一、實驗?zāi)康?
1. 建立Kibron儀器測試噴墨打印墨水動態(tài)、平衡表面張力的標準化操作流程，獲得墨水界面吸附動力學(xué)以及穩(wěn)態(tài)張力數(shù)據(jù)。
2. 獲取不同配方墨水的表面張力參數(shù)，結(jié)合實際打印測試，評價張力對墨滴成型、鋪展、衛(wèi)星滴、網(wǎng)點形貌的影響。
3. 區(qū)分動態(tài)表面張力與平衡表面張力對打印清晰度的不同貢獻，確定適配打印設(shè)備的合理張力區(qū)間。
4. 為墨水配方中表面活性劑、溶劑配比調(diào)整提供界面物性依據(jù)，輔助提升打印圖案清晰度。
二、儀器材料與試劑準備
1. 儀器
芬蘭Kibron表面張力儀，可選EZ?Pi Plus單通道或者Delta?8高通量機型，配備DyneProbe鉑銥探針，溫控樣品臺，配套Kibron分析軟件。噴墨打印設(shè)備，配套目標承印基材，光學(xué)顯微鏡用于觀察打印網(wǎng)點，高速離心機，真空脫氣裝置，pH計，超純水機。單通道選用貨號3640 PTFE樣品杯，高通量使用DynePlate 96孔微孔板。
2. 試劑與樣品
多組不同配方噴墨墨水，通過改變表面活性劑、助溶劑配比得到梯度表面張力樣品。墨水溶劑空白，即不含色料、功能助劑的基礎(chǔ)溶劑體系，與墨水配方溶劑組分完全一致。全部墨水及溶劑提前真空脫氣10?15min，去除溶解氣泡。
3. 耗材
低吸附離心管，無水乙醇，0.45μm有機相濾膜，低吸附移液槍頭。濾膜使用墨水基礎(chǔ)溶劑提前潤洗，降低助劑吸附損失。
4. 儀器校驗準備
儀器放置無震動、遠離空調(diào)直吹的實驗臺面，整機通電預(yù)熱60min，關(guān)閉防風(fēng)罩。鉑銥探針依次超純水沖洗，無水乙醇沖洗，高純氮氣吹干。檢查探針尖端無彎折、無有機物殘留。25℃超純水開展張力校準，純水表面張力穩(wěn)定72.0?72.8mN/m，通道偏差小于0.2mN/m，基線穩(wěn)定無漂移。測試溫度固定25.0±0.5℃。
三、噴墨墨水樣品制備
1. 墨水配制與分組。按照實驗方案配制多組梯度張力噴墨墨水，調(diào)整表面活性劑添加量，形成高、中、低不同張力梯度。設(shè)置溶劑空白對照組，不含顏料染料，其余溶劑、助溶劑配比與墨水保持一致。每組設(shè)置3份平行樣品。
2. 樣品預(yù)處理。配制完成的墨水3000g離心10min，去除大顆粒顏料團聚物。上清液使用經(jīng)過潤洗的0.45μm濾膜過濾，除去微小雜質(zhì)，防止后續(xù)堵塞打印頭，同時消除固體顆粒對張力測試的干擾。操作輕柔，禁止劇烈震蕩，避免產(chǎn)生氣泡以及墨水起泡。
3. 體積與保存。單通道測試體積150?200μL，Delta?8高通量每孔50μL。墨水樣品現(xiàn)配現(xiàn)測，部分溶劑易揮發(fā)，不宜長時間敞口放置。上機前恢復(fù)至25℃室溫。
4. 樣品平衡。過濾后的墨水樣品與溶劑空白，室溫靜置平衡30min，目視檢查無氣泡、無分層。存在氣泡的樣品需要重新脫氣制備。
四、Kibron上機完整操作流程
1. 軟件參數(shù)設(shè)置。新建動態(tài)表面張力時間掃描程序，測試溫度25℃，總采集時長設(shè)置60?90min，完整捕獲墨水表面活性劑界面吸附全過程，得到動態(tài)張力曲線以及平衡表面張力。采集間隔2?5秒每數(shù)據(jù)點，探針下降速度2mm/min，探針浸入液面深度0.3mm。每個樣品設(shè)置2次技術(shù)重復(fù)。
2. 單通道PTFE樣品杯上樣。沿杯壁緩慢加入150?200μL墨水樣品，避免沖擊液面帶入氣泡。將樣品杯放置溫控樣品臺，關(guān)閉防風(fēng)罩靜置8?10min，消除移液擾動。探針下降接觸氣液界面，啟動采集，記錄完整動態(tài)張力?時間曲線。
如果使用Delta?8高通量96孔板模式，每孔加入50μL墨水樣品，加樣避免觸碰孔壁液面。加樣結(jié)束檢查孔內(nèi)無氣泡，將微孔板卡緊固定，墨水樣品與溶劑空白排布在同一塊微孔板，保證溫度環(huán)境條件一致，啟動批量自動測試。
3. 探針清洗流程。墨水含有染料、顏料、表面活性劑、有機溶劑，極易吸附在探針表面。每完成一個樣品測試，探針使用對應(yīng)墨水溶劑沖洗，再超純水沖洗3次，無水乙醇沖洗，高純氮氣吹干。全部樣品測試結(jié)束，探針乙醇短暫浸泡，沖洗吹干保存。有機溶劑體系注意通風(fēng)操作。
4. 測試順序。先測定超純水基線空白，確認儀器硬件狀態(tài)正常，之后測定溶劑空白，最后測定各組墨水樣品。全部測試結(jié)束復(fù)測超純水，復(fù)測純水張力偏差大于0.2mN/m，判定探針存在吸附污染，本組數(shù)據(jù)作廢，深度清洗探針后重新開展實驗。
五、打印實驗與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析
1. 導(dǎo)出全部原始動態(tài)張力數(shù)據(jù)，對比實驗前后兩次超純水基線，基線漂移超過0.2mN/m的數(shù)據(jù)剔除。
2. 將墨水原始張力曲線扣除同批次溶劑空白曲線，得到校正后動態(tài)表面張力曲線，提取動態(tài)張力變化曲線、平衡表面張力、張力下降速率。計算技術(shù)平行與樣品平行的平均值和標準偏差。
3. 打印清晰度評價。使用同一批次墨水，在固定打印參數(shù)條件下進行打印測試。采用光學(xué)顯微鏡觀測打印網(wǎng)點直徑、網(wǎng)點圓度、衛(wèi)星液滴數(shù)量、邊緣毛刺、鋪展溢出現(xiàn)象，統(tǒng)計網(wǎng)點形變、斷線、暈染情況，對打印清晰度進行分級打分。同步記錄噴嘴出液是否順暢、斷墨、起泡等現(xiàn)象。
4. 張力?打印效果關(guān)聯(lián)分析。將各組墨水的動態(tài)表面張力、平衡表面張力與打印清晰度指標一一對應(yīng)。
平衡表面張力過高，墨水潤濕能力不足，容易出現(xiàn)墨滴縮成圓點、網(wǎng)點不鋪展、斷線，打印圖案邊緣鋸齒明顯。
平衡表面張力過低，墨水過度鋪展，容易發(fā)生暈染、網(wǎng)點擴大，同時更容易產(chǎn)生衛(wèi)星液滴，造成圖案邊緣模糊。
動態(tài)表面張力反映墨滴高速噴射瞬間界面狀態(tài)，動態(tài)張力下降過慢，會影響墨滴斷裂成型，增加衛(wèi)星滴概率；動態(tài)張力下降過快，容易引發(fā)起泡，干擾噴射穩(wěn)定性。
結(jié)合打印結(jié)果，確定該打印設(shè)備、該基材條件下墨水適宜的張力窗口。
5. 綜合判斷，打印清晰度是表面張力、粘度、溶劑揮發(fā)速度、基材表面能共同作用結(jié)果，張力僅為其中關(guān)鍵一項，需要結(jié)合粘度等其他參數(shù)綜合評判。
六、關(guān)鍵細節(jié)與質(zhì)量控制
1. 噴墨墨水含有易揮發(fā)有機溶劑，長時間測試溶劑揮發(fā)會改變墨水配比，測試時長盡量控制在90min以內(nèi)，環(huán)境盡量密閉，降低揮發(fā)帶來的張力漂移。
2. 濾膜必須使用墨水基礎(chǔ)溶劑提前潤洗，防止濾膜吸附表面活性劑，造成測得表面張力偏高。顏料顆粒必須過濾去除，固體顆粒會干擾探針接觸液面，造成曲線抖動。
3. 全程嚴防氣泡，墨水體系容易起泡，氣泡會造成張力曲線劇烈抖動，測試前必須充分脫氣。
4. 有機溶劑墨水測試，探針清洗要匹配墨水所用溶劑，單純用水沖洗無法去除有機助劑殘留，會造成后續(xù)樣品交叉污染。
5. 環(huán)境溫度波動控制在±1℃以內(nèi)，溫度既改變表面張力，也會改變墨水粘度與溶劑揮發(fā)速率，溫度變化會帶來打印效果與張力雙重變化。
6. 張力測試與打印實驗必須使用同一批次墨水，兩項實驗時間間隔盡量縮短，防止溶劑揮發(fā)改變墨水配方，造成物性數(shù)據(jù)與打印結(jié)果不匹配。
