到印刷成品[6]。无纸热转印工艺由北京印刷学院材料工程系热转印技术应用专业人士提出，经历了近多年的研究，取得了无纸转印方面的突破性进展，他们提出用铝箔替代转印纸，研究表明它不仅能像纸一样，可承印花纹、图案，并能将花纹、图案热转移到织物上，而且在热转印后，可以重复使用，基本上无损耗，因此，转移印花无纸化的发展趋势良好，无纸化技术也将会在实际生产中得以实现[6]。同时，中国华南理工大学化工学院一些教授在转移印花研究时采用分散油墨微胶囊技术，该技术是通过微囊泡将分散油墨包裹起来，然后将微囊泡分散在连接料中制成热转印油墨。研究表明，热升华转印油墨中分散油墨分子的含量是影响转印次数的决定性因素，若含量油墨的低，转移次数也就越少，相反，含量高，转移次数也减多，但是目前关键的技术问题在于如何控制微胶囊中的油墨均匀释放，在这一技术问题得到解决以后，我们就迎来了转印纸多次使用的时代。

1.3.3 数码热升华转印技术

数码热转印技术的用处是将传统的热转印技术和数码打印技术的优点融合起来，使用无制版形式印制彩色图像的一项新技术。在我们国家里面, 这门科技最开始的时候主要使用在在广告、标牌、证卡、陶瓷影像这几方面上，但随着科技的发展，这门技术的应用领域越来越宽, 在使用这门技术时，很多情况下都会应用在在产业化如数码印染和服装生产、鞋材生产、服装标签等工业化的行业，并且在其行业内的生产数量、使用频率都会不断增多[7]。

每一项科技的发展都来自于其相对应的需求，而数码热转印技术最主要的优点是

适合个性化市场发展以及对消费者得个性化产品能够满足其需求，它的出现是对传统热转印技术、产品市场的一种合理的补充[8]。换句话说，数码热转印技术和其相对应的产品市场的定位是个性化产品市场，但是传统的热转印产品因为受到技术的局限性和较高的制版成本很难生产出比较个性化的产品，所以在整个热转印市场上, 就个性化产品来说，在数码热转印技术被发明之前是一片空白无迹可寻，而这项技术的出现就会使个性化的热转印产品很可能够拥有一定的市场。此外, 数码热转印产品的承印物的图像的印制质量也比传统的热转印技术好得多[7]，这也会成为数码热转印技术在短时间内被广泛的运用的重要因素。

1.4 课题研究目的

热转印印花工艺是通过转印介质将图文转移到承印物的，它是一间接印刷方式。热转印印花工艺具有效果图案清楚、立体感强层次丰富、形态逼真且设备简单、投资少、节水等优点，所以热转印转移印花这一工艺又有了较大的发展前景，同时根据目前棉织物热转印主要工艺参数没有统一的参考标准这一现实状况。所以，本次实验通过设计一个专门针对纯棉织物材料的转印时间、温度、压力等热转印工艺的主要参数的实验方案，通过正交实验得到一套关于棉织物热转印影响因素的最优方案，可以为棉织物热转印在批量生产中提供一定的工艺参数的参考，使得热转印在生产中规范化、标准化专业化，不再是单单依靠经验去完成热转印流程。

1.5 课题研究的内容

在实验之前，通过查阅资料得到三个因素的范围分别是温度（150～210℃）、时间（10～30S ）、压力（30～50N ）。通过对三个变量的控制，利用正交实验法进行9组实验，其中每组相同实验做三次然后求其平均值；以棉织物上染料的转移率、皂洗色牢度、表观深度K/S值作为评价标准，对这9组实验进行数据分析，通过数据的对比得出最合理的棉织物热转印工艺方案。

第一章是概述，介绍了研究本课题的背景、现状、发展前景和内容。

第二章是理论分析，首先对正交实验的正交表的选用、正交实验的基本步骤、还有正交试验的优缺点以及结果分析方法进行了简单的介绍；其次是对热转印的原理、特点进行全面的研究，对热转印工艺参数的介绍，还有对纯棉织物的主要特点进行概述。

第三章是棉织物热转印的性能研究，详细描述了本次实验中转印效果的评价指标，分别有转印率、表观深度K/S值，皂洗色牢度和阶调复制性能。

第四章是本论文的实验部分，介绍了实验的目的，实验的仪器及其材料并描述了实验样张设计的内容，最后分析了实验的数据得到最优方案。

第二章 理论分析

2.1 正交实验理论分析

在实际的科学研究中，一般要全面考虑各项影响因素，而且影响因素的水平数目也是通常大于三个的，当对每个影响因素的每个水平之间都相互配合的去做全方位进行实验，这样一来，所做的实验次数是一个非常庞大的数目，比如，对于4因素3水平的实验，若在每个影响因素的每个水平一一搭配上只做一次实验，那么就要进行34=81次实验，对于4因素5水平的实验，全方位实验次数最少要45=1024才次实验；同样，对于4因素5水平的实验，全方位实验次数最少为54=625次实验。由此看来，当影响因素数量的不断增加时，实验次数更是成倍的在增加，另外还要浪费大量的时间对这么多实验数据进行统计、计算、分析；也会是非常艰巨的过程。如果用通过正交的方法来进行实验，则实验次数会大幅度减少，而且数据统计和分析的难度也会降低。

2.1.1 等水平正交表设计

正交实验表是根据正交原理制作的，已经规范化的表格，它是正交设计中安排实验和分析实验结果的最基本工具。

等水平的正交实验表，也就是说每个因素有相等水平数目。等水平正交实验表如下表2-1所示。

4表中的L 9（34）是正交表的记号，等水平的正交表可以用以下符号表示：K x (zy ) 其中，字母K 为正交表代号；字母z 代表因素水平数目；字母x 代表正交表的行数目；字母y 代表正交表的列数目。

如果用正交表L 9(34) 来安排正交实验，则最多可安排4个3水平的因素，实验次

数为9，但是4因素3水平的全方位实验次数需要34=81次，可以看出正交实验能大幅度地降低实验的次数，减少实验的工作量。

（2）等水平正交表的特点

上述等水平正交表都具有以下两个重要的性质

①正交实验表中任何一列，每一个数字在表中的出现的次数必须一样。也就是说每个因素的每一个水平都在正交实验表中出现次数相同。

②正交实验表中任意的两列，把同一行的两个数字看成有序数列时，所有可能的数字出现的次数相同。这里所说的数字对实际上是每两个因素组成的全方位实验方案。

2.1.2 正交实验的基本步骤

正交实验的设计实验的设计和数据的处理两部分组成。可简略归纳为以下六个步骤：

①确定实验目的和评价指标

安排正交实验是为了解决或者严重某个问题的，当对这一问题的实验指标确定时，就可以进行合理、便捷的正交实验。

实验的指标，是正交实验中用来表示正交实验结果的量化指标。实验指标有定量指标与定性指标两种，所谓定量指标就是直接可以用确定数字来表示的指标，如重量、数量、大小、高度等；所谓定性指标就是无法直接用数字表示的指标，如等级、触感、表观等表示实验结果特征的量。

②挑选因素，确定水平

在正交实验时，实验指标的影响因素通常会不止一个，但是由于实验室的条件较差，就无法全方位考虑各个因素，这时就要对其问题进行分析，当实验因素过多时，挑选出主要影响因素，忽略次要因素，通过这样的方式去减少要参考的指标数量。选择的实验因素往往不要过多，通常以3-6个比较适合，去降低无用实验工作次数。若第一次后达不到预期目的，可在第一次实验的基础上，整合实验因素，再次进行实验。

通常，重要的因素可以多取一些水平，把各个水平的差值增大，可以有利于实验数据的分析，最后列出正交试验的因素水平组合表。

③选合适的正交实验表并设计表头

根据所确定的主要因素相同水平数来选择最合理的正交表。例如，表有L 9（34）

和L 27（34）都可以满足4因素3水平的实验，通常为了实验的方便性，通常选择L 9

（34）。当所做的实验要求得到的数据全面，并且实验条件较好，可以选择实验次数较多的表。若考虑实验因素间存在相互作用，应根据原则要求选用合适的正交表[9]。当实验因素的水平数不完全一样时，可以选择混合实验正交表。

④设计实验方案，进行实验，得到结果

依据正交实验表和表头设计确定每组实验的方案，开始实验，用得到以实验指标形式表示的实验结果[9]。

⑤对实验数据进行统计

在正交实验数据的分析时，通过方差分析法和直观分析法得到实验结果，在分析以后得到因素主次、优方案等。

极差R=max（K 1 ,K 2 ,K 3）- min(K1 ,K 2 ,K 3)

⑥对验证实验，深层次分析

最优方案是通过数据分析得出的，还需要进行后续实验的验证，这样保证最优方案与理论一致，不然的话还需要再一次设计的正交实验[9]。

2.1.3 多指标正交实验结果分析

①综合平衡法

综合平衡法是，先对单个指标分别进行单指标的直观分析，比如说温度，得到对应指标的对实验影响程度的大小，也就是主次因素，再根据K 值的大小得到最佳组合，然后根据理论知识和实际经验，对各指标的分析结果进行综合比较和分析，得出最优实验方案[9]。

②综合评分法

综合评分法是根据各个指标的重要程度，它一般针对定性指标。对得出的实验结果进行分析，每一个实验评出一个分数，作为这个实验的总指标，然后根据这个总指标，利用单指标实验结果的直观分析法做进一步的分析，确定最优的实验方案[9]。

2.1.4 正交实验小结

正交实验主要优点表现在如下几个方面：

①能在所有实验方案中均匀地挑选出代表性强的少数实验方案。

②在进行少数的实验以后，就可以进行数据的分析，得到一个较优的方案，而且得到的这个优秀方案一般不包含所做的实验方案中。

③无论因素之间有无相互作用，都可以设计正交实验。

④可通过正交表直接进行实验之间相互比较得出第一步结论，也可通过R 值和K

值分析得出具体结论，并可得到最优的实验方案。

⑤根据正交实验表和对实验结果分析，得出的实验结果的最优方案往往不在所设计的实验方案中，一般都是其他组合的搭配。

正交实验主要缺点表现在如下几个方面：

①通过数据分析方法所得到的最优值，只能是在本次实验所用水平的一种组合，最终优选组合不可能超出所选取因素水平的范围。

②不能给下一步的实验提供明确的方向，使得下一步实验依然带很强的探索性色彩，不是非常准确。

2.2 热转印基础理论

热转印是指将图文首先打印在中间介质热转印纸上，在经过加热加压作用使得图文转移到所需要的承印物上的特殊的印刷方法，热转印是将美女、景色等任何的图文都可以使用热转印墨水打印在彩色热转印纸上，或使用普通墨水在胶膜热转印纸上打印出逼真的图案，再经过热转印烫画机将转印板加热到所设定的温度，把转印纸上带有的图案的一面与棉纺织物贴合经过一段时间转印获得转印图案的一种特殊印刷工艺[10]。

由此看来，使用热转印印花技术，在印刷彩色的复杂图案是，由于热转印作业是单项操作的流程，大大减少了由于印刷失误而造成的材料和成品的浪费。也就是说，可将多色多层次图案一次性转印成为比较完整图，不需要套色制版这一些复杂流程，即使只用烫画机这一简单的设备也可转印出精美的图文[10]

2.2.1 热转印的特点

目前，热转印技术中真正大规模用于工业和商业的是热升华转移印花技术。随着国内生产出具价格便宜的热升华油墨，以及随着印刷技术的数字化，热升华转印技术的应用领域变得更加广泛[8]。简单总结，热升华转印技术具有以下4个方面的特点：

①印刷再现性好。热升华转印技术转印的织物图文层次分明，色彩鲜艳，且清晰度，艺术性很高，立体感较强，是其他转印方法不可相比的，经过喷墨打印机打印以后能将摄影图片和绘画的图案转印到想要的承印物上。

②热升华转印的最大特点是油墨分子可以与织物纤维相结合，热转印品质感十分柔软舒服，触觉几乎不会感到棉织物表面有一定厚度的油墨。同时，油墨分子的转移过程和干燥过程同时进行，墨层不易脱落，不会出现印刷图文磨损，可长期保持图案的整体性。

③热转印工艺操作设备简单，可随时进行印刷。热升华转印时可以使用双工位烫画机单个人操作印制多个制品，也可以根据消费者的个性化需求，在短短数天内印制大批量转印品，满足消费者个性化的需求[8]。

④节省水资源，保护生态环境。传统织物印花需要大量的水进行加工处理，然后产生污水，不仅浪费水资源，还使得污水破坏环境，与传统转移印花有所不一样的是，热升华转移印花没有这一复杂的过程，也就是节省了水资源，可以真正做到保护环境和节约资源。

2.2.2 热转印材料

1. 热转印纸

转印纸是可以承载油墨并且转移到承印物上的一个中间载体，对于热转印纸一般有两个要求，一是可以油墨分子吸附在其表面，二是在的温度压力作用下并且在一定时间范围内可以将油墨分子释放，并且使得油墨可以均匀的涂布在承印物上。具体有以下几个方面的要求。

①物理要求：一是转印纸的质量要好，有比较好吸收性，二是表面平整度高，油墨分子能够均匀的吸附在上面，不出现堆墨的情况，三是抗张强度和柔韧性满足热转印性能要求，印后在进行冷撕或者热撕时都不会出现拉毛和纸基无法撕下来的现象，四是在高温作用下不易出现纸张破损和变黄现象，当受到强大转印压力的时候热转印纸张结构变化较小[11]。

②受热压要求：热转印纸张基材的要有良好的隔热性、阻热性越低，热转印纸张越薄，传热性能越好；基材印刷要求一定时间内能够承受转印板的转印高温和巨大转印压力而且各项物理化学性能不发生变化。

③反向渗透能力要求：在油墨的转移过程中，防止油墨升华以后向转印的背面渗透，影响油墨的转移率。

2. 热转印油墨

热升华转印油墨其结构组成为溶剂、辅料、分散燃料及其极少的助剂。其中，分散燃料的化学性质具备升华转移性和渗透性好，其结构强度能够达到一定的抗强力指标，分散燃料一般会使用分子量为240～370，升华温度为150～210℃的分散油墨，经常使用到的连接料为低粘度甲基纤维素纤维、甲基羟甲基纤维素、短油变性醇碱聚树脂等，连接料的化学性能为与燃料的结合力小，较为容易将燃料气体给释放出来，拥有良好的印刷适性、保存性及热转移适应性等[12]。

热升华油墨最一般会使用在印刷纺织品中，在应用时应注意选择与承印织物的化学性质相匹配的化学类型油墨。这种油墨一般分为两种，一类是酸性染料油墨，会应用在丝绸、尼龙和羊毛制品；一类是活性染料油墨，使用于棉、麻、丝和人造纤维等。这些织物都会在印刷之前作预处理。当使用热升华油墨印刷后，这些织物都应该先清洗一遍，这样会就会去除在印染时多余的油墨或未固着的油墨。分散染料的作用在印刷涤纶等聚酯纤维，一般分为两种，分别为低能量分散型和高能量分散型。低能量分散染料大都使用在热转移，其制作步骤为先将图文印到纸上，然后使用加热辊将图文转移到聚酯纤维上, 高能量分散染料是直接印刷到聚酯纤维上，最后将产品加热使染料固化[12]。

颜料油墨通常会使用在棉质和棉涤混纺织物这两种材质上，颜料油墨中的成分有一种特殊的树脂，其作用是能够将颜料粒子在加热或UV 固化的时候更好的固着在织物上，其组成原料中树脂和颜料的百分比会决定颜料油墨印刷分为两种效果，一种是颜色淡而耐久性好，一种为颜色鲜艳而耐久性差[12]。

2.2.3 热转印工艺参数

①热转印温度

温度是影响棉织物热转印的三大因素之一，也是最主要的因素，热转移印刷给印刷过程和干燥过程的温度控制都带来了一定的难度，因为它要同时控制印刷过程的温度和干燥过程的温度。热转移印刷首先是在转印纸上进行印刷和干燥的是测量直接印刷过程的温度与测量热转移印刷过程的温度最大的区别。保持转印纸上的油墨精确的转移是一个需要进行温度测量和控制的重要环节。如果不能将一步骤完成好，就不能保证油墨在整个转印过程中的成功转移。

②热转印时间

时间参数也是影响染料转印到棉织物上的一个重要的参数，在一定的时间范围内，油墨的转移率随着时间的增加而生升高，在转印温度未达到转化温度之前，油墨不会发生升华，当转印温度达到转化温度，油墨才会慢慢从转印纸上转移到棉织物上，但是当油墨全部转移到棉织物上时，织物上油墨的转移量会伴随时间的增加基本保持在某个值周围，不会有太大的波动。温度处于最低转印温度与最高转印温度之间，织物阶调、色彩再现性随接触时间的增加而提升，时间越长，油墨的转移量越大、上色阶调性越好、棉织物内部与外部的油墨量比值越大，其转印效果越好。

③热转印压力

相对于温度和时间，压力对于热转印的影响是最小的一个，但是绝对不能忽视其对棉织物热转移印刷效果的影响，研究发现，油墨分子会在转印压力的作用下首先会脱离转印纸后进入到转印纸与织物之间的间隙，只有油墨分子在加热获得热能的作用下才能突破了间隙到达棉织物表面然后有一部分油墨分子开始向棉织物内部结构扩散与其产生相互作用力。当转印压力不足时，纯棉织物和热转印纸之间的间隙较大，油墨分子分子在移动的过程中受到的阻力过大，使大量油墨分子获得的能量与遇到的阻力相抵消，从而无法到达棉织物表面，更无法与棉织物内部结构相结合，因此棉织物上的油墨量转移的不够充分，印刷图文不清晰，阶调再现性差；当转印压力进一步升高，在这时纯棉织物与热转印纸之间的间隙变小，获得相等能量的油墨分子向织物表面的连续不间断转移并与棉织物的内部结构相结合，此时，纯棉织物的上油墨量非常充足、阶调再现性好；当转印压力再一次增大时，转印纸与棉织物之间的间隙变得更小，从理论上来说油墨分子更加容易到达织物表面并与棉织物内部结构相结合，呈现良好的颜色，但是当压力超过一定的范围，此时，也就超出了棉织物的抗压能力，使得棉织物内部的结构发生变化，从而油墨与棉织物的结合能力降低，棉织物上油墨的转移量也就随之降低。

④其他因素

在实际的生产过程中，除了温度、时间和压力这三个主要参数会影响热升华转移印刷的转印效果之外，还要注意其他的影响因素。第一就是正确的选择高质量的热转印纸；第二要了解到油墨转印之前在热转印纸上的图文和热转印后在织物上的图案的色差的大小，转印纸上的图文一般转印前看上去颜色非常暗淡，需要依靠210℃左右的温度再现样张图文的阶调值，常常会在大批量生产之前进行样张的制作，以保证图文还原的准确性[6]；第三，在热转印实际操作时，要保证热转印的加热加压板将转印纸和棉织物紧密贴合，否则可能出现转印图像不清晰的现象。

2.3 棉织物的性能特点

纯棉织在折皱以后可以简单地看作织物内部结构的变形弯曲这就是纯棉织物免烫的机理。纯棉织物在用特种整理剂处理后﹐整理剂便以单分子或缩聚物的形式在无定形区的分子键间生成共价交键﹐犹如整理剂单分子伸出了两只强有力的“大手”紧紧抓住无定形区的分子链﹐在纤维分子链间产生牵制和固定的作用﹐使其不得产生相对位移﹐这样就减少了不立即回复的变形﹐从而提高了纤维的变形回复能力﹐这就是纯棉织物免烫整理的原理[20]。

①吸湿性强，缩水率较大，约为3～9%。

②耐光性、耐热性一般。棉织物暴露在太阳光下与空气中会缓慢地被空气中的氧气和水分氧化，使其受力能力下降。若使棉织物长期在高温状态会使其物化性能遭到严重损坏，但是也可耐受130～160℃短暂高温处理。

第三章 棉织物热转印性能研究

3.1 色彩再现性能研究

3.1.1 油墨转移率

用X-Rite 528分光密度仪测试热转印纸上转印前的色密度和转印后棉织物上单色色块的色密度，用转印后棉织物上每个色块的色密度除以热转印纸上对应的单色色块转印前的平均色密度，所得到比值的百分数叫做油墨转移率。

棉织物的吸收性不宜太大也不宜过小，吸收性过大，热升华油墨比较容易渗入织物内部，当进行热转印时，容易发生油墨转移的不充分，降低转移率，影响油墨转率。若吸收性过小，油墨分子无法进入织物内部，产生相互作用力，棉织物粗糙程度对油墨的转印率有很大的影响，若粗糙度较低，墨层覆盖在织物表面上较为平整，转印再现性很好。与之相反，转印则发虚，就会造成转印不良等印刷故障。气密性性是影响棉织物转印率的一个重要指标。热转印纸的透气密性不能太小，较小的气密性在加热加压的状态下不易使热升华型的油墨与纸张相互离开，影响转印效果。

3.1.2 表观深度K/S值

K/S值是一个常数,K 表示意思是色料吸收系数,K/S值是通过不同光的反射率计算得到的，常用来做结果数据分析的常数值[20]。各取K/S的平均值, 在同一波长下进行比较，若K/S值越大，则说明该状态下棉织物与油墨分子的结合能力越强。DE 值与人的视觉效果联系为：0～1几乎无感觉；1～1.5稍微有感觉；1.5～5.0有明显感觉；5.0～8.0显著感觉；8.0～12.0非常显著感觉

表观深度K/S值越大，则织物的表面色深，上染油墨分子越多，但对于上染的油墨分子的量，K/S只能定性表示，而不能定量。同时在用K/S值比较染色试样表观深度时，相同的波长下的反射率测得的所计算出值才可以进行对比，即它们的最大吸收波长是相同的。所以说表观深度K/S值大小不能表现出织物与油墨分子结合量的多少，只能对比出油墨分子与棉织物的结合能力。

此外，由于织物材料物理性质的不同，油墨分子在织物材料上的物理状态和油墨分子在织物材料上的分散状态的不同，以及测量仪器结构有所不同，也都会对测定数据有影响。

3.2 阶调复制性能研究

有良好的阶调复制，才能表现出一件好的彩色印刷品，也就是所说的阶调值。在

可复制的亮度空间或内，以原稿的阶调层次为基础，可以复制并能识别出的亮度阶调层次越多越好，如果图象阶调和层次复制都是优良的，那么颜色复制就有了良好的基础，相反，如果图象的阶调和层次复制都不理想，那么颜色复制肯定也不会太好[16]。

印刷品的颜色是纸张不同程度地吸收了各色油以后, 剩下来的光波反射到人的视觉器官, 刺激了大脑神经的综合反映。这种综合反映使色域范围大, 色相、亮度变化越多印刷品效果越理想。此要充分利用纸张的固有白度和各色油墨叠加起的有效吸收这个色域空间, 这个色域空间利用的越大，复制效果就越好。

3.3 耐久性能研究

热转印棉布在45～50℃的恒温条件下, 用3g/L的肥皂液皂洗20min 后, 取出后用清水洗干净, 干燥。用GB250-1995(ISO105/A02-1993)标准样卡去评定皂洗色牢度等级。

皂洗色牢度是指染色制品于规定条件下，在肥皂液中皂洗后再用清水洗干净掉色的程度，它分为白织物沾脏和原样褪色两部分，白织物沾脏是将白织物与染色织物放在一起皂洗，经皂洗后，因染色织物褪色使白织物沾色的情况,, 原样褪色是指印染棉织物在皂洗前后褪色的情况, 用等级1～5来表示印染制品的等级，皂洗掉色是指织物上的油墨在肥皂液中在手搓力的作用下的褪色程度，使得油墨与棉织物的作用了降低，从而使油墨从棉织物上脱落掉色[20]。

第四章 实验及结果分析

4.1 实验目的

本次实验通过设计关于棉织物的热转印压力、时间、温度等主要工艺参数的一套实验方案，研究如何设定纯棉织物热转印工艺数据，并找到最科学，最实用的一套专门针对棉织物热转印的方案，希望为棉织物热转印工艺的大批量生产操作提供一套科学数据参考，不再使棉织物热转印工艺仅仅依靠长期的经验所完成。

4.2 实验仪器与材料

实验仪器：X-Rite 528分光密度仪，测色配色仪，JC-7C 全自动气动双工位烫画机，烫画机参数如表4-1所示。

表1 4-JC-7C全自动气动双工位烫画机参数

实验材料：热转印纸，热升华转印油墨，纯棉棉布

4.3实验样张设计

本次实验样张的设计整体尺寸为297mm ×210mm 。设计时使用InDesign 软件进行设计，在原稿图像中，包括了C 、M 、Y 、K 、R 、G 、B 七色的纯色实地块，其尺寸大小为20mm ×20mm ，其作用是进行数据的测量，测量的数据有色密度、表观深度K/S值、皂洗色牢度等级。设计了七色每色五个10mm ×10mm 填充的10%～100%的密度的色块，并且在梯尺上标出填充的密度值，其作用是测得网点面积增大值，进行数据的分析。

图4-1 正交实验样张

4.4实验方法及结果分析

根据热转印实验参数：温度、时间、压力，每个因素设置三个水平，所以选择L 9（34）正交实验方案进行实验然后测得数据分析。

表4-2正交实验因素水平表

表4-3 正交实验表头设计

首先测得未转印的印刷纸张上四个单色色块（Y 、M 、C 、K ）的色密度，然后将棉织物裁剪为A4大小的布块，将转印纸与棉织物分别在九个不同的条件下在转印机上一一进行贴合并转印，转印结束以后测得每组实验下织物上单色块的色密度，测得第一组实验数据；利用侧色配色仪测每组实验色块的K/S值，得到第二组实验数据；最后将每组实验织物块放入皂液中皂洗温度50℃, 皂液质量分数0.6%,浸泡40M/L的肥皂水中, 然后用清水洗至中性, 晾干, 测得皂洗以后的织物上单色块的色密度，得到第三组实验数据，依据这三组实验数据进行计算分析。

实验指标分别为：油墨转移率（织物色块的色密度/转印纸色块的色密度）、表观深度K/S值、皂洗色牢度等级，对这三组数据进行定量和定性指标分析。

表4-5 转印纸单色块色密度值

表4-6 正交实验设计方案及其转印效果分析（第一指标）

根据附录表1，计算得出油墨转移率；棉织物热升华转印正交实验的转印率，如表4-6所示，以Y 、M 颜色的油墨为例，在150℃时，转印率较低，所以棉织物上的Y 、M 油墨的转印量也较少，当温度升高到180℃时，转印率提高，与此同时，棉织物上Y 、M 油墨的转移量也有了明显的上升；当温度上升至210℃时，转印率明显增大，同时棉织物上Y 、M 油墨的转移量也是增量变化的。同时，随着时间由10S ～30S 增加时，油墨的转移率也不断升高，根据表4-6得出的两种优方案是A 3C 2B 3、A 3B 3C 3，所以在第一指标转印率下，不管是Y 油墨还是M 油墨，在转印温度为210℃，时间为30S 时，油墨的转移率是最好的。但其最合适的压力值未定。

表4-7 正交实验设计方案及其转印效果分析（第二指标）

根据附录表2，得到K/S值，棉织物热升华热转印正交实验表观深度K/S值，如表4-7所示，以C 、M 颜色的油墨为例，对于温度来说，当温度处于150℃和180℃时，其表观深度值较低，也就是说棉织物与油墨分子结合能力一般，对于因素转印时间来说，无论时间长短，对于表观深度的影响变化不大，对于转印压力来说，当压力处于40N 时，棉织物的表观深度值最大，也就是与织物的结合能力最好，所以根据第二参数所表观深度K/S值，可以确定两种优方案，分别是A 3B 1C 2、A 3B 3C 2。通过表观深度K/S值，可以确定其最合适的压力为40N ，但是其转印温度和时间根据这一指标无法完全确认最佳值。

表4-8 皂洗色牢度结果分析表

当温度处于150℃、时间处于10s ，压力处于30N 时，温度刚刚大于最低转印温度，转印时间也较短，油墨分子与棉织物接触时间不长，转印压力很低，转印纸与棉织物之间的空气层较厚，所以Y 、M 、C 、K 四色的皂洗色牢度等级都比较低，随着转印温度，时间，压力的升高，其等级也慢慢升高，根据表4-8所示，当转印温度升高到180℃，转印时间为10s ，转印压力为40N 时，C 色油墨的皂洗色牢度已经达到5级，但是其他三色油墨的皂洗色牢度均未达到最好。不同油墨分子其转印的参数的最佳值也是不同的，但是在第七组时，Y 、C 、K 这三种颜色的皂洗色牢度达到5级，另外M 色的皂洗色牢度也达到4级，是九组实验中，综合皂洗色牢度最好的一组，所以根据皂洗色牢度这一指标，确定最佳方案是A 3B 3C 2。在这个方案下，油墨分子的综合转印能力达到最佳。

图4-2 50%网点面积增大率

如图4-2所示，在50%的阶调值处，四色油墨Y 、M 、C 、K 都是1号实验的网点面积增大最为严重，其中以C 色最为严重，达到了39%，其次是M 色油墨，随着温度。时间和压力的不断升高，网点增大值逐渐降低，当温度、时间、压力升高到180℃、10s 、30N 时，Y 色油墨的网点面积增大值降到最低，网点增大值只有14%，但是其他三种油墨并未达到最佳值，当温度、时间、压力升高到210℃、30s ，40N 时，C 、M 、K 三色油墨网点面积增大值最低，其中K 色油墨更是达到了9%，所以根据网点面积率确定的最佳方案也有两个，分别是A 2B 1C 2、A 3B 3C 2。

热升华型转印油墨的转印原理是温度升高使油墨分子由固体状态升华变成气体状态，当温度不断升高并且达到油墨分子的最低升华温度时，油墨分子便开始逐渐升华定向移动，但是油墨分子升华量并不多；当温度的不断升高是，油墨分子升华量随之增加，当温度升高到一定值时会出现油墨分子大量聚集在棉织物表面，此时转印图像的阶调再现性和最好。但是随着温度在再一次升高，油墨分子的移动能力无法束缚。此时，油墨分子会向空气中开始扩散，油墨的转移率也就开始下降了。所以根据正交实验分析得出，温度控制在210℃左右最为合适。油墨分子长时间的与织物内部结构相结合，使太多的油墨分子进入到织物的内部结构中，此时，织物内部油墨分子数量量远远大于油墨分子在表面附着量，棉织物表层油墨分子量不足，并且转印的时间越长，油墨分子的损耗量也就越大，因此表面显色效果一般、色密度较低、转印效果也就较差。因此，温度过高时，就越要控制好转印时间，如果对转印时间控制不理想，就会发生各种印刷故障，比如出现棉织物颜色发黄等现象，合理的转印时间应该控制在30s 左右。转印压力从30N 转变为40N ，棉织物上油墨分子的转移率增大的非常明显，但是在由40N 转变为50N 时，油墨转移率变化基本不大。并且出现了转移率降低的现象。当转印压力不断升高到达设定40N 时，此时纯棉织和热转印纸之间的间隙也变的更薄，中间的阻力大幅减少，油墨分子转移到达棉织物表面的阻力也就大大降低，更多的油墨分子能够突破二者之间的间隙到达棉织物表面产生图案，到达表面的油墨分子其中有一部分能够进一步渗入到棉织物的内部结构中，产生相互作用力。使得油墨分子与棉织物的结合能力更强，所以其表观深度K/S值也就越大。当压力再一次增大，达到50N 时，破坏了织物结构，使得油墨分子与织物结合能力降低，其表观深度K/S值也就随之降低，所以综合分析，三大主要因素的主次为：温度>时间>压力，当温度为210℃, 时间为30s ，压力为40N 时，达到最好的转印效果。

结 论

目前，棉织物热转印工艺参数的设定没有一个统一的参考标准，大多棉织物热转印工艺都是根据长期积累的经验所完成的。为了获得一个行业标准的参考依据，本论文通过设计正交实验，将定量指标与定性指标综合考量，研究棉织物的热转印工艺，得到一个棉织物热转印工艺的最优方案。

（1）使用正交实验，以油墨转移率为指标，根据Y 色油墨的油墨转移率可以看出极差R ：A>C>B,也就是说主次因素为，温度>压力>时间，再依据K 值的大小，得到的优方案是A 3C 2B 3；根据M 色油墨的油墨转移率可以看出极差R ：A>B>C，也就是说主次因素为，温度>时间>压力，再依据K 值的大小，得到优方案是A 3B 3C 2。所以根据单个油墨转移率分析的出最佳的温度为210℃，最佳的转移时间为30S 。

（2）使用正交实验，以表观深度KS 值为指标，根据C 色油墨的表观深度K/S值可以看出极差R ：A>B>C，也就是说主次因素为，温度>时间>压力，再依据K 值的大小，得到的优方案是A 3B 1C 2；根据K 色油墨的表观深度K/S值可以看出极差R ：A>B>C,也就是说主次因素为，温度>时间>压力，在依据K 值大小，得到的优方案是A 3B 3C 2。所以根据单个的表观深度K/S值分析得出最佳的转印温度为210℃，最佳的转印压力为40N 。

（3）以阶调复制和皂洗色牢度等级为指标，可以看出，当温度时间和压力都处于低水平时，其皂洗色牢度等级较低，网点增大值却非常大，随着温度时间压力的不断升高，皂洗色牢度等级不断增大，网点增大值也不断降低，当在第六组和第七组实验时，两指标都达到最佳值。所以根据阶调复制和皂洗色牢度可以得出最佳方案是A 2B 1C 2和A 3B 3C 2。

本次实验以油墨转移率和表观深度K/S值为主要评价指标，用阶调复制和皂洗色牢度等级作为辅助评价指标，综合得出了棉织物热转印工艺的最优方案是A 3B 3C 2，也就是当温度为210℃，时间为30S ，压力为40N 时，棉织物热转印工艺效果最佳。

根据查阅资料得知，棉织物亲水性较强，与小粒径油墨分子结合能力弱，如果在纯棉织物上进行升华型热转印之前，对纯棉织物进行预处理，改变其纤维分子基团性质，改善其与油墨分子结合能力。这样可以在之前的基础上进一步提高油墨分子的转移率、表观深度K/S值、皂洗色牢度并降低网点面积增大值，使得棉织物热热升华转印效果更好。但是由于实验条件有限，无法对棉织物进行预处理，也就无法使得转印效果得到进一步的提升。

参考文献

[1] 杨忠敏．热转移印刷技术市场发展凸显商机[J]．技术市场．2007：84-85 [2] 滕铭辉．热转印纸涂层结构及纸页性能的研究[D].(山东轻工业学院) 硕士论 文．2009

[3] 王红凤，陈玲玲. 棉织物热转移印花机制[C]．全国印花学术研讨会．2008，4：247-250

[4] 闫素斋．热转印技术．丝网印刷[J]．2001，6：13-14

[5] 唐勇，王铁军．热转印技术与织物热转印[J]．今日印刷．2011，11：63-64 [6] 周浩. 织物热升华转印技术浅析. 丝网印刷[J]．2009，1：13-15

[7] 徐峰．数码热转印技术发展与市场展望[J]．今日印刷．2008，1：42-45 [8] 彭燕妮．数码印刷质量测试与分析[J]．印刷质量与标准化．2014，6：45-47 [9] 李云雁, 胡传荣．实验设计与数据处理[M]．化学工业出版社．2008：124-145 [10] 任怀燕，杨振水．热升华转印技术及其发展[J]．华东纸业．2015,2：24-27 [11] 陈红艳．热转印印刷工艺的发展现状[J]．今日印刷．2007，2：31 [12] 周浩．谈谈织物热升华转印技术[J]．网印工业．2009,1：21-22

[13] Yu Guan．Transfer printing with disperse on cotton fabric modified with an aqueous tolylene diisocyanate derivative[J]．Fibers and Polymers．2009

[14] 程飞，高洁，朱谱新．用于纯棉热升华转移印花的聚酯乳液涂层剂[J]．纺织学报．2015，2：149-151

[15] 陈伊凡．热转印技术研究[J].广东印刷．2010，1：46-47

[16] 郭凌华，高温热转移印花纸印刷色彩管理及评价的研究[D]．（陕西科技大学）学位论文.2012

[17] 李智斌，刘金刚，王成海，贾卫华．升华类热转印纸质量的影响因素[J].中华纸业.2010，22：57-59

[18] 刘金刚，李洪才，王比松．数码热升华转印纸的应用及其关键性能评述[J]．中国制浆造纸研究院．2009：59-62

[19] Ueno ，Take shi．Thermal transfer image receiving sheet[P]．6352957．1998 [20] 于广涛．提高棉织物活性染料染色牢度[J]．印染．2006，1：12-14 [21] Barry ．Method of a new hand iron transfer technique[P]．6539652．2003 [22] 金银河．特种印刷技术及其应用[J]．北京．化学工业出版社．2000：77-78

[23] 季莉．天然纤维织物热转移印花的现状与发展．印染与着色．2011，8: 27-28 [24] 于媛媛，李成鑫．女裤数码印花纸热转移印花工艺优化方案分析．针织工业．2016,2：60-61

[25] 万达，屈贞财．热转印纸转印适性评价模型的建立．纸和造纸．2014,33：40-43

附 录

表1 棉织物四色色块的平均密度值

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谢 辞

本论文是在王丽珍老师的认真指导下完成的。从论文的初期资料搜集到实际操作实验再到数据处理过程、写成论文，王老师都认真辅导、敦促进度。在整个论文写作过程中，逐渐培养了自己对实验的兴趣，具备了一定的科研水平和思考解决问题的能力，从而使自己得以完成学业。王老师在指导过程中体现出来认真负责和严谨作风都在潜移默化中影响了我，使我受益匪浅，相信在以后的日子将会对我有更大的帮助。在此，我向王老师致以最衷心的感谢，感谢她四年来对我传授的知识以及论文期间付出的心血！

在学习、实验和完成论文期间，得到了实验室的穆东明老师的支持和帮助，特别是郅云、冯龙等老师在一些问题上的给我解惑，在此向他们表示衷心的感谢。

最后感谢我的朋友，感谢他们一直以来给予得鼓励和支持，谢谢！

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