Desmistificando a sublimação por termotransfência

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Desmistificando a Sublimação por Termotransfência

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Versão 1!

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26-ago-2014!

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Desmistificação:

Romper com o mito, romper com o enigma acerca de algo. Significa também tirar do senso comum, desligar da ideologia, dissecar sem alienações. Usa-se a palavra desmistificação para enfatizar a pureza da realidade, sem adornos, sem complementos. A palavra desmistificação é de amplo conceito filosófico também, referindo-se ao ato de tornar nú algo camuflado, permitindo uma análise mais verossímil e mais próxima do real.

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Sublimação:

O processo físico em que as partículas de uma substância passam ou do estado sólido para o gasoso, ou do estado gasoso para o sólido, diretamente, sem passar pela fase intermediária do estado líquido, é chamado de sublimação. O ponto em que essa transformação ocorre, chamado de ponto de sublimação, é o ponto no qual a pressão de vapor da substância é igual à pressão da vizinhança (pressão externa).

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TermoTransferência:

Processo em que se utiliza uma Prensa Térmica aquecida para transferir uma gravura, previamente depositada em um substrato para um outro objeto, aplicando uma pressão (pressão = força/área) e transferindo calor por um determinado tempo. Recurso largamente utilizado em processos de estamparias de tecidos e produtos personalizados.

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A Sublimação

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O termo sublimação vem da química e refere-se ao processo de passagem do estado solido para gasoso, e é efetivamente isso

que acontece quando prensamos um transfer sublimático a 200 C por 30 seg sobre um tecido sintético, os corantes sublimáticos que ora estavam depositados sobre o papel se vaporizam e tingem o tecido definitivamente, sem deixar nenhum toque.

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Em 1977, no Centro de Propulsão a Jato, na Califórnia, foi impressa a primeira imagem de sublimação saída de dentro de um computador.

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A sublimação é utilizada largamente para estampar tecidos sintéticos (100% poliéster) e os populares foto produtos (produtos preparados com verniz de poliéster).

Inicialmente era utilizado em roupas esportivas e abadas, mas hoje ganha força em diversas áreas como: foto produtos, banners, brindes, decoração, etc..

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A primeira impressora desktop jato de tinta com bulk ink e tinta sublimática foi lançada no Brasil em novembro de 2002. Sua popularidade cresceu rapidamente acompanhando o ritmo da evolução da estamparia digital destes últimos anos, recebendo grande impulso a partir de 2010.

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Inicialmente, o transfer sublimático, era obtida por impressão serigráfica ou off-set para uso em estamparia de roupas esportivas, mas hoje com impressoras e plotters cada vez mais rápidos e baratos as possibilidades de aplicações atingem um público cada vez maior.

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A sublimação tem características muito atraentes, como: baixo custo, cores vibrantes, facilidade no manuseio, ausência de ‘toque’ e grande versatilidade de aplicações.

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Corantes Dispersos e o Poliéster

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Os corantes Dispersos tem propriedade de sublimar por isso são usados no tingimento e impressão direta e indireta de compostos de poliéster.

O nome “Disperso” vem da insolubilidade na água de vários compostos químicos, entre eles uma família de corantes que mostra boa afinidade com o poliéster e o acetato. O processo industrial desta classe de corantes foi iniciado em 1922 e em 1953 receberam a denominação de Corantes Dispersos.

O material denominado hoje como o poliéster é o tereftalato de polietileno (PET), um derivado do petróleo que contém o grupo funcional éster na sua composição química.

A primeira fibra de poliéster foi desenvolvida na Dupont em 1941; era uma fibra extremamente desvalorizada e de uso em artigos baratos, condição que durou até recentemente. Com o desenvolvimento das microfibras em 1986, o poliéster ganhou maior prestígio na composição de tecidos de maior valor e também como componente de reforço e melhoria de fibras naturais, de poliamida e de elastano.

Microfibra de poliéster é uma variedade de filamento extremamente fino, muito forte e flexível. Foram estas novas propriedades da nova modalidade de fibra de poliéster que geraram o prestígio da impressão sublimática de tecidos de moda que vivemos hoje. Os tecidos de poliéster mais duros, anteriores à microfibra, são usados hoje na publicidade como substrato de banners e bandeiras.

As resinas de poliéster usadas para recobrir borracha, EVA, metais, vidro, pedra e outros objetos rígidos e semi-rígidos para torná-los receptivos aos corantes de sublimação são poliésteres insaturados derivados de patentes de 1933. Esta resina tem largo uso na composição de vernizes industriais, agente de reforço de mármore sintético, reforço de estruturas de fibra de vidro, fabricação de barcos e peças de contato constante com a água, etc..

Se o corante for aplicado em papel será necessário transferi-lo por meio de calor combinado com pressão para alguma superfície de poliéster.

Para serem usados na impressão e tinturaria, os corantes Dispersos devem ser finamente moídos e dispersados em água. A impressão direta no tecido pode ser feita por deposição direta de corantes misturados em uma pasta ou líquido aquoso. Qualquer que seja o meio que se use para tingir, imprimir ou transferir uma imagem impressa com um corante de sublimação é necessário impor calor, tempo e pressão na transferência da cor da solução de tingimento, da tinta de impressão direta ou de transfer para dentro da fibra do tecido ou para o filme de resina de poliéster ou acetato.

Quanto menor o tamanho da molécula do corante, menor é a necessidade de calor, tempo de processamento e de pressão. A escolha de moléculas maiores ou menores influencia na permanência da cor no objeto colorido com um corante Disperso – moléculas de baixo peso molecular podem ser extraídas mais facilmente da peça colorida, seja por simples esfregação natural ou acidental ou por simples Página 4

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contato de certos produtos que tem tropismo com os corantes Dispersos; por exemplo, a maioria dos plastificantes de tintas plastisol e outros plásticos de baixa resistência à extração. Também os corantes de baixo peso molecular têm resistência à luz e à lavação mais baixas, principalmente em água quente. Em razão desta baixa resistência é comum ver camisas pretas de times de futebol desbotadas mostrando a tonalidade de fundo avermelhada, azulada ou esverdeada da tinta preta. Ao contrário, corantes de moléculas de grande peso molecular têm maior resistência geral e por isso são usados no tingimento e impressão de bancos de carros e outros produtos que exigem segurança à extração química, por contato, calor, água quente ou fria e à luz. A resistência à luz, à lavação e extração influenciam fortemente no preço das tintas de impressão e, por isso, se for necessário contar com níveis altos de solidez, é necessário conferir com o fornecedor os valores de solidez das tintas. Um bom corante tem resistência entre 6 e 7 em uma escala de 1 a 8.

Na década de 1980, a sublimação ganhou novo impulso e durou até a década de 1990. A onda de 1980/1990 criou uma base imensa de aplicação em roupas, primeiro de moda e depois em roupas extremamente populares e de baixo valor. Um produto criado por esta onda foi o abadá de poliéster usado no Nordeste e que hoje está presente em todo o Brasil nas festas de carnaval. A introdução do poliéster neste tipo de produto foi oportuno porque a fibra de poliéster é hidrófoba (não absorve água) e o algodão que era a base da época é hidrófila (absorve e preserva água). O principal sistema de impressão usado na época era a serigráfia que depois perdeu o posto para o offset. Quando chegou ao offset, os preços das impressões de sublimação já estavam tão baixos que a maioria das empresas criadas para a atividade naquela época fecharam e restam hoje umas poucas que resistiram imprimindo serigráfia. As sobreviventes maiores ainda se baseiam em offset e se dedicam ao mercado de roupas esportivas.

A sublimação vem e se instala amplamente pela possibilidade de imprimir “qualquer coisa” – roupas, vidro, metal, madeira, pedra. E sempre se quis que a sublimação servisse a todos os tipos de tecidos, inclusive os compostos de fibras naturais como o algodão. A verdade é que a sublimação tem muitos limites e se presta somente para algumas fibras e resinas hidrofóbicas, estas feitas pelo homem e não pela natureza, que é a geradora principal dos compostos orgânicos hidrofílicos. Apesar das poliamidas (nylon) serem fibras artificiais hidrofóbicas, a impressão deste material com corantes Dispersos tem solidez à lavação muito baixa. Com esta falha, a sublimação não pode atender às exigências mínimas de solidez de uma roupa de banho que é o principal produto de vestuário feito com a poliamida. Para imprimir algodão com sublimação oferecendo solidez é necessário tratar a fibra ou tecido de algodão com resina de poliéster ou acetato, ou combinar o fio de algodão com microfibra de poliéster.

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Tipos de Impressão com Tinta Sublimática

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Serigráfia: Processo manual que utiliza telas gravadas onde cada cor é depositada separadamente. Utiliza-se papel monolúcido de alta gramatura para que possa absorver a alto volume água das tintas, de característica pastosa. Muito utilizado, no passado, para estampar camisas de futebol e roupas esportivas, processo que tem sido substituído pelos plotters.

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Off-set: Impresso em impressoras gráfica, porém com tintas sublimáticas específicas para este tipo de equipamento. De custo

relativamente baixo se justifica para grandes tiragens e folhas formato 66x96 cm.

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Impressão Digital (Jato de Tinta): A impressão digital apresenta vantagens como: impressão sob demanda, resolução

fotográfica e pouco espaço operacional. Largamente difundida nos últimos anos para o publico de: estamparias, fotógrafos, brindeiros, etc..

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Impressora Laser: Pouco utilizado e ainda desconhecido do público Brasileiro a sublimação em impressoras laser pode ser utilizado em poucas modelos de impressoras que permitem a recarga de tonar de corantes sublimáticos. Produto pouco viável.

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Processo Rotativo (cilindros): Processo semelhante ao processo de quadros serigráficos, porém, neste são utilizados

cilindros metálicos perfurados com os desenhos da estampa. Para cada cor é feito com um cilindro. O custo dos equipamentos é mais alto que os serigráficos, porém o tempo de produção é muito mais rápido.

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Diferenças entre as Tecnologias de Impressão As impressoras jato de tintas são basicamente divididas em 2 tipos de tecnologia de cabeças de impressão:

Bubble Jet e Piezo Elétricas.

As HP usam cabeças Bubble Jet e as Epson cabeças Piezo Elétricas.

O sistema Bubble Jet aquece a tinta em frações de segundos fazendo com que parte dela evapore criando uma pressão que força a tinta a sair pelos micro orifícios da cabeça de impressão. O tipo de tinta usado por estas impressoras esta limitada as tintas corantes. As temperaturas aplicadas nas cabeças das HP chegam a 500C em 20 milisegundos e os corantes sublimáticos cristalizam pela ação do calor danificando permanentemente as cabeças.

A Epson optou pela tecnologia Piezo Elétrica. Neste sistema uma micro palheta de cerâmica se deforma quando aplicado uma tensão elétrica e “empurra” a tinta mecanicamente. Este sistema é muito mais versátil, pois além de “bombear”, a cabeça tem força suficiente para sugar dos reservatórios do bulk ink a tinta, além de controlar o tamanho das gotas dando maior resolução na imagem e o mais importante, não interferem nas condições químicas das tintas.

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Impressoras Epson com Bulk Ink Bulk Ink é um sistema de recarga contínuo de cartuchos, que tem como finalidade oferecer alternativas de utilização das

impressoras, promover redução de custos de impressão e diminuir a poluição causada no descarte dos cartuchos.

Inicialmente, os fabricantes tentaram impedir o uso dos Bulk Ink, desenvolvendo campanhas de difamação do sistema. Depois, baixaram o preço dos cartuchos. Finalmente, a Epson decidiu lançar uma linha de impressoras que usam sistema idêntico ao bulk, com tanques externos ligados à impressora por tubulação flexível, alimentados por tinta distribuída em frascos de 70ml de baixo preço. O sistema da Epson é vantajoso porque a impressora foi fabricada para usar esse tipo de alimentação.

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PADRÃO IDEAL DE INSTALAÇÃO E BOM FUNCIONAMENTO

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cartucho cheio (B) tampão do cartucho vedado (A) respiro aberto (E) mantenha reservatório principal tampado (F) container do respiro nivelado no fundo (G) base dos reservatórios posicionados ligeiramente abaixo da cabeça de impressão mangueiras bem instaladas utilize somente tintas de alta qualidade e procedência não utilize a impressora além dos limites estabelecidos pelo fabricante mantenha a impressora livre poeira

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Custo de Impressão da Sublimação

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Muitas são as dúvidas em relação ao cálculo de consumo de tinta das impressoras e plotters Epson e como calcular o custo de impressão. Vamos apresentar dados que foram obtidos com repetidos testes e podemos assegurar com grande precisão os valores obtidos.

Afinal, quanto de tinta é despejado no papel?

8 ml/m2 para 100% de cobertura

Quando nos referimos a 100% de cobertura estamos falando de impressão “chapada”, pois no caso de uma foto, mesmo que preenchendo toda folha não podemos afirmar que a impressão é de 100% de cobertura, pois os degrades e pequenos vazados vãos representar uma queda de cobertura para pelo menos 80%. No caso de impressão em texto, por exemplo, deve-se considerar uma cobertura média de 5%.

Então, como faço este cálculo?

Use a seguinte formula para impressoras.

Custo de tinta por folha A4 = preço da tinta em litros x cobertura em % x 0,00005

Considerando o custo do litro atual da tinta na loja virtual da Inkmixx de R$ 185 e uma impressão fotográfica temos: A4=185x80x0,00005 ~ R$ 0,07, aprox 7 centavos é um custo muito baixo e se adicionarmos o custo de uma folha de transfer resinada

A4 (R$ 115 - 500 fls), temos o custo final de aprox R$0,30

Para plotters temos o custo por metros quadrados, sendo o litro R$ 185,00 e 80% de cobertura

Custo de tinta por M2 = preço da tinta em litros x cobertura em % x 0,00008 M2=185x80x0,00008 ~ R$ 1,20 m2

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Tipos de Papeis usados na Sublimação

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Muitos são os de tipos papéis usados para imprimir com tinta sublimática jato de tinta, mas o resultado final de cada um deles é bem diferente.

Um das propriedades químicas fundamentais para que a tinta tenha fluidez nos micro dutos das cabeças de impressão e ter uma tensão superficial baixa.

A Tensão Superficial é um efeito físico que ocorre na camada superficial de um líquido que leva a sua superfície a se comportar como uma membrana elástica. A água é um exemplo de tensão superficial alta, assim se colocarmos uma gota d'água sobre um vidro veremos uma bolha, mas se colocarmos uma gota de tinta sublimática sobre o vidro veremos que rapidamente ela se espalha formando uma mancha circular. Ou seja, se colocarmos a água mais pura no cartucho ela não vai fluir nos micro dutos das cabeças de impressão. Já a tinta tem que tem uma grande carga de produtos sólidos dispersos em seu meio, mesmo assim flui mas cabeças sem causar problemas.

Por ter a propriedade de tensão superficial baixa é que as tintas para jato de tintas em geral necessitam de papeis com algum tipo de tratamento, pois elas penetram nas fibras do papel, que é muito absorvente.

No caso da sublimação não é diferente, necessitamos de um papel tratado, ou resinado, que tem a propriedade de manter a tinta em sua superfície para posteriormente na transferência ter o maior aproveitamento da tinta.

De modo geral os usuários estão fazendo uso de 4 tipos de papéis: Sulfite, Monolúcido, papel Matte acetinado e resinado especifico para sublimação.

Os Papeis Sulfite e Monolúcido são muito parecidos, apenas se diferenciam pelo fato de o monolúcido ter uma lado polido e menos poroso, mas isso não é suficiente para 'segurar' a tinta sublimática ink-jet na superfície. O monolúcido é indicado para sublimação com tintas sublimáticas off-set e serigráficas que tem uma consistência pastosa.

Papel Matte é para uso convencional em jato de tinta (corante e pigmentada) e tem um tratamento para se obter cores mais

intensas para impressão, porém está sendo vendido como papel sublimático, e quem compra leva gato por lebre.

O recomendado é o Papel Sublimático Resinado, pois foi desenvolvido para esta finalidade específica. Ele

mantém uma grande porcentagem dos sólidos (corantes sublimáticos) sob a superfície e que posteriormente na transferência dará as cores brilhantes, e principalmente um preto mais intenso.

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Processos de TermoTransferência

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Calor: Também pode ser chamado de energia térmica, corresponde à energia em trânsito que se transfere de um corpo para outro

em razão da diferença de temperatura. Essa transferência ocorre sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que atinjam o equilíbrio térmico.

Temperatura:

A temperatura é uma grandeza física utilizada para medir o grau de agitação ou a energia cinética das moléculas de uma determinada quantidade de matéria. Quanto mais agitadas essas moléculas estiverem, maior será sua temperatura.

O aparelho utilizado para fazer medidas de temperatura é o termômetro, que pode ser encontrado em escalas: Celsius, Kelvin e Fahrenheit.

Pressão: O termo pressão é utilizado em diversas áreas da ciência como uma grandeza escalar que mensura a ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, porém em nosso caso regre-se a força aplicada e distribuída em determinada área.

Condução Térmica por Contato: É o processo de transmissão de calor em que a energia térmica passa de um local

para outro através das partículas do meio que os separa. Na condução, a região mais quente, as partículas têm mais energia, vibrando com mais intensidade; com esta vibração cada partícula transmite energia para a partícula vizinha, que passa a vibrar mais intensamente; esta transmite energia para a seguinte e assim sucessivamente.

Condução Térmica por Radiação:

É o processo de transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas (ondas de calor). A energia emitida por um corpo (energia radiante) se propaga até o outro, através do espaço que os separa.

Calor Específico: É uma grandeza física intensiva que define a variação térmica de determinada substância ao receber

determinada quantidade de calor. Cada material tem uma capacidade de assimilar a energia térmica aplicada, por exemplo: se colocarmos duas placas de mesma massa e proporções exposta ao sol, mas sendo uma de cobre e a outra de madeira, apôs um período de tempo a temperatura será maior na de cobre.

Graus Celsius e Fahrenheit: O Fahrenheit é uma escala de temperatura termodinâmica, onde o ponto de congelamento

da água é de 32 graus Fahrenheit (°F) e o ponto de ebulição de 212 °F (com uma pressão atmosférica normal). Na escala Celsius água congela 0 graus Celsius e o ponto de ebulição é 100 C. Formula de conversão C = ((F-32)/18)x10, ou seja , 390 F é aprox 200 C.

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O Transfer Sublimático

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Termotransferência é o transporte de uma gravura baseada em um substrato para outra base, aplicando pressão e transferindo calor por um determinado intervalo de tempo.

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Cada material tem sua propriedade de receber esta energia térmica, devido seu calor específico, ou seja, uma caneca de cerâmica recebe este energia mais lentamente que uma caneca de alumínio, isso sem considerar a diferença de suas massas.

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Tempo, Temperatura e Pressão: Sempre que falamos em transferência precisamos ajustar nossa prensa de modo

adequado para cada produto, mas como saber efetivamente qual o TTP ideais.

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Qualquer que seja a caso:

O transfer sublimático não exige uma pressão alta, mas sempre será necessário um bom contato entre o transfer e a superfície que vai receber a sublimação.

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Mas afinal qual a temperatura se dá sublimação?

A Sublimação inicia quando as moléculas dos corantes atingem 160 C e se efetivam em plenitude aos 170 C.

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Então, por que é preciso usar 200 C / 30 seg sobre o tecido de poliéster? Aí é um processo físico de condução de calor, onde a placa aquecida (200 C) da prensa transfere o calor para o tecido, que partiu da temperatura ambiente (em média 25 C) e após aproximadamente 25 segundos conseguiu elevar sua temperatura em 150 C, e assim é com todos os outros produtos. No caso da prensa de canecas o tempo de transferência é muito maior (em torno de 150 seg) por que a relação de massa entre a resistência e a caneca de cerâmica é muito menor do que na prensa de camisetas.

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Prensa Térmica Plana A prensa térmica plana de acionamento manual ou pneumático é composta de duas placas, uma placa superior (quente) e uma inferior (fria) onde um sistema mecânico de alavancas ou pneumáticos, exerce uma força pressionando esta placas.

Utiliza-se na base inferior uma borracha de silicone porosa ou feltro, com a finalidade de ajustar e distribuir com regularidade a pressão aplicada. Na placa superior é aplicado teflon para facilitar a limpeza em caso de aderência de resíduos derretidos.

Para o ajuste da pressão um fuso (ou rosca) aproxima ou afasta as duas placas, aumentado ou diminuindo a pressão. Nas prensas pneumáticas o ajuste se dá no regulador de pressão barométrico.

Um controlador eletrônico de temperatura e um temporizador completam o equipamento.

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As prensas normalmente operam com 200C, sendo que a pressão e tempo variam de acordo com a aplicação. Neste exemplo ilustramos um transfer sublimatico sendo transferido sobre um tecido de poliester. A placa superior de alumínio tem grande massa e passa a receber energia logo que a temperatura cai alguns graus, e é repostas rapidamente. Em prox 25 seg o transfer recebe a energia necessária para atingir 170C e sublimar sobre o tecido.

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Hotronix - considerada a melhor prensa do mundo

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Prensa Cilíndrica Prensa comumente usada para prensar canecas, tem também como finalidade prensar um série de objetos cilíndricos. Composta por um fino filamento de resistência envolto em uma borracha de silicone esponjosa sendo sua principal função `abraçar` a caneca ajustando as pequenas irregularidades a fim de manter um bom contato entre o transfer e a superfície da caneca.

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Uma das principais características da prensa de caneca é queda acentuada de temperatura assim que a resistência entra em contato com a caneca. Isso se deve ao fato que a resitentecia tem pouca massa para reter o calor em relação a massa da caneca de cerâmica.

O Gráfico ao lado presenta a curva de temperatura de prensagem de canecas: A: rampa de aquecimento, B: patamar (200 C), C: queda de temperatura por absorção da caneca, D: ao ser acionada a resistência elétrica a temperatura passa a ser reposta E: patamar é atingido após um Tempo

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Prensa Vácuo "3D" É um novo conceito de prensagem onde uma membrana de silicone flexível extremamente resistente se deforma, sob a ação do vácuo e envolve o objeto, sendo que a pressão atmosférica faz o papel da prensagem. A sublimação se completa com o calor irradiado, sendo assim possível sublimar em totalidade sobre objetos antes inimagináveis como: pratos, capas para celulares, azulejos curvos, etc..

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Um grande dificuldade tem representado o uso da prensa “3D” é a distribuição da temperatura. Nós fizemos uma série de testes com termômetros espalhados por toda a máquina e o resultado é o demostrado pelo esquema acima. A temperatura denominada no painel da máquina não necessariamente corresponde com o temperatura aplicada sobre o objeto. Neste exemplo vamos usar capinhas de celular. Estas capinhas são produzidas em plástico próprio para receber a sublimação e sofrem deformação e contração quando aquecidos, portanto tem o momento exato serem retirados da prensa. Quando fazemos o vácuo a borracha de silicone entra em contato com o a capinha e perde calor imediatamente, levando um tempo para receber mais calor do sistema para elevar a temperatura no patamar necessário para a sublimação se dar. Na segunda prensagem subsequente, com o mesmo tempo e temperatura, o sistema está em outro equilíbrio térmico que agora não representa o mesmo patamar de temperatura atingido no final da primeira transferência.

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Forno Estático Seguindo o princípio que a sublimação precisa somente de um bom contato e atingir os 170 C na interface transfer/poliester, muitas são as soluções transferências criadas. Uma delas a utilização de fornos elétricos onde o objeto é envelopado com uma cinta de silicone (wraps). A elasticidade do silicone e sua resistência a altas temperaturas garantem a boa transferência, quando estes são expostos ao interior destas estufas por um tempo até atingir o patamar de transferência.

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Cinta de Silicone (Wraps)

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Forno Esteira

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No caso da estufa com esteira, o princípio é o mesmo do forno estático, porém agora temos um túnel onde uma grande quantidade de objetos se deslocando, recebendo o calor e aquecendo gradativamente ao longo do percurso, até atingir o patamar de sublimação.

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Calandra É um sistema de transferência contínuo onde cilindros aquecidos transferem o calor para um cinta que por sua vez transfere para o tecido. O tecido e transfer são introduzidos em bobinas. Sistema utilizado em indústria têxtil. Na calandra há um grande consumo de energia elétrica, pois um grande volume de óleo tem que ser aquecido e para que haja calor para alimentar todo o sistema de transferência. A velocidade de passagem do tecido com o transfer, é em média de 4 metros por minuto.

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