陶瓷墨水的性能參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律

林海浪

(佛山市邁瑞思科技有限公司廣東 佛山528138)

摘要通過實(shí)驗(yàn)測試了陶瓷墨水的容重、表面張力、粘度參數(shù)隨溫度的變化狀況，有利于分析解決墨水使用過程中出現(xiàn)滴墨、掛墨等問題。研究結(jié)果表明，墨水的粘度、表面張力、容重在35～45℃呈現(xiàn)線性的變化，45℃下墨水粘度比35℃要低3cp±0.3cp， 45℃下墨水的表面張力比35℃要低1dyn/cm2±0.2dyn/cm2，45℃下墨水的容重比35℃要低0.01g/cm3±0.005g/cm3。最后得出結(jié)論，陶瓷墨水在35～45℃溫度范圍內(nèi)使用，容重和表面張力隨溫度的變化不明顯，而粘度變化顯著，在實(shí)際生產(chǎn)中需要高度重視。

關(guān)鍵詞陶瓷墨水粘度容重表面張力溫度變化規(guī)律

作者簡介：*林海浪(1988-)，本科，工程師；主要從事數(shù)字化陶瓷材料的研究和品質(zhì)控制工作。

中圖分類號：TQ173.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

前言

陶瓷墨水是由有機(jī)溶劑、無機(jī)陶瓷色料、分散劑以及一些助劑經(jīng)過機(jī)械分散研磨制得的混合液體。其合適的粘度、表面張力、細(xì)度、容重等性能參數(shù)有利于噴墨打印機(jī)的流暢打印?；谔沾缮a(chǎn)環(huán)境特別是溫度、濕度、粉塵量等的多變性，對陶瓷噴墨打印有著重要的影響，所以通過研究環(huán)境的變化對陶瓷墨水性能的變化，有利于分析解決陶瓷噴墨生產(chǎn)中遇到的滴墨、掛墨等問題。

1實(shí)驗(yàn)儀器

數(shù)顯恒溫水浴鍋，數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，表面張力儀，容重瓶，溫度計(jì)。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1粘度隨溫度的變化實(shí)驗(yàn)

1)選擇國產(chǎn)棕色墨水和進(jìn)口棕色墨水各500ml作為樣品。

2)將數(shù)顯恒溫水浴鍋調(diào)到25℃，并用小隔膜泵將熱水連接到數(shù)顯粘度計(jì)的套筒。

3)將墨水樣品裝入粘度計(jì)的測量杯，進(jìn)行測量，直至數(shù)據(jù)上下浮動(dòng)不大且溫度計(jì)探測墨水溫度達(dá)到25℃為止。

4)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1　粘度隨溫度的變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

5)將數(shù)顯恒溫水浴鍋從25～45℃逐步調(diào)節(jié)，并依照上述步驟進(jìn)行測量并記錄粘度值(見表1)。

2.2表面張力隨溫度的變化實(shí)驗(yàn)

1)選擇國產(chǎn)桔色、黃色墨水和進(jìn)口黃色墨水各500ml作為樣品。

2)將數(shù)顯恒溫水浴鍋調(diào)到25℃，并將墨水樣品裝入100ml燒杯并浸入水中，至溫度達(dá)到25℃后測量表面張力。

3)記錄測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4)按以上步驟分別測量35～45℃的表面張力(見表2)。

表2　表面張力隨溫度的變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3容重隨溫度的變化實(shí)驗(yàn)

1)選擇國產(chǎn)黃色、米色墨水和進(jìn)口黃色墨水各500ml作為樣品。

2)將數(shù)顯恒溫水浴鍋調(diào)到18℃，并將墨水樣品裝入100ml燒杯并浸入水中，至溫度達(dá)到18℃后測量容重。

3)記錄測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4)按以上步驟分別測量18～70℃的容重(見表3)。

表3　容重隨溫度的變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

181.408351.392進(jìn)口黃色451.386551.376701.370181.231351.225國產(chǎn)米色451.217551.210701.200

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與分析

3.1粘度隨溫度變化

從圖1分析得出,陶瓷墨水的粘度隨著溫度的升高而呈現(xiàn)線性下降趨勢，噴墨生產(chǎn)為了減少環(huán)境變化對噴墨的影響，噴墨二級墨盒(即直接連接噴墨的墨水中轉(zhuǎn)裝置)的溫度一般在35～45℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，正常設(shè)置溫度為40℃。所以，如果生產(chǎn)中出現(xiàn)滴墨的情況，或者出現(xiàn)由于墨水粘度太高造成打印不流暢，可以通過調(diào)節(jié)溫度來調(diào)節(jié)墨水的粘度以及墨水的流動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無論是進(jìn)口墨水還是國產(chǎn)墨水，35℃比45℃時(shí)的墨水粘度一般都高3cp左右。實(shí)驗(yàn)也說明國產(chǎn)墨水的流動(dòng)性能可與進(jìn)口墨水相媲美。

陶瓷墨水粘度隨著溫度的升高而降低的原因是由于陶瓷墨水的主要成分是有機(jī)油類溶劑，所以隨著溫度的升高，有機(jī)溶劑分子之間的引力降低，分子之間的內(nèi)摩擦力減少，使得剪切力減少，表觀為粘度數(shù)值減小(見圖1)。

3.2表面張力隨溫度變化

從實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)得知陶瓷墨水的表面張力隨溫度的升高而下降，但是，在陶瓷墨水的正常使用溫度內(nèi)(35～45℃)變化不明顯，基本不影響陶瓷墨水的表面張力性能。實(shí)驗(yàn)也得出國產(chǎn)墨水與進(jìn)口墨水的表面張力參數(shù)基本一致，由于表面張力會(huì)影響到墨滴的形成狀態(tài)，所以國產(chǎn)墨水與進(jìn)口墨水的打印墨滴基本相接近。

對于主要成分是有機(jī)油類的陶瓷墨水，隨著溫度的升高，內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇，分子之間距離增大，使得分子力減弱，從而導(dǎo)致液體表面使其面積縮小的力減弱，即表現(xiàn)為表面張力減小(見圖2)。

圖1　粘度隨溫度變化曲線

圖2　表面張力隨溫度的變化情況

3.3容重隨溫度變化

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，陶瓷墨水的容重隨著溫度的升高而測量容重值線性降低，但是，在陶瓷墨水的正常使用溫度下(35～45℃)變化只有0.01g/cm3，通過上機(jī)調(diào)節(jié)測試，基本不影響陶瓷墨水的打印。從進(jìn)口墨水與國產(chǎn)墨水對比來看，容重值有一定差別，國產(chǎn)墨水要比進(jìn)口墨水的容重低，原因主要是與墨水的固含量和溶劑有關(guān)。然而，從實(shí)際使用效果來看，容重的差異可以通過調(diào)節(jié)設(shè)備的負(fù)壓等參數(shù)來達(dá)到穩(wěn)定打印的狀態(tài)。陶瓷墨水隨著溫度升高，其中的油品受熱膨脹，體積增大，所以測量得到的容重減小(見圖3)。

4結(jié)論

1)陶瓷墨水在陶瓷噴墨機(jī)正常工作溫度范圍內(nèi)(35～45℃)，墨水的粘度隨著溫度的升高而呈現(xiàn)線性下降，且變化相對較明顯，說明墨水的流動(dòng)性在使用過程中可調(diào)節(jié)，實(shí)際生產(chǎn)中如果出現(xiàn)滴墨或打印不流暢等與墨水性能有關(guān)的問題，可考慮通過增減噴墨機(jī)二級墨盒溫度來調(diào)整。

2)陶瓷墨水的容重、表面張力在噴墨機(jī)正常工作溫度范圍內(nèi)(35～45℃)，隨著溫度的升高而呈現(xiàn)線性下降，但數(shù)值變化相對不明顯。如生產(chǎn)中出現(xiàn)墨水溫度在范圍內(nèi)波動(dòng)，基本可以忽略表面張力、容重變化的影響。

圖3　容重隨溫度的變化

3)進(jìn)口陶瓷墨水與國產(chǎn)陶瓷墨水相比，內(nèi)在的性能參數(shù)(表面張力、粘度、容重)隨溫度變化的規(guī)律一致。