Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ

Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA IN VÀ TRUYỀN THÔNG

- -

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ IN

GV hướng dẫn: THs Trương Thế Trung

SV th ực hiện: Lê Nguyễn Ngọc Vi 18158169

Lương Thị Hòa Bình 18158111

L ớp: 181580B - Khóa: 2018

NH ẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

.………

M ỤC LỤC

A PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 1

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

B NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP IN CHUYỂN NHIỆT TRÊN SỨ VÀ PHÂN TÍCH CẤU TẠO, ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA SỨ CHO IN CHUYỂN NHIỆT 3 1.1 Phương pháp in chuyển nhiệt 3

1.1.1 Khái niệm, nguyên lí phương pháp in chuyển nhiệt 3

1.1.2 Ưu điểm và ứng dụng của in chuyển nhiệt 3

1.2 Phân tích cấu tạo và đặc tính của sứ cho in chuyển nhiệt 3

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN ĐỂ IN CHUYỂN NHIỆT TRÊN VẬT LIỆU SỨ 6 2.1 Yêu cầu về vật liệu cho in chuyển nhiệt trên sứ 6

2.1.1 Giấy chuyển nhiệt phù hợp với vật liệu sứ 6

2.1.2 Phân tích cơ chế hoạt động và mực in phù hợp cho in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ 7

2.2 Điều kiện đủ về nhiệt độ, thời gian và áp lực khi ép chuyển nhiệt hình ảnh in lên vật liệu sứ 9

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỀ MẶT VẬT LIỆU SỨ TRƯỚC KHI IN CHUYỂN NHIỆT 11

3.1 Các yêu cầu về xử lý bề mặt sứ 11

3.2 Phương pháp làm sạch bề mặt sứ 11

3.3.2 Làm sạch bề mặt sứ bằng phương pháp xử lí plasma 12

3.3 Các phương pháp xử lý thấm hút bề mặt phù hợp cho vật liệu sứ 13

3.3.1 Xử lí thấm hút bề mặt sứ bằng công nghệ plasma 13

3.3.2 Xử lý thấm hút bề mặt sứ bằng phương pháp hóa học 14

3.4 So sánh phương pháp xử lý bề mặt bằng công nghệ plasma và sử dụng hóa chất 15 3.5 Qui trình xử lí bề mặt vật liệu sứ trước khi in bằng công nghệ plasma 15

CHƯƠNG 4: KIỂM SOÁT chất lượng hình ảnh in khi nhiệt độ thay đổi VÀ PHÂN TÍCH QUI TRÌNH IN CHUYỂN NHIỆT TRÊN SỨ 17

4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng hình ảnh in trên vật liệu sứ 17

4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng hình ảnh in trên vật liệu sứ 17

4.1.2 Kiểm soát nhiệt độ để đảm bảo chất lượng hình ảnh in trên sứ 18

4.2 Qui trình sản xuất 19

4.2.1 Qui trinh chung cho phương pháp in chuyển nhiệt trên sứ 19

4.2.2 Phân tích quy trình thực hiện in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ 20

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 23

5.1 Thực nghiệm 23

5.2 Đánh giá kết quả 24

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 26

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 27

A PH ẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do ch ọn đề tài

Với sự bùng nổ mạnh mẽ của cách mạng công nghiệp 4.0 chúng ta đã chứng kiến nhiều thay đổi trong mọi ngành và ngành in cũng không ngoại lệ Các công ty và tổ chức trong ngành đang hướng đến sự tự động hóa, đa chức năng, các công nghệ in kỹ thuật số đang là xu hướng cho tương lai nhờ các ưu điểm trên, thay thế cho sức người cùng với

sự chính xác và hiệu quả cao Ngành công nghệ in nhiệt nói chung và in chuyển nhiệt nói riêng đang càng được chú ý và là ngành hứa hẹn nhất Với sự đa năng, in được trên nhiều loại vật liệu khác nhau như giấy, gỗ, nhựa, vải, bê tông, kim loại như thép, gốm, sứ…in chuyển nhiệt giải quyết được vấn đề in nhiều màu, tái tạo hình ảnh in tốt, khó phai hơn so với các sản phẩm khác, và đặc biệt là in nhanh, đẹp, giá thành thấp hơn so với các phương pháp khác

Hiểu được tính ứng dụng cao và ưu điểm của phương pháp in chuyển nhiệt trên nhiều loại vật liệu khác nhau, nhóm quyết định chọn đề tài: “Tìm hiểu công nghệ in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ” để giúp mọi người hiểu hơn về phương pháp in này và tính ứng dụng của nó trên vật liệu sứ, sự vượt trội so với phương pháp in khác để vươn lên trở thành xu hướng được chào đón cho ngành in quảng cáo trong tương lai

2 Mục tiêu của đề tài

Để hiểu hơn về đề tài, ta sẽ đi giải quyết các vấn đề sau:

- Phân tích khái quát về phương pháp in chuyển nhiệt trên sứ và cấu tạo, đặc điểm của vật liệu sứ cho in chuyển nhiệt

- Tìm hiểu về các điều kiện để in chuyển nhiệt được trên vật liệu sứ (sứ, mực, giấy, )

- Phân tích qui trình in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là phương pháp in chuyển nhiệt cho vật liệu sứ

- Tìm hiểu các điều kiện để áp dụng in chuyển nhiệt cho vật liệu sứ

- Tìm hiểu các phương pháp xử lý bề mặt vật liệu và tìm ra phương pháp xử lý tối

ưu cho vật liệu này

- Phân tích qui trình sản xuất và kiểm soát chất lượng hình ảnh in hiệu quả khi nhiệt

độ thay đổi

4 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu những tài liệu về in chuyển nhiệt trong giáo trình để nắm rõ kiến thức

B N ỘI DUNG

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ PHƯƠNG PHÁP IN CHUYỂN NHIỆT TRÊN SỨ

VÀ PHÂN TÍCH C ẤU TẠO, ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA SỨ CHO

IN CHUYỂN NHIỆT 1.1 Phương pháp in chuyển nhiệt

1.1.1 Khái niệm, nguyên lí phương pháp in chuyển nhiệt

In chuyển nhiệt là công nghệ in kỹ thuật số, thuộc một trong hai nhánh của công nghệ in nhiệt: in nhiệt trực tiếp (direct thermography) và in nhiệt gián tiếp (transfer thermography) In chuyển nhiệt in được hầu hết trên nhiều loại vật liệu thấm hút hoặc không thấm hút (giấy, sứ, vải, thủy tinh, kim loại, màng…)

Công nghệ in chuyển nhiệt là công nghệ sử dụng một loại mực in đặc biệt (mực

in chuyển nhiệt) lên giấy in chuyên dụng, sau đó sử dụng máy ép nhiệt để giúp những hình ảnh từ giấy chuyển nhiệt vừa in bám chặt vào vật liệu in

Về nguyên tắc chung in chuyển nhiệt dựa trên tác dụng nhiệt làm nóng chảy mực trên vật trung gian mang mực (giấy chuyển nhiệt), mực thăng hoa sẽ được truyền lên

bề mặt vật liệu in với áp lực, thời gian và nhiệt độ phù hợp

1.1.2 Ưu điểm và ứng dụng của in chuyển nhiệt

Là công nghệ in thông dụng trong ngành công nghiệp in quảng cáo hiện nay, với

ưu thế in nhanh, in được trên nhiều loại vật liệu khác nhau: từ không thấm hút đến thấm hút (vải, gạch men, gốm sứ, thủy tinh, kim loại, màng, gỗ, giấy,…)

In được bất kì hình ảnh và màu sắc nào, khả năng tái tạo màu tốt, màu in bền, chất lượng in cao Chi phí vật tư, thiết bị thấp, qui trình đơn giản dễ làm,

1.2 Phân tích c ấu tạo và đặc tính của sứ cho in chuyển nhiệt

Vật liệu sứ là chất nền cứng, giòn, chịu nhiệt và chống ăn mòn Được tạo ra bằng cách tạo hình và sau đó nung một khoáng chất kim loại ở nhiệt độ cao Thành phần của sứ chứa đất sét, cao lanh, cát và tràng thạch nung kết khối tạo xương trắng và trong

Thành phần điển hình của sứ bao gồm: 50% đất sét và cao lanh, 25% tràng thạch (kali), 25% cát quắc Phối hợp này tương đương với thành phần lý thuyết 69% SiO2, 26%Al2O3, 5%K2O

Sứ dùng trong in ấn thường là sứ cứng dân dụng (phân loại dưa theo nhiệt độ nung khoảng 1350-14500C) Sứ cứng dân dụng có màu trắng cao, trong và độ bền cơ, bền hóa cao Có tính chất bề mặt min, được tráng men dễ dàng cho in ấn Sứ mềm (nhiệt độ nung khoảng 1280-13500C) cũng thường được in, tuy nhiên sứ này không được tráng men, nên cần phải qua xử lý bề mặt để dễ in, hình ảnh sắc nét, và đạt được chất lượng cao

Hình 1.1: Cấu trúc của vật liệu sứ

1 L ớp mộc (xương sứ): có cấu trúc hạt min, thành phần phối liệu được nghiền

rất mịn và độ đồng nhất cao Độ hút nước < 4%, nên có độ bền hóa, bền cơ cao

2 L ớp tráng men: lớp men này giúp tăng độ trắng, chống bám bẩn hay thấm

ướt cho vật liệu, tăng độ mịn và nhẵn cho sứ

Từ những phân tích về cấu tạo, đặc điểm nói trên, sứ cứng dân dụng là một lựa chọn hợp lí cho in chuyển nhiệt nói riêng và in ấn nói chung Có thể dựa trên các đặc tính này của sứ cứng mà ta có thể lựa chọn được loại sứ phù hợp cho in chuyển nhiệt

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐIỀU KIỆN ĐỂ IN CHUYỂN NHIỆT TRÊN VẬT

LI ỆU SỨ

2.1 Yêu c ầu về vật liệu cho in chuyển nhiệt trên sứ

2.1.1 Giấy chuyển nhiệt phù hợp với vật liệu sứ

Để in chuyển nhiệt được hay truyền hình ảnh in sang vật liệu mong muốn, ngoài những điều kiệu về vật tư và thiết bị bắt buộc như máy in chuyển nhiệt, máy ép nhiệt, keo dán, thì giấy chuyển nhiệt là vật liệu vô cùng quan trọng không thể thiếu Tùy vào mỗi loại vật liệu mà sẽ có một loại giấy khác nhau phù hợp được các yêu cầu về tính chất vật liệu và chất lượng hình ảnh in

Như mục 1.2 ta tìm hiểu được cấu tạo và đặc điểm của vật liệu sứ Sứ là vật liệu

có độ cứng cao, không thấm hút, có tính trơ hóa học, góc thấm hút nhỏ vì thế giấy chuyển nhiệt để in trên vật liệu sứ ngoài việc phải truyền được hình ảnh in sang vật liệu nhờ tác động nhiệt thì còn cần phải đảm bảo được độ bền màu sau in, dễ in, tăng khả năng kết dính lớp mực lên vật liệu

 C ấu tạo giấy chuyển nhiệt phù hợp cho vật liệu sứ

Hình 2.1: M ặt cắt của giấy chuyển nhiệt

Dựa vào hình minh họa cho mặt cắt của giấy chuyển nhiệt phù hợp cho vật liệu

sứ, ta thấy giấy gồm 6 lớp:

- L ớp trượt (6): Với khả năng chịu được nhiệt và có độ ổn định khi hoạt động

đối với đầu ghi nhiệt

- Màng n ền (vật liệu nền) (5): Độ dày màng nền tốt nhất trong khoảng từ 2µm -

5µm, khả năng chịu nhiệt của lớp nền chịu nhiệt càng thấp, độ dày càng mỏng thì khả năng truyền nhiệt càng tốt và các đặc tính nhiệt càng tốt Có độ mịn cao

để đảm bảo tốc độ truyền của mực, phải đủ độ bền để đảm bảo rằng nó không bị rách trong quá trình xử lý và in lên giấy chuyển nhiệt

- L ớp matt (4)

- L ớp mực thứ 2 (3): là lớp mực được thêm vào để cải thiện độ bền sau in và bổ

sung các tính chất cần có cho giấy chuyển nhiệt, để nó có thể in được trên vật liệu sứ và đảm bảo các yêu cầu về chất lượng hình ảnh

Lớp mực này thường được cấu thành từ các loại nhựa nhiệt dẻo: nhựa etylen, nhựa acrylic hoặc nhựa polyester, giúp cải thiện tính dễ in trong quá trình in, tăng độ kết dính cho mực, giúp mực dễ bám trên sứ (có góc thấm hút nhỏ) Để tăng tính hiệu quả khử màu tốt hơn, chất tạo màu được bổ sung thêm

ở lớp mực

- L ớp mực thứ nhất (2): là lớp mực truyền nhiệt, lớp mực truyền lên vật liệu in

(mang hình ảnh in) Lớp mực được hình thành trên màng nền bằng cách in phun trên máy in phun kỹ thuật số Độ dày lớp mực thường từ 1µm - 5µm

- L ớp bảo vệ (1): để bảo vệ hình ảnh in sau khi in lên giấy chuyển nhiệt trong điều kiện môi trường không thuận lợi (ẩm ướt, nhiều bụi, nhiệt cao,…)

2.1.2 Phân tích cơ chế hoạt động và mực in phù hợp cho in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ

Chất lượng hình ảnh in khi in chuyển nhiệt trên vật liệu sứ được quyết định bởi nhiều yếu tố, trong đó quan trọng hàng đầu là mực in chuyển nhiệt Mực in chuyển nhiệt sẽ được in lên giấy chuyển nhiệt, sau đó được truyền sang bề mặt vật liệu bằng máy ép nhiệt Lựa chọn loại mực in phù hợp là vô cùng quan trọng vì nó quyết định chất lượng hình ảnh cần in

 Cơ chế hoạt động của mực in chuyển nhiệt

Mực in chuyển nhiệt dưới tác động của nhiệt độ cao sẽ bị bốc hơi và chuyển từ thể rắn sang thể khí mà không cần qua thể lỏng Sau khi bốc hơi, mực in lên bề mặt giấy chuyển nhiệt như hình ảnh đã thiết kế Sau đó, dưới tác động của nhiệt lượng tỏa

ra từ máy ép nhiệt, các lỗ nhỏ trên bề mặt giấy chuyển nhiệt sẽ mở ra để thuốc nhuộm

đi từ bề mặt giấy sang vật liệu sứ Lúc này thuốc nhuộm sẽ chuyển từ thể hơi sang thể rắn và bám vô cùng chắc lên bề mặt vật liệu in

Quá trình in chuyển nhiệt là quá trình hấp thụ màu sắc vào vật liệu Vì thế những hình ảnh được in có khả năng giữ màu cực tốt Hình ảnh và màu sắc sắc nét, sống động hơn và thời gian sử dụng lâu hơn

 Lưu ý khi lựa chọn mực in chuyển nhiệt phù hợp cho in chuyển nhiệt

Mực in chuyển nhiệt chỉ thực sự tốt khi được sử dụng với loại giấy in chuyển nhiệt và vật liệu phù hợp Mực in phù hợp cho in chuyển nhiệt và có khả năng bám dính tốt trên nền sứ phải đám bảo các yêu cầu sau:

- Mực có độ nhớt cho phép in bằng máy in phun ở nhiệt độ phòng là dưới 50 cps,

ở nhiệt độ đầu phun có độ nhớt dưới 20 cps, tốt nhất là 10-13 cps Độ nhớt của mực thấp thì tính lưu động cao vì vậy mực có thể dễ dàng bám dính vào bề mặt

- Mực phải bền với nhiệt độ cao, bám dính tốt trên sứ khi ép nhiệt, nung, không

bị trầy xước khi bị tác động bởi các tác nhân vật lý, hóa học

- Mực in thường thuộc trong hai loại: hữu cơ và vô cơ

- Để đáp ứng các yêu cầu về nhiệt độ, độ bền màu nói trên, thành phần mực phải

có chất màu vô cơ chịu nhiệt là các oxit kim loại: oxit crom, oxit đồng, oxit titan, oxit sắt,

2.2 Điều kiện đủ về nhiệt độ, thời gian và áp lực khi ép chuyển nhiệt hình ảnh in lên v ật liệu sứ

In chuyển nhiệt có thể được chia ra làm hai giai đoạn: giai đoạn kết dính (đưa hình ảnh in từ giấy chuyển nhiệt lên bề mặt vật liệu) và giai đoạn tách (tách tờ chuyển nhiệt

ra khỏi bề mặt vật liệu) Giai đoạn đầu là giai đoạn chủ chốt, 3 yếu tố quan trọng không thể thiếu trong công đoạn này chính là nhiệt độ, thời gian và áp lực ép, chúng quyết định tính chất, chất lượng hình ảnh in có sắc nét, đúng màu sắc, bền màu, hình ảnh có được truyền qua hết bề mặt vật liệu hay không, đáp ứng được nhu cầu khách hàng hay không

Đối với mỗi loại vật liệu sẽ có một chuẩn riêng về 3 yếu tố này, theo như tìm hiểu

và nghiên cứu, yêu cầu về nhiệt độ, thời gian và áp lực khi ép hình ảnh in được thể hiện trong bảng sau:

B ảng 2.1: Bảng thông số về điều kiện đủ về nhiệt độ, thời gian và áp lực ép khi in

chuyển nhiệt hình ảnh in lên vật liệu sứ

Yêu c ầu khi ép hình ảnh in lên bề mặt

Thời gian (giây – s) 150 – 180 (thông thường tối thiểu là 2

phút)

Bảng thông số trên là chuẩn được đề xuất để có chất lượng hình ảnh tốt nhất khi

in chuyển nhiệt trên sứ, trên thực tế việc điều chỉnh nhiệt độ và thời gian là điều đòi hỏi nhiều kinh nghiệm và thao tác thành thạo

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỀ MẶT VẬT LIỆU SỨ TRƯỚC KHI

IN CHUY ỂN NHIỆT 3.1 Các yêu c ầu về xử lý bề mặt sứ

Sứ là một loại vật liệu có bề mặt láng bóng và không bám hút mực in vì thế để in được trên bề mặt vật liệu này, chúng ta phải xử lý bề mặt sao cho chúng đảm bảo được yêu cầu mong muốn Sứ phải được làm sạch và được xử lý thấm hút trước khi in nhằm đảm bảo mực in có thể bám dính được trên bề mặt vật liệu

Bảng 3.1: Các yêu cầu về xử lý bề mặt sứ trước khi in

Quy trình x ử lý V ật liệu xử lý (Sứ)

Quy trình phải đơn giản, ngắn ngọn và

tiết kiệm thời gian Vật liệu đảm bảo hình dạng ban đầu

Đạt hiệu quả kinh tế, dễ thực hiện Tính chất ban đầu vật liệu không thay đổi

An toàn lao động và thân thiện với môi

Trước khi tiến hành in ấn trên sứ ta phải làm sạch bề mặt của chúng, có nhiều phương pháp xử lý làm sạch bề mặt như: cơ học, hóa chất, vật lí,… Ở đây ta đề cập đến hai phương pháp tiêu biểu là xử lý làm sạch bằng hóa chất và xử lý làm sạch bằng plasma

3.3.1 Làm s ạch bề mặt bằng phương pháp hóa học

Tại Việt Nam đa phần sử dụng phương pháp hóa chất để làm sạch bề mặt (các loại hóa chất thường dùng là NaOH, HCl 98%) Có thể thực hiện tẩy rửa bề mặt bằng phương pháp thủ công hoặc dùng các thiết bị chuyên dụng hỗ trợ

3.3.2 Làm sạch bề mặt sứ bằng phương pháp xử lí plasma

Sau rắn, lỏng và khí, Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất Ở trạng thái Plasma, vật chất tồn tại dưới dạng các hạt electrons, ions, các hạt kích thích với động năng lớn, các chất oxy hóa bậc cao, tia UV v.v… Trong công nghiệp, Plasma được tạo ra bằng cách đưa các loại khí như Helium, Argon, Nitrogen, Oxygen hay không khí vào vùng điện áp cao và tần số lớn, tại vùng này diễn ra quá trình kích thích, trao đổi năng lượng và kết quả các phân tử khí tách ra thành các ions, electrons hoặc chuyển sang trạng thái kích thích mang nội năng lớn

Hình 3.1: Các trạng thái của vật chất