再造全息图再复制技术的实验研究与工艺探索

吴　江　车爱香

摘要:本文利用全息图像再复制技术,使用PVC、PET激光全息膜,经过一系列化学处理,再进行电铸翻制,成为全新的全息图银版。分析了该技术的工艺流程。由于翻铸灵活,可应用于不同图案的拼制,是一种快速得到全息母版的方法,且生产成本较低,操作工艺简单,具有较高的实际应用价值和发展前景。

关键词:再造全息图 再复制 翻制

0 引言

激光全息模压技术在最近二十年得到了飞速的发展,应用领域也越来越广泛。由于技术进步使得制造成本有了大幅下降,但一块全息母版的成本仍然很高,且一旦生成一块母版,其图案是固定不变的。而本文介绍的实验是利用模压全息膜经过再复制,从而得到与原图一致的全息母版,并且可以将任意不同图案经过拼接而得到各种组合图案。显然,这是一种人为的组合图案的方法,在没有昂贵的激光制版设备的前提下的一种图案复制技术。本实验有较好的图像效果,已在生产中得到应用,同时仍在不断完善工艺流程,也希望借此能找到效果更好、工艺更简单、稳定性更高的复制技术。

1 激光全息膜的前期处理

1.1 激光全息膜的生产工艺 整个激光全息膜的主要生产流程是:用制好的激光全息母版,经过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代电铸复制,得到能用于模压的工作版。根据模压机版辊的尺寸大小进行裁剪,然后装在模压机的版辊上(必须要固定良好,不可产生移位)。穿好原膜(PVC膜或PET膜),待一切工序准备妥当后,视基材不同所需的模压温度不同,对模压机进行加温。PVC膜大约为75°-125°,PET膜约155°-180°。加上适当的压力,在模压机转动压印过程中即可将工作版上的一组组干涉条纹(表现为各式图案)转移到基材(原膜)上,即得到与工作版上一一对应的凹凸干涉条纹。待冷却、定型后,即完成模压工艺。之后对压印膜进行真空镀铝以及涂布粘接层(一种高温粘合剂),最后形成终极产品,工艺流程图见示意图1。

当然,这只是整个产品的主要生产工艺过程。在生产中,还必须考虑其他各方面因素的影响。例如操作熟练程度、工艺参数的控制、环境状况等等,都会直接影响到产品的质量。

2 复制前的处理

用于复版的膜通常是两种,PVC或PET,也有用BOPP膜的。用PVC或BOPP膜来复制时通常不需要对原膜进行前期处理,只做表面清洗,保持原膜干净、平整。(本实验使用的是台湾生产的PET烫印膜)。

烫印膜的主要涂层结构:

A——基材(PET膜)16μm厚

B——分离层

D——色层(全息图像将模压在此层上)

O——镀铝层

C——粘接层

这里,分离层B是在烫印时使载体A与被烫物分开之作用。其成分主要是蜡料,与有机溶剂按一定比例调合后均匀涂布在原膜上。色层D是一层复合树脂,为了使烫印效果产生不同颜色,也可添加所需颜料。同时,全息图像的条纹也就是压印在此层上。因此在处理时,这一层的保护尤为重要。而铝层(O)及粘接层(C,也称背胶)是使全息产品产生反射效果及与被烫物高温粘接,对于复制母版来说则没有作用,是要处理掉的。

复制前先准备一块5mm厚的PVC胶板,宽度以模压机版辊周长为宽度,并略大于其周长尺寸,长度为900mm。表面一定要非常平整,无任何凸起的粒点,并彻底清洗干净,晾干(不允许有任何油性物质)。

所选用的PET激光全息膜,除了确认其图案完整,无人为拼接及皱褶外,对衍射效率要有一个评估,越是刻蚀深的激光版,所生产出来的全息膜的衍射效率就越高,反之则低。在这一点上,除了使用专业的衍射效率测试系统进行测量外,一般通过肉眼亦能作出大致判断。这对于后面所生产出来的新母版非常重要。

将选择好的PET膜裁剪好(四周略小于胶板尺寸10mm),由于薄膜非常薄(16μm),操作时要非常小心细致,不能将膜弄皱,否则复制出的母版上会留有瑕疵。

将膜平放于胶板光滑面上正中位置,用耐水强力单面胶带将膜四周牢固地粘在胶板上,注意薄膜不可过于被拉紧,否则易变形,使得图案失真。用一定比例的NaOH溶液浸泡待复制膜,大约20-30分钟不等,视铝层厚薄程度而异。待铝层彻底脱落后用水反复清洗,直至无残留的NaOH。再用去离子水冲洗几次待用。至此,复制前的处理工作全部完成。

3 实验过程

本实验采用的镀银工艺是浸镀。因为面积较大,若采用喷镀,由于银镜反应常温下的速度很快(通常在10-15秒钟左右完成)极易造成镀层不均匀而影响光栅效果,成功率较低。因此,采用浸镀工艺。在镀银前需事先配制好镀银液及敏化液。(注意:所配制的镀液要当次用完。未用过的敏化液最多保留5日)

首先将敏化液以喷雾的方式均匀的喷于洗净的复制膜上,此为增强还原性。大约20秒钟后,用去离子水轻轻冲洗二次。这样反复喷二次,按着将等量的A、B两种镀银液迅速同时倒入容器中混合,待10秒钟左右将整个复制膜迅速放入容器中,并均匀摇晃容器(不可过猛摇晃),使镀液在反应过程中均匀镀于镀件表面约10-25秒钟。当镀液由黑色逐渐变为泥色时倒掉镀液,并立即用清水轻轻冲洗表面(水流尽量柔和),经过化学银镜反应,这时被镀件表面即形成银色光亮的镜面效果,图案随之显现出来。再用去离子水洗净后即可放入电铸槽进行母版电铸。

银版的后期处理:

新复制出来的银版表面会留下一层树脂,即前面介绍的D层,随着分离层B一同留在了银版上。因此,根据所用原膜不同,新复制出的银版的表面处理方式是不同的。一般PET膜复制出银版后,其表面似有一层原先的色层树脂,必须经过化学处理加以去掉,否则该色层是不导电的,也不能再进行后代复制。通常用普通的有机溶剂即可处理掉。而如果是用PVC膜或者是BOPP膜,则不能用有机溶剂处理。这两种膜在生产全息膜时是没有分离层的。因此复制出银版后原膜不会分离,而是留在银版上。在这种情况下需要用盐酸与去离子水按4:1的比例浸泡银版,大约20秒钟待膜分离后拿出来用清水洗净,则可以处理掉银版表面的原膜层。

当然,在使用这两种方式来处理银版时,有一点是共同的,即必须非常小心仔细的处理,且不可碰伤表面银层,必要时只能用长纤维棉花轻拭表面。一旦保护层或色层处理掉,则立即用水清洗干净,这一步的处理是非常重要的一环。很多时候往往是由于这一环节的处理不当,而造成整个复制工艺的失败。

新的银版能否成功,电铸过程中电铸槽的调整也是十分重要的。槽液的pH值应控制在3.3-4.5之间,若偏大则需补充氨基磺酸加以调整,若小于3.3,则需加去离子水加以稀释。而硼酸则用布袋装吊于槽液内,它起到补偿平衡的作用。下槽前需对母版进行钝化处理,其作用是成型后使其剥离。方法是用0.5 %的重鉻酸钾溶液喷于母版表面,停留约40秒钟。用水冲洗后将银版挂入槽内,连接上阴极(阳极为盛装镍扣的钛蓝),接通电流。在电铸母版的初始30分钟内是不允许停电的,否则母版将报废。30分钟后电流由最初的0.5A/dm2开始,间隔一定时间调整一次。最终电流调至2.0A/dm2,之后大约经过8小时的电铸形成新的母版。以后可依据上述步骤重复电铸,得到Ⅱ、Ⅲ代母版。这样,整个电铸过程就完成了,得到一块全新的全息母版。

注意,整个电铸处理过程中,只能使用电导率小于1μs/cm2的去离子水。如果版上有油污,也只能使用中性洗涤剂清洗,例如洗洁精。

3 结果分析

从本实验的结果看,通过本方法能够将全息膜上的图案经过复制再生成为新的母版,并且可以通过拼接的方式,将不同造型图案的全息膜进行组合成所需要的图案。只是在用全息膜拼制时注意拼缝的处理,镀银时应减慢反应速度,使得拼缝良好对接。

正常的激光全息原版的浮雕条纹的最大衍射效率为15%左右,由于在模压过程中受到涂层材料、压力、温度等参数的影响,以及操作熟练程度等多方面的因素,全息模压膜的衍射效率会有所下降,一般可以达到8%-10%。由于涂层材料及基膜都有一个固定的耐温值,模压温度不可过于升高,在一定模压温度的条件下,尽量使用大一点的压力,以使原膜上的全息干涉条纹尽量充分转移至膜上,提高衍射效率。

实验过程中,我们发现比较而言,PET膜的复制效果要好于PVC膜或BOPP膜,因为PET膜的抗拉强度及平整度均为最佳,尤其以25~36μm之间最为理想。

总结起来,本实验方法有以下几个方面的特点:①方法简便而实用。操作步骤非常简单,即原膜的前期处理、镀银母版的金属化、钝化、电铸等。严格按照要求来操作。只要方法正确,我们的成功率都接近100%。同时已用于生产中部分全息母版的补充。②效果明显。虽然复制版较原版的衍射效果会稍微低一点,而弥补的手段就是母版的金属化环节,此工艺如果掌握得较好,处理得较熟练,那么,复制版与原版所生产出来的模压膜产品的区别是不明显的。③降低了生产成本。该方法在某种程度上避开了原版制作时的高投入,二者有可能相差数十倍(当某些产品的要求较复杂以及做专版时,仍可用原版制作)。而使企业在一些大众化产品的生产时能够节省大量的时间及投入。

应该注意的是,我们在选择图案进行复制的过程中,只能选择没有版权争议的以及自己独创的图案为基本单元。

参考文献:

[1]于美文.光学全息及信息处理. 防工业出版社.1984.

[2]母国光.光学.人民教育出版社 .