Особенности мокрых процессов

В процессе цифровой печати по текстилю сама печать зачастую играет не самую важную роль. Затраты на приобретение принтера могут составлять менее 30% от цены комплекса вспомогательного оборудования, необходимого для обеспечения прямой цифровой печати.

Разберём, какие вспомогательные процессы обработки ткани необходимы, на каких устройствах эти процессы могут быть сделаны.

1. Пропитка — неотъемлемая часть процесса подготовки ткани для печати.

В аналоговой (ротационной) печати по ткани есть возможность объединить все необходимые компоненты вместе и получить готовую для печати краску. Кстати, текстильщики называют её не краской, а пастой: по консистенции она напоминает сметану. Но паста эта достаточно густая, печатные головки не могут работать с жидкостью такой плотности. Производители нашли выход: часть компонентов включают в чернила (на водной основе), часть компонентов наносят непосредственно на ткань в виде пропитки (на водной основе). Это относится к любому виду чернил для цифровой печати по натуральным тканям — перед печатью ткань необходимо пропитать и полностью высушить. Герметичная упаковка в непрозрачную плёнку позволяет хранить пропитанные материалы вплоть до 12 месяцев без потери свойств. Составы пропиток под реактивные, кислотные, пигментные и дисперсные красители совершенно разные. Наиболее трудоёмкий процесс — печать реактивными чернилами. Целлюлозные волокна хлопка и вискозы требуют разные пропитки. В первом случае используют каустическую соду, а во втором — кальцинированную. Если вы хотите печатать и хлопок, и вискозу, вам надо иметь два разных раствора и перемывать пропитку при смене типа ткани. Это принципиально важно: если перепутать соду, вы получите брак печати, ткань будет линять. Но и это не всё: для тканей и трикотажа разной плотности и разного типа плетения (вязки) необходимо вносить небольшие корректировки в базовый состав пропитки. Порой несколько граммов химиката на один литр жидкости может серьёзно повлиять на итоговый результат. Создание формулы пропитки для каждой конкретной ткани — это большая экспериментальная работа, требующая знаний и опыта технолога по окрашиванию тканей. Не стоит забывать, что хлопок бывает разных сортов, произрастает в разных регионах. Как и для вина, для хлопка бывают урожайные и неурожайные годы — солнца и влаги может быть много или мало. Производители пряжи идут на ухищрения и перемешивают хлопок с разных полей и даже из разных регионов, бывает, что и урожаи разных лет. Но сути это не меняет, очень похожий хлопок может отличаться по свойствам, и пока не попробуешь — не узнаешь. Как и в любом сложном деле, дьявол кроется в деталях, а в цифровой печати — большой дьявол в очень маленьких деталях. Мировой (и российский) опыт показывает, что от момента установки цифровой печатной машины для печати по целлюлозным волокнам реактивными чернилами в новую компанию без опыта цифровой печати по ткани и до получения устойчивых позитивных результатов проходит от 12 до 18 месяцев. Не дней, не недель, а именно месяцев. Если оптимистичный продавец оборудования обещает вам отличный результат печати реактивными чернилами за 2–3 недели, попросите его написать нотариальную расписку, что в случае неполучения обещанного качественного отпечатка на ткани в обещанные сроки продавец дарит вам квартиру. Поверьте, обещания продавца закончатся в тот же момент.

Для нанесения пропитки в текстильной промышленности чаще всего используют так называемые «плюсовки». Название пошло от сути самого процесса — после пропитки и высыхания в ткани остаётся вещество, то есть ткань получает некий привес. Плюсовка состоит из ванны, куда ткань погружается полностью, нескольких подающих валов и валов отжима. Именно два вала отжима регулируют количество жидкости, которое останется на ткани после плюсовки.

Плюсовка валкового типа: цветом показаны валы плюсовки и бак с жидкостью Иллюстрации для статьи подготовил Максим Ефремов

Валы отжима пропитки. Между валами проходит ткань

При сушке вода испаряется, сухое вещество (нужная для печати химия) остаётся на ткани. Важно понимать: пропитка полностью проникает в ткань, а не наносится только на поверхность. В подавляющем большинстве случаев плюсовка является частью сушильно-ширильной машины — подробно расскажем ниже, в п. 4.

Для тканых полотен и при небольшом объёме производства применяют пропитки в виде отдельного устройства, не в составе СШМ.

Схема Monti Antonio 62–2000 — универсальное устройство для пропитки и сушки ткани, для фиксации пигментных чернил и для реактивации дисперсных чернил

Пропитка объединена с сушкой в одном корпусе (Монти Антонио) или представляет пропитку и сушку в виде двух устройств, расположенных рядом с общим питанием и шиной управления (Cibitex и SETeMa).

Пропитка SETeMa E-Pad

Ванна с пропиточной жидкостью и валы отжима Monti Antonio 62–2000

Компактные пропитки малопригодны для трикотажа, имеют ограниченный функционал, но их стоимость в несколько раз ниже, чем цена на базовую СШМ. В цифровой печати компактные пропитки используют в том числе и в нашей стране.

2. Фиксация чернил — важнейший этап обработки ткани после печати. Яркость красок, их устойчивость, степень закрепления и равномерность окрашивания напрямую зависит от устройства фиксации. Для фиксации реактивных и кислотных чернил необходим паровой зрельник, он же — стимер (от англ. steam — пар). Стимер представляет собой закрытый корпус, внутри которого парогенератор (встроенный или внешний) создаёт среду насыщенного пара, нагреватель поддерживает рабочую температуру в диапазоне 102–106 °C. Время фиксации в стимере реактивных чернил составляет 10–12 минут, кислотных — 30 минут.

Схема стимера MS Ecovapor VLD 110M

Стимер Zimmer MODUS

В подавляющем большинстве конструкций стимеров разных производителей (кроме изделий начального уровня) можно поддерживать температуру от 100 до 220 °C. Поэтому на текстильных комбинатах стимер часто используют в т. ч. для фиксации пигментных чернил. На каждом текстильном комбинате есть сушильно-ширильная машина, СШМ практически идеальный инструмент для фиксации пигментных чернил. Для закрепления пигментных чернил небольших тиражей может быть использована контактная сушка барабанного типа (ткань необходимо прогревать с обратной стороны, не травмируя красочный слой) или конвекционная туннельная сушка (такие используют в трафаретной печати).

Пропитка и фиксатор Cibitex EasyCoat/Dry

Пропитка и фиксатор Monti Antonio 62–2000

Барабан с керамическим покрытием фиксатора Cibitex

Рабочая температура фиксации пигментных чернил 150–160 °C, рекомендованное время 3–8 минут. В последние годы составы пигментных чернил претерпевают изменения, время закрепления чернил сокращается. Некоторые производители декларируют сокращение времени до 90–120 секунд с сохранением до 80% заявленных свойств по адгезии к материалу. Стимер также используют для фиксации дисперсных чернил при прямой печати по полиэстеру: при температуре 180–200 °C, время 1–2 минуты. При добавлении пара улучшается проникновение чернил внутрь синтетических волокон, это может быть полезно при изготовлении флагов, ряда изделий наружной и интерьерной рекламы, световых коробов. Для фиксации дисперсных чернил часто используют реактиваторы без фетра и традиционные каландровые термопрессы. Температура 200–220 °C, время 15–45 секунд.

Промышленный паровой стимер (зрельник) представляет собой дорогостоящее и громоздкое изделие из нержавеющей стали специальных марок. В среде насыщенного пара и мочевины создаётся весьма агрессивная среда, которая уничтожает металл, не соответствующего класса коррозионной устойчивости, за 1,5–2 года. В поездках по комбинатам Средней и Юго-Восточной Азии видел на производствах ржавые стимеры, установленные на элементы кирпичной кладки, — потому что дно сгнило и провалилось. Качественная нержавеющая сталь имеет весьма высокую цену, что напрямую сказывается на цене устройств. К примеру, среднеразмерный итальянский проходной петлевой зрельник MS Ecovapor VLD 110M стоит от 350 тыс. евро, требует подключения магистрального газа и 100 KWt трехфазного электропитания 380 V. Китайский зрельник будет стоить вчетверо дешевле и через 2 года встанет на кирпичи (как и его азиатские аналоги) по причине коррозии. Существуют компактные зрельники, более удобные для цифровой технологии печати. Могут быть как периодического действия, так и проходные. Петлевых компактных зрельников в природе не бывает.

Стимер проходного действия SETeMa E-Steam

Компактный стимер периодического действия Cibitex Easy Steam

3. Мойка ткани.

При прямой цифровой печати реактивными, кислотными и дисперсными чернилами в ткани всегда остаётся некоторая часть не зафиксированного красителя. Этот незакреплённый краситель необходимо удалить. Если этого не сделать, ткань будет отдавать краситель при намокании, то есть линять. В самом простом случае при небольших объёмах отпечатанной ткани допускается использование промышленных стиральных машин, которые по конструкции повторяют бытовые стиральные машины, но имеют намного больший диаметр барабана и большую загрузочную ёмкость, например, на 25–50 кг сухого материала. При промышленном поточном производстве используют проходные мойки, работающие с непрерывными материалами и рабочей скоростью в несколько сотен метров в час. Печать пигментными чернилами не требует мойки, так как при соблюдении технологии все чернила связываются с тканью. Отсутствие мойки в техпроцессе пигментной печати является важным преимуществом как в снижении затрат на приобретение оборудования, так и снижения вредного воздействия на окружающую среду.

Схема промышленной мойки

Камеры мойки полотна Icomatex

Промышленная мойка — это сложное, громоздкое и энергоёмкое оборудование. Длина промышленной мойки может достигать 50 метров, цена базовой модели исчисляется в сотнях тысяч евро, а оборудование топ-класса запросто переходит планку в 1 млн евро. Промышленные мойки нагревают большое количество воды, греть воду электричеством не оправдано экономически. Не стоит даже рассматривать приобретение промышленной мойки без магистрального газа в границах участка установки. Кроме большого энергопотребления промышленные мойки при промывке тканей загрязняют воду. В среднем на 1 кг ткани необходимо 12–15 кг воды, всю использованную воду необходимо очистить. Это требует серьёзных очистных сооружений, построить которые с нуля весьма дорого. Более того, не в каждом месте и не на каждом участке возможно строительство очистных сооружений. Даже Китай за последние 5 лет серьёзно ограничил нормы по загрязнению окружающей среды, надзорные органы следят за соблюдением законов. Так, как это было ещё 20 лет назад, уже не будет. Следует отметить, что существуют компактные мойки, как проходные, так и периодические. Ряд клиентов использует их в России.

Малопроизводительная проходная мойка SETeMA E-Wash

Промышленная стиральная машина периодического действия Washiq SI-200

4. Фиксация геометрических размеров ткани (особенно трикотажа) по заданным параметрам. Материал необходимо готовить перед печатью и обязательно после печати. Стабилизация размеров до печати позволяет гарантировать корректное нанесение сложных рисунков, особенно это важно при печати геометрических рисунков. Глаз человека может пропустить искажение абстрактных рисунков, некоторое изменение пропорций мелких рисунков. Но овал вместо круга, трапецию или ромб вместо квадрата не заметить невозможно даже при искажении пропорций на 5%. Для фиксации размеров используют сушильно-ширильные машины (СШМ), или Stenter Machine, в Азии их называют RAM.

Stenter Machine Icomatex

Перечислим основные функции СШМ:

• Подготовка ткани перед подачей — выравнивание, устранение перекосов, равнение по утку *
• Химическая обработка (пропитка ткани разными составами для придания необходимых свойств)
• Контроль ширины ткани
• Защита от усадки ткани
• Сушка ткани и контроль остаточной влажности

СШМ в многоцелевой цепочке операций представляет собой установку из нескольких модулей, а именно:

• Модуль подачи и выравнивания ткани. Система валов позволяет убрать возможные перекосы и изгибы ткани. Мировой лидер в производстве модулей выравнивания для СШМ — итальянская Bianco.
• Модуль химической обработки (плюсовка) представляет собой ванну для химического раствора с системой автоматической подачи, два вала отжима ткани, систему управления и контроля.
• Механизм проводки ткани представляет собой две закольцованные цепи с иголками, расположенные по левой и правой стороне. Захватывающие цепи отвечают за прочную фиксацию и проводку ткани через все модули машины.
• Многокамерная сушка, включающая в себя нагрев и охлаждение. Обычно в сушке поддерживается температура от 130 до 180 градусов, в зависимости от типа ткани. Длина зоны сушки может достигать 50 метров. В конце сушки установлен охладитель, состоящий из пары роликов из нержавеющей стали, внутри которых течёт холодная вода.

Выход готовой ткани может быть реализован в тележку или ткань сматывается в роли диаметром до 1200 мм.

СШМ Bruckner

Схема сушильно-ширильной машины

Достаточно часто в процессе заключительной стабилизации размеров ткани используют дополнительную пропитку для придания ткани более привлекательных свойств. Например, умягчение или придание грязеотталкивающих, бактерицидных и других полезных свойств. Промышленные СШМ в процессе сушки требуют большое количество энергии, которое может обеспечить только трубопроводный газ.

Технологический процесс прямой печати по ткани зависит от типа волокон

Печать по целлюлозным волокнам

Целлюлозные волокна — это хлопок, лён, вискоза, ткани из разного рода растительных волокон, включая экзотические крапиву, коноплю. Также к целлюлозным материалам относится и вискоза, которая является продуктом переработки различных целлюлозных волокон (и поэтому считается искусственным волокном), как классических, указанных выше, так и экзотических, например, бамбука.

Для печати по целлюлозным волокнам используются реактивные чернила, печать происходит поэтапно.

Этапы печати реактивными чернилами

Многие авторы забывают указать, что при работе с реактивными чернилами необходимо большое количество чистой подготовленной воды для мойки ткани. Из этого следует, что после мойки ткани грязную воду необходимо очищать. Это весьма непростой и затратный процесс. Если у вас есть текстильная фабрика советской постройки, каскадные очистные сооружения скорее всего были заложены по проекту, и они у вас есть. Восстановить их работоспособность в полном объёме возможно, но очень недёшево. Строить с нуля очистные сооружения, отвечающие всем современным нормам, фактически неподъёмная задача, их стоимость может превысить стоимость цифрового печатного комплекса.

Печать по полиэстеру

Полиэстер удобен в печати, это недорогой и качественный материал. Полиэстер — единственный тип волокна, который демонстрирует постоянный рост потребления. Для печати по полиэстеру используют дисперсные чернила для прямой печати. Или метод сублимации через промежуточный носитель в виде специальной бумаги. Сублимационная печать наиболее проста и предсказуема, не требует большого количества энергии

Этапы прямой печати

Мойка при прямой печати обязательна, в ткани остаётся до 7% незакреплённого красителя. Попадание влаги приводит к появлению грязных разводов, что неприемлемо.

Этапы сублимационной печати

Печать по шерсти, шёлку и полиамиду

Шёлк и шерсть относятся к категории самых дорогих волокон. Изделия из шёлка всегда высоко ценились и спрос на них со временем только усилился. За последние 15 лет заметно подорожало как сырьё, так и готовые изделия. Полиамид используется как сырьё для рабочей и специализированной одежды, в производстве купальников. Для печати используют кислотные чернила. Процессы повторяют работу с целлюлозными волокнами, но с другими технологическими параметрами. Печать кислотными чернилами имеет те же плюсы и минусы, что и печать реактивными чернилами.

Этапы печати кислотными чернилами

Печать по смесевым волокнам и универсальная печать

Многие ткани в современной текстильной индустрии имеют сложный состав. Так называемый поликоттон — это смесь хлопка и синтетики в разных пропорциях. Для потребителя это не всегда плохо, некоторое добавление полиэстера в хлопок улучшает прочностные свойства тканей, материал меньше мнётся и лучше держит форму. Для смесевых тканей используют печать пигментными пастами в ротационной печати уже более 70 лет. Пигментные чернила для цифровых принтеров появились порядка 15 лет назад и набирают популярность. Пигментные чернила используют для печати по целлюлозным и смесевым волокнам.

Этапы печати пигментными чернилами

Пропитка до печати заметно улучшает яркость красок, пропитка после печати улучшает прочностные характеристики до приемлемого уровня. По шкалам определения устойчивости к сухому и мокрому трению использование двух этапов пропитки позволяет получить 3,5–4 балла. Без заключительной пропитки это результат, как правило, не превышает 2,5–3 балла.

Выводы:

1. Построить полноценную линию печати реактивными (или кислотными) чернилами в современных реалиях возможно, но затраты на оборудование и очистные сооружения являются серьёзным вызовом даже для весьма состоятельных компаний.
2. Печать пигментными чернилами по натуральным и смесевым тканям — это весьма вероятное будущее. Тоже затратное, но с явными преимуществами: не требуется вода, очистные сооружения и магистральный газ. Построить комплекс печати с пигментными чернилами возможно, но кроме принтера требуется ещё СШМ. Так как ткань после печати не надо мыть и сушить, возможны варианты маломощной нагревательной секции с питанием от электросети.
3. Прямая печать по полиэстеру требует мокрых процессов и системы очистки воды. В текущих условиях окупаемость линии прямой печати по полиэстеру выглядит весьма сомнительно.
4. Сублимационная печать по синтетике представляет наибольший интерес по соотношению прибыли к затратам на покупку оборудования, имеет наименьший срок окупаемости из всех представленных видов цифровой печати. Сублимационная печать развивается последние 20 лет, темпы роста в среднем 15–20% в год. Среди лидеров роста — Азия и Южная Америка.

Об авторе: Юрий Ефремов (y.efremov@t-textile.com) — директор компании «Текстиль и Технологии», занимающейся поставками оборудования и расходных материалов для цифровой печати по текстилю.

Использованы материалы компаний Monti Antonio, Cibitex, Zimmer, Icomatex, MS Printing Solutions, Bruckner.

Иллюстрации для статьи подготовил Максим Ефремов

* Нити утка должны быть строго перпендикулярны нитям основы, которые расположены вдоль полотна. Нарушение этого условия неминуемо ведёт к геометрическим искажениям при печати по ткани и при эксплуатации готового изделия. Как пример — дешёвые футболки, которые после первой стирки садятся или закручиваются «винтом».