我们来详细解析一下传真机(以及很多收据打印机)使用的热敏打印技术,核心就是理解温度如何触发特殊纸张(热敏纸)上的化学反应,从而形成可见的图像。
核心原理:热敏化学反应
热敏打印的核心在于热敏纸上覆盖的一层特殊涂层。这个涂层包含两种关键化学物质:
无色染料(发色剂): 通常是具有特定化学结构的有机化合物,本身是无色或接近无色的。
显色剂: 通常是弱酸性物质(如双酚A(BPA)、双酚S(BPS)或其他酚类化合物)。
关键点在于:这两种物质在常温下是物理隔离的,不会发生反应! 它们通常被微胶囊包裹或者分散在一种特殊的粘合剂(通常是蜡或树脂)中,彼此保持分离状态。
成像过程:温度是关键
当传真机需要打印时,打印头(一个包含许多微小加热点的精密部件)会根据接收到的图像信号,选择性地加热热敏纸的特定位置。
加热: 打印头上的微小加热元件(电阻)在极短的时间内(毫秒级)被电流加热到很高的温度(通常在100°C到250°C之间,具体取决于打印头速度和热敏纸配方)。
涂层熔化: 加热点下方的热敏纸涂层局部受热,导致涂层中的粘合剂(蜡或树脂)瞬间熔化。
化学物质接触与反应: 熔化的粘合剂充当了溶剂,使得原本被物理隔离的
无色染料和
显色剂能够互相接触并溶解在熔融的粘合剂中。
显色反应: 在高温和熔融介质提供的环境下,
显色剂(酸) 与
无色染料发生
酸碱反应或
氧化还原反应。这个反应导致无色染料分子的化学结构发生改变。
颜色显现: 染料分子结构的改变使其吸收特定波长的可见光,从而呈现出颜色(通常是黑色或蓝色,也有其他颜色)。
反应区域的颜色深浅取决于加热的温度和持续时间(即能量输入)。
简单总结:
热量 → 熔化涂层 → 隔离解除 → 染料 + 显色剂接触 → 化学反应 → 分子结构改变 → 颜色显现
热敏纸的结构(简化版)
+-------------------------+
| 保护层 (可选) | <- 防止磨损、化学腐蚀
+-------------------------+
| **热敏涂层 (核心层)** | <- 包含:无色染料 + 显色剂 + 粘合剂(蜡/树脂) + 其他添加剂
+-------------------------+
| 底纸 (基材) | <- 通常是光滑的纸张,提供强度和支撑
+-------------------------+
关键特点
- 无需墨盒/色带: 最大的优势!只需要热敏纸和电能,维护简单,成本低。
- 静音: 只有打印头移动的轻微声音,比针式或喷墨打印机安静得多。
- 结构相对简单: 机械结构比针式或激光打印机简单。
- 打印速度快: 瞬间加热显色,逐行打印速度可以很快。
- 图像耐久性差: 这是主要缺点。
- 热敏纸怕热: 暴露在高温环境(如阳光直射的车内、靠近热源)会整体变黑。
- 怕化学物质: 接触酒精、丙酮、塑料增塑剂(如PVC保鲜膜、收银台塑料台布)、油脂等可能导致图像褪色或整体变黑。
- 怕摩擦: 涂层比较脆弱,用力刮擦会破坏图像。
- 随时间自然褪色: 即使保存良好,图像也会随着时间(几个月到几年)逐渐变淡甚至完全消失。重要文件需要复印或扫描存档。
- 分辨率: 分辨率由打印头上加热点的密度(DPI)决定。现代热敏传真机/打印机可以达到200dpi或更高,足以满足文字和简单图形的需求。
- 颜色: 最常见的是黑色/蓝黑色。通过使用不同的染料和显色剂组合,也可以实现红色、蓝色等单色打印(双色热敏纸通常有两层不同配方的涂层,在不同温度下显色)。
传真机中的工作流程
接收信号: 传真机通过电话线接收对方传来的图像数字信号。
数据处理: 传真机内部处理器将信号转换成控制打印头加热点的指令。
送纸: 滚筒将热敏纸匀速送入打印区域。
选择性加热: 打印头根据指令,在纸张移动过程中,精确地在对应位置瞬间加热相应的微小加热点。
显影成像: 被加热的点发生上述化学反应,变成黑色(或其他颜色),未被加热的点保持原色(通常是白色或浅色)。一行一行地加热,最终形成完整的页面图像。
切纸(可选): 有些传真机在打印完成后会自动将纸张切断。
总结
传真机热敏打印技术是一种利用局部加热触发热敏纸上特殊化学涂层发生显色反应的无接触式打印技术。温度的作用是熔化涂层介质,解除无色染料和显色剂的物理隔离,并提供反应所需的环境(高温和溶剂),从而让它们在接触后瞬间发生化学反应,生成可见的颜色,形成所需的文字或图像。其核心优势在于简单、安静、无需耗材(除纸外),但缺点是生成的图像耐久性较差,容易受热、化学物质、摩擦和时间的影响而褪色或损坏。