定影相当于传统印刷的干燥。“定影”也是借用的感光胶片术语。定影与熔融有时被当做同义词使用,但熔融还可用于专指热能定影。
液相墨粉的定影,墨粉的液相成分在定影时挥发,或被纸张吸收,含固体聚合物树脂的墨粉,采用加热和/或加压方式定影。墨粉的热能由传导产生,或是墨粉受到的辐射能。此外还有一种特别的定影方式,是利用与蒸汽的相互作用,使墨粉胶黏剂软化而完成定影。
固态墨粉的定影,有三个不是完全连续的机制[38]:
①墨粉温度高于玻璃化温度,或超过熔点温度时,墨粉颗粒之间相互固定(烧结);
②墨粉软化或熔融后在纸面扩散;
三个机制都是由表面能驱动,其阻力为受流变特性控制的流动阻力。因此,墨粉的流变特性、墨粉对温度的依赖、墨粉层内热能扩散起关键作用[33,39]。温度对墨粉表面能的影响,远小于其对流变特性的影响。墨粉的表面能通常为28~38m/m2。
热能定影中,墨粉被加热至高于玻璃化温度,由固态转变为类似橡胶的半固态,产生永久变形并且成膜。墨粉温度高于熔融温度时,则由固态转变为液态。墨粉的玻璃化温度由墨粉所用树脂决定,通常为60~70℃(~90℃);熔点温度为100~150℃。
墨粉颗粒的熔融是成膜的开始。根据FRENKEL方程,其可由以下公式描述(图5-18):
图5-18 墨粉颗粒的熔融(烧结)
其中,γ(T)是表面张力;η(T)是黏度;r是墨粉颗粒半径;t是时间,T是温度。
墨粉颗粒趋向于熔融,熔融后墨粉层表面积减小,小于单个墨粉颗粒总的表面积,墨粉层的表面能也降低。(www.xing528.com)
墨粉烧结阶段,墨粉温度的升高、墨粉性状的改变,与时间成函数关系。墨粉颗粒的热能传递,对这些条件非常敏感[39]。
烧结的墨粉层在纸面扩散,受墨粉的黏性力控制。墨粉层扩散使系统(墨粉、纸张)总的表面能降低。墨粉扩散时表面张力与黏度、纸张与墨粉相互作用,以其相互之间的接触角描述。控制墨粉扩散的因素为。
墨粉扩散一方面有助于形成均匀的墨粉层,另一方面它又是打印的墨点扩散机制,会削弱过程的调制传递。墨粉层表面均匀,以及由此产生的墨粉光泽,被发现都与墨粉扩散有关[40,41]。
纸张的墨粉渗透[42],受外部压力和毛细管吸力控制,其支配原则与印刷时油墨渗透相同。毛细管吸力的影响,由描述纸张空隙结构的参数预测。概括而论可以指出,与传统印刷的油墨渗透相比,墨粉的渗透很小。
定影辊线压区为1~2MPa,与传统印刷大致相同。与墨粉接触的定影辊,表面包覆低表面张力弹性橡胶,亦可在表面不断补充低表面张力液体,用于防止墨粉粘黏,但这样会有约0.5μm厚的液体转移到纸面。定影背辊同样包覆弹性橡胶,确保定影时有足够的压区宽度(0.5~1cm)和接触时间。
定影是由以上1、2、3项机制完成。墨粉层通常被加热至高于墨粉熔融温度。热压定影中,定影温度、接触时间都受到限制:操作窗口靠近下限部分,墨粉在纸面的附着差(低温蹭脏),墨粉层的光泽度低,甚至没有光泽,而在靠近窗口上限部分,则墨粉会在定影辊表面粘黏(高温蹭脏),墨粉层的光泽度也高。
与早期打印机相比,新型墨粉被开发后,定影温度已有降低。定影辊表面温度由其内部辐射源产生。
开发低温定影方法的需求和纸张有关。纸张温度升高至近200℃时,纸面成分可能软化,在热辊表面粘黏,源于造纸的纸张应力消失,产生纸张变形,极端时导致打印机、复印机出纸端纸跺凌乱或倾倒。
热压定影得到广泛应用,但冷压定影在结构、功能上都更加简单。冷压定影的辊面无需加热,不存在加热元件的开关时滞问题。
冷压定影时,纸张通过两根硬辊组成的压区,压区线压约是热压定影的10倍,最高线压以不破坏纸面结构为限。由于高线压作用墨粉产生大的变形,性状由弹性体转变为黏弹性体,迫使墨粉颗粒向纸内渗透。高线压还使墨粉温度升高。冷压定影主要由机制3完成,但也会产生某种程度的烧结和扩散,适合于低速电子照相打印。
其他的定影方式,有红外定影和闪光定影[43]。优点是无接触定影,纸张加热少,因此能量损失也小。
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