1. استقرار الحبر الخزفي

الحبر الخزفي عبارة عن نظام تشتيت يتم الحصول عليه بتشتيت الملونات في وسط تشتيت، ويتميز هذا النظام بثباته النسبي. ويعني ثبات التشتيت عدم تكتله أو ترسبه بعد تركه لفترة معينة. يشير التكتل إلى التجمع المتبادل بين الأصباغ غير العضوية، وهو مرتبط بتأثير التشتيت بين جزيئات الصبغة. أما الترسيب فيشير إلى التجمع المستمر لجزيئات الصبغة غير العضوية حتى تغوص إلى قاع نظام التشتيت. تشمل العوامل المؤثرة كثافة نظام التشتيت، وتوزيع حجم الجسيمات، وتركيب الصبغة غير العضوية. في الوقت نفسه، يتطلب نظام التشتيت اختيار أوساط تشتيت مناسبة، ومواد تشتيت، ومواد رابطة، ومركبات عضوية أخرى، مما يستلزم أن يحافظ الحبر على ثبات كيميائي جيد وألا يتعرض لتغيرات كيميائية حتى بعد التخزين طويل الأمد. تتميز أصباغ السيراميك غير العضوية بكثافة نوعية عالية. بعد ترك الحبر الخزفي لفترة معينة، تترسب الأصباغ الموجودة فيه. طالما استمر التحريك، سيعود الحبر الخزفي إلى نظام تشتت متجانس، وهي عملية قابلة للاستعادة. يدور الحبر الخزفي في طابعات نفث الحبر وفوهاتها، وتُعدّ قابليته للاستعادة بالغة الأهمية.

تشمل العوامل المؤثرة على استقرار الحبر الحركة البراونية، والترسيب بفعل الجاذبية، وتكتل جزيئات الحبر الملون. تعتمد الحركة البراونية بشكل أساسي على درجة حرارة الحبر ولزوجته وحجم جزيئاته. فكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت قوة الحركة البراونية، وكلما زادت اللزوجة وحجم الجزيئات، ضعفت الحركة البراونية، وقل احتمال تكتل الجزيئات. ولأن جزيئات الصبغة كبيرة نسبيًا وذات كثافة عالية، فإن سرعة ترسب الحبر تعتمد بشكل أساسي على فرق الكثافة بين الصبغة والمذيب. فكلما زاد فرق الكثافة، زادت سرعة الترسب. وتتناسب سرعة الترسب طرديًا مع مربع حجم الجزيئات. فكلما زاد حجم الجزيئات، زادت سرعة الترسب، وكلما زادت لزوجة الحبر، تباطأت سرعة الترسب. وهناك آليتان لتثبيت تشتت جزيئات الحبر: الإعاقة الفراغية والتثبيت الكهروستاتيكي. يشير مصطلح "الإعاقة المكانية" إلى تغليف جزيئات الحبر بكبسولات بوليمرية دقيقة على سطحها لمنع التصاقها ببعضها البعض. يُستخدم هذا الأسلوب حاليًا على نطاق واسع في صناعة أحبار السيراميك، إلا أنه يؤثر سلبًا على لزوجة الحبر، مما يؤدي إلى انخفاضها تدريجيًا مع مرور الوقت، وبالتالي التأثير على استقراره. أما بالنسبة للاستقرار الكهروستاتيكي، فيُستخدم مُشتتات جزيئية صغيرة، وهي مناسبة للماء والمخففات القطبية، بينما تستخدم معظم أحبار السيراميك حاليًا مخففات غير قطبية.

2. اللزوجة

تضمن اللزوجة المناسبة دورانًا سلسًا للحبر في مساره، مما يُسهّل خروجه من الفوهة ويُحسّن تكوين قطرات الحبر بشكل منتظم. أما إذا كانت اللزوجة منخفضة جدًا، فإن قوة الاحتكاك داخل الحبر تكون ضئيلة، فتتخذ القطرات شكلًا هلاليًا، مما يُسبب تذبذبًا مُثبّطًا ويؤثر على سرعة الرش. في المقابل، تؤدي اللزوجة الزائدة إلى ضعف سيولة الحبر وصعوبة تكوين قطرات صغيرة. إضافةً إلى ذلك، يُعدّ رش الحبر شديد الحساسية لتغيرات اللزوجة، حتى أن ظاهرة زيادة اللزوجة الطفيفة قد تجعل الطباعة مستحيلة نتيجةً لزيادة حادة في اللزوجة. تُشير شركة Xaar على موقعها الرسمي إلى أن فوهة Xaar 1001 GS12 مُناسبة لأحبار السيراميك ذات لزوجة تتراوح بين 7 و50 ملي باسكال.ثانية (أي يُمكن ضبط درجة حرارة الحبر لضبط اللزوجة أثناء الرش إلى ما بين 7 و20 ملي باسكال.ثانية، مع العلم أن ارتفاع أو انخفاض لزوجة الحبر قد يُؤثر على عمر الفوهة). ويُوضح دليل المواصفات الفنية لفوهة Dimatix Fujifilm StarFire™ SG-1024/MC أن هذه الفوهة مُناسبة لأحبار السيراميك ذات لزوجة تتراوح بين 8 و20 ملي باسكال.ثانية، وأن النطاق المُوصى به هو 10-14 ملي باسكال.ثانية.

3. التوتر السطحي

يضمن التوتر السطحي المناسب تشكيل قطرات الحبر بشكل متجانس، كما يمنع التصاقها بالفوهة، مما يُسهم في الحفاظ على استقرار الطباعة النفاثة للحبر على المدى الطويل. يؤدي ارتفاع التوتر السطحي للحبر الخزفي إلى ظاهرة امتداد قطرات الحبر بشكل غير منتظم. أما انخفاضه، فيجعل قطرات الحبر عرضةً للانتشار، مُنتجةً قطرات حبر متفرقة تُقلل من وضوح وتناسق الطبقات في الصورة. في الوقت نفسه، ينخفض ​​التوتر السطحي للحبر مع ارتفاع درجة حرارته. يُمكن استخدام نظام التحكم في درجة حرارة الفوهة لضبط التوتر السطحي للحبر الخزفي. يبلغ التوتر السطحي للحبر الخزفي المُتوفر تجاريًا حاليًا عند درجة حرارة الطباعة النفاثة للحبر حوالي 20-35 ملي نيوتن/متر.

4. توزيع حجم الجسيمات

نظراً لمحدودية فتحة الفوهة ونظام مسار الحبر، يجب أن تكون جزيئات الصبغة في الحبر صغيرة بما يكفي لضمان طباعة سلسة. بدءاً من تجنب ترسب الجزيئات أثناء التخزين والاستخدام، يُشترط أيضاً أن تكون جزيئات الملون صغيرة. ينبغي أن يكون توزيع حجم الجزيئات في حبر السيراميك ضيقاً قدر الإمكان لتجنب ظاهرة عدم تجانس اللون الناتجة عن الملونات الخشنة جداً (عدم انتظام كثافة تعبئة الملونات على منتجات السيراميك) وضعف اللون الناتج عن الجزيئات الدقيقة جداً (ذوبان الملونات في الطلاء). حالياً، يبلغ قطر D50 لحبر السيراميك التجاري حوالي 200-350 نانومتر، بينما يقل قطر D90 عن 850 نانومتر.

5. المواد الصلبة

يشير المحتوى الصلب إلى النسبة المئوية الكتلية لأصباغ السيراميك غير العضوية والإضافات الصلبة ذات الصلة في حبر السيراميك، حيث تُعدّ أصباغ السيراميك غير العضوية المكون الرئيسي. كلما زاد المحتوى الصلب، زاد محتوى الصبغة لكل وحدة كتلة من الحبر، مما يُحسّن كثافة اللون ونطاقه في الطباعة النفاثة للسيراميك، ويقلل كمية حبر السيراميك المستخدم، وبالتالي يُخفّض تكلفة شركات إنتاج السيراميك. من حيث القدرة التعبيرية للتصاميم، يكون تأثير زيادة المحتوى الصلب للحبر أفضل من تأثير تكديس نقاط الحبر بالطباعة المتكررة في الموضع نفسه. وذلك لأن الطباعة المتكررة في الموضع نفسه قد تُؤدي بسهولة إلى انحراف نقاط الحبر عن الموضع المستهدف، مما يُقلّل من وضوحها. كما أن زيادة المحتوى الصلب قد تُؤدي إلى زيادة لزوجة حبر السيراميك.

6. يظهر اللون بعد التسخين

تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على لون حبر الطباعة النفاثة الخزفية نوع الصبغة، والبنية البلورية، والنقاء، ومحتوى الصبغة في الحبر، وتوزيع حجم الجسيمات؛ وتركيبة الجسم والطلاء؛ ودرجة الحرارة، ونظام الغلاف الجوي، وما إلى ذلك. بالمقارنة مع الأصباغ العادية، تتطلب أصباغ الحبر قدرة تلوين جيدة في حالة الجسيمات متناهية الصغر. يجب أن تتفاعل الأصباغ المختارة بشكل كامل أثناء عملية التحضير، وأن تتمتع ببلورات لونية متطورة، وثبات جيد في درجات الحرارة العالية، ومقاومة لتآكل الطلاء. يتطلب هذا اختيار مواد خام عالية النقاء، ومتجانسة الحجم، وعالية النشاط للملونات. من حيث العملية، يلزم وقت حرق أطول لضمان نمو بلوري أكثر اكتمالاً وسلامة هيكلية. يؤثر المحتوى الصلب للحبر أيضًا على اللون، فكلما زاد المحتوى الصلب، كان اللون أغمق. نظرًا لأن المحتوى الصلب العالي يؤثر على ثبات الحبر، يجب تعديل المحتوى الصلب للأحبار ذات الألوان المختلفة وفقًا للحالة. كلما زاد حجم الجسيمات، اقترب اللون من لون الصبغة. بعد طحن الصبغة بدقة، تصبح بعض الألوان، كالأصفر والأحمر، أفتح أو حتى تتلاشى. ويتغير لون الحبر البني والبرتقالي، لذا يؤثر حجم الجسيمات على درجة اللون وعمقه. وبسبب انخفاض حجم الجسيمات، تنخفض درجة انصهار ملونات الحبر بشكل ملحوظ مقارنةً بالملونات العادية. لذلك، بعد تقلبات كبيرة في درجة الحرارة، قد تنصهر الملونات تمامًا، وبعد الانصهار، لا تبقى بلورات بل أجسامًا منصهرة، مما يؤدي إلى اختلافات لونية وحتى بهتان. على سبيل المثال، يعتمد أداء تلوين صبغة الكوبالت الأزرق على طاقة انقسام مجال التناسق. وتؤدي طاقات الانقسام المختلفة إلى أطوال موجية ممتصة مختلفة، فتظهر الصبغة سلسلة من الألوان. يمتص Co2+(3d2) الضوء البرتقالي والأصفر وبعض الضوء الأخضر، فيُظهر لونًا أزرقًا مائلًا للبنفسجي؛ بينما يمتص Co3+(3d3) الضوء الملون باستثناء الأخضر، فيعكس اللون الأخضر بقوة ويظهر باللون الأخضر. ويُلوّن حبر السيراميك الأزرق الكوبالت بشكل أساسي بواسطة Co2+ في صبغة CoAl2O4. إذا انصهرت بلورات CoAl2O4 عند درجات حرارة عالية، فقد يتأكسد Co2+(3d2) إلى Co3+(3d3)، مما يتسبب في اختلاف اللون.

7. قابلية التكيف مع طلاء الجسم

عند ثبات العوامل الأخرى، قد يختلف تركيب جسم الطابعة والطلاء اختلافًا كبيرًا، وبالتالي قد يتباين تأثير الطباعة النافثة للحبر بشكل ملحوظ. وقد أظهرت الدراسات ذات الصلة أن أكاسيد المعادن المختلفة الموجودة في تركيب الطلاء، مثل أكسيد الليثيوم، وأكسيد البورون، وأكسيد الزنك، وأكسيد المغنيسيوم، وأكسيد الأنتيمون، يمكن أن تؤثر على لون الحبر، لذا يُنصح بتجنبها أو تقليل استخدامها. ويفوق تأثير أكسيد البوتاسيوم السلبي على لون حبر السيراميك تأثير بيروكسيد الصوديوم. أما أكسيد الكالسيوم وأكسيد الباريوم فلا يؤثران بشكل كبير على لون حبر السيراميك، ويمكن استخدامهما كبديل لمواد مثل أكسيد الليثيوم وأكسيد البورون. ويمكن لأكسيد القصدير أن يعزز لون الشعر الأحمر، ولكنه قد يتسبب في تحول لون المنتج إلى الأحمر. ويمكن لأكسيد التيتانيوم أن يعزز لون الشعر الأحمر والأصفر، ولكنه قد يتسبب في تحول لون المنتج إلى الأصفر ويُضعف لون الشعر الأسود.

8. الجفاف

إذا كان وقت التجفيف بطيئًا جدًا، فإن الانتشار المفرط لحبر السيراميك سيؤدي إلى تغيرات في اللون وتشويه الأنماط. أما إذا كان وقت التجفيف سريعًا جدًا، فإن عدم كفاية انتشار حبر السيراميك قد يتسبب في ظهور مناطق فارغة، كما أن تمدد قطرات الحبر والخاصية الشعرية قد يؤديان إلى ظهور نتوءات. الطريقة الرئيسية لجفاف حبر السيراميك على سطح الجسم هي انتشار قطرات الحبر عليه، والطريقة الثانوية هي تبخرها في الهواء. يعتمد معدل الانتشار على رطوبة سطح الجسم الخام، ومساميته، بالإضافة إلى تركيبة الحبر والمادة الفعالة سطحيًا. يعتمد وقت التجفيف على معامل انتشار الحبر، ويتناسب وقت التجفيف طرديًا مع كثافة تغطية الحبر. يُعد التجفيف باستخدام تقنية نفث الحبر عالية الدقة أسهل.
يمكن إضافة كمية معينة من المذيبات الكحولية إلى عملية تصنيع حبر السيراميك لزيادة تطايره؛ كما يمكن إضافة كمية صغيرة من المشتتات (مثل بوليول ألكيل إيثر ومركبات عضوية أخرى) لتلبية متطلبات الطباعة النافثة للحبر. ولمنع تبخر حبر السيراميك بسرعة كبيرة في درجة حرارة الغرفة، مما قد يتسبب في انقطاع الرش وانسداد الفوهات، من الضروري إضافة بعض عوامل الترطيب ذات درجة الغليان العالية وغير المتطايرة أثناء عملية التحضير. وقد ذكرت شركة كولوروبيا على موقع مركز أبحاث السيراميك أنها أضافت ثنائي إيثيلين جليكول (DEG، بدرجة غليان 245 درجة مئوية) إلى حبر السيراميك الخاص بها لتجنب تطايره؛ كما ورد في براءة اختراعها الأوروبية EP 1840178 A1 أن درجة غليان وسط التشتيت يجب أن تتجاوز 200 درجة مئوية. لتجنب اختلاف اللون الناتج عن تفاوت معدلات انتشار قطرات الحبر المائي من المركز إلى الحافة على سطح الطابعة، ولتجنب توليد كمية كبيرة من بخار الماء، يعتمد الحبر الخزفي حاليًا بشكل أساسي على نظام تشتيت زيتي (عضوي). ومن بين هذه الأنظمة، تتطلب فوهات Xaar 1001 GS12 وDimatix Fujifilm StarFire™ SG-1024/MC استخدام أحبار خزفية زيتية وفقًا لمواصفاتها.

9. مؤشرات الأداء الأخرى

بالإضافة إلى الجوانب المذكورة أعلاه، يجب أن تتوافق درجة توافق الحبر الخزفي مع الفوهة (ما إذا كان سيؤدي إلى تآكل الفوهة بشدة، أو انسدادها، أو تأثيره على حقن الفوهات الأخرى الموجودة على قاعدة الفوهة بسبب التمدد المفرط للحبر الخزفي، أو ما إذا كان سيعمل بسلاسة في ظل معادلة شكل موجة نبض الجهد المناسبة، أو ما إذا كانت سرعة الحقن وسعة قطرات الحبر معقولة، أو ما إذا كانت نقطة سقوط قطرات الحبر دقيقة، وما إلى ذلك)، والتوافق مع طابعات نفث الحبر الخزفية (قيمة الرقم الهيدروجيني، وما إذا كان سيؤدي إلى التآكل، أو إذابة نظام مسار الحبر، وما إلى ذلك)، ومؤشرات الأداء الأخرى (التوصيلية، وما إلى ذلك) مع متطلبات طباعة نفث الحبر الخزفية إلى حد ما.

إذا كنت ترغب في الاستفسار عن منتجاتنا، يُرجى طلب السعر عبر البريد الإلكتروني: lemsun002@126.com.