再造全息圖再復制技術的實驗研究與工藝探索

摘要:本文利用全息圖像再復制技術，使用PVC、PET激光全息膜，經過一系列化學處理，再進行電鑄翻制，成為全新的全息圖銀版。分析了該技術的工藝流程。由于翻鑄靈活，可應用于不同圖案的拼制，是一種快速得到全息母版的方法，且生產成本較低，操作工藝簡單，具有較高的實際應用價值和發展前景。

關鍵詞:再造全息圖 再復制 翻制

0 引言

激光全息模壓技術在最近二十年得到了飛速的發展，應用領域也越來越廣泛。由于技術進步使得制造成本有了大幅下降，但一塊全息母版的成本仍然很高，且一旦生成一塊母版，其圖案是固定不變的。而本文介紹的實驗是利用模壓全息膜經過再復制，從而得到與原圖一致的全息母版，并且可以將任意不同圖案經過拼接而得到各種組合圖案。顯然，這是一種人為的組合圖案的方法，在沒有昂貴的激光制版設備的前提下的一種圖案復制技術。本實驗有較好的圖像效果，已在生產中得到應用，同時仍在不斷完善工藝流程，也希望借此能找到效果更好、工藝更簡單、穩定性更高的復制技術。

1 激光全息膜的前期處理

1.1 激光全息膜的生產工藝 整個激光全息膜的主要生產流程是:用制好的激光全息母版，經過Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代電鑄復制，得到能用于模壓的工作版。根據模壓機版輥的尺寸大小進行裁剪，然后裝在模壓機的版輥上(必須要固定良好，不可產生移位)。穿好原膜(PVC膜或PET膜)，待一切工序準備妥當后，視基材不同所需的模壓溫度不同，對模壓機進行加溫。PVC膜大約為75°-125°，PET膜約155°-180°。加上適當的壓力，在模壓機轉動壓印過程中即可將工作版上的一組組干涉條紋(表現為各式圖案)轉移到基材(原膜)上，即得到與工作版上一一對應的凹凸干涉條紋。待冷卻、定型后，即完成模壓工藝。之后對壓印膜進行真空鍍鋁以及涂布粘接層(一種高溫粘合劑)，最后形成終極產品，工藝流程圖見示意圖1。

當然，這只是整個產品的主要生產工藝過程。在生產中，還必須考慮其他各方面因素的影響。例如操作熟練程度、工藝參數的控制、環境狀況等等，都會直接影響到產品的質量。

2 復制前的處理

用于復版的膜通常是兩種，PVC或PET，也有用BOPP膜的。用PVC或BOPP膜來復制時通常不需要對原膜進行前期處理，只做表面清洗，保持原膜干凈、平整。(本實驗使用的是臺灣生產的PET燙印膜)。

燙印膜的主要涂層結構:

A——基材(PET膜)16μm厚

B——分離層

D——色層(全息圖像將模壓在此層上)

O——鍍鋁層

C——粘接層

這里，分離層B是在燙印時使載體A與被燙物分開之作用。其成分主要是蠟料，與有機溶劑按一定比例調合后均勻涂布在原膜上。色層D是一層復合樹脂，為了使燙印效果產生不同顏色，也可添加所需顏料。同時，全息圖像的條紋也就是壓印在此層上。因此在處理時，這一層的保護尤為重要。而鋁層(O)及粘接層(C，也稱背膠)是使全息產品產生反射效果及與被燙物高溫粘接，對于復制母版來說則沒有作用，是要處理掉的。

復制前先準備一塊5mm厚的PVC膠板，寬度以模壓機版輥周長為寬度，并略大于其周長尺寸，長度為900mm。表面一定要非常平整，無任何凸起的粒點，并徹底清洗干凈，晾干(不允許有任何油性物質)。

所選用的PET激光全息膜，除了確認其圖案完整，無人為拼接及皺褶外，對衍射效率要有一個評估，越是刻蝕深的激光版，所生產出來的全息膜的衍射效率就越高，反之則低。在這一點上，除了使用專業的衍射效率測試系統進行測量外，一般通過肉眼亦能作出大致判斷。這對于后面所生產出來的新母版非常重要。

將選擇好的PET膜裁剪好(四周略小于膠板尺寸10mm)，由于薄膜非常薄(16μm)，操作時要非常小心細致，不能將膜弄皺，否則復制出的母版上會留有瑕疵。

將膜平放于膠板光滑面上正中位置，用耐水強力單面膠帶將膜四周牢固地粘在膠板上，注意薄膜不可過于被拉緊，否則易變形，使得圖案失真。用一定比例的NaOH溶液浸泡待復制膜，大約20-30分鐘不等，視鋁層厚薄程度而異。待鋁層徹底脫落后用水反復清洗，直至無殘留的NaOH。再用去離子水沖洗幾次待用。至此，復制前的處理工作全部完成。

3 實驗過程

本實驗采用的鍍銀工藝是浸鍍。因為面積較大，若采用噴鍍，由于銀鏡反應常溫下的速度很快(通常在10-15秒鐘左右完成)極易造成鍍層不均勻而影響光柵效果，成功率較低。因此，采用浸鍍工藝。在鍍銀前需事先配制好鍍銀液及敏化液。(注意:所配制的鍍液要當次用完。未用過的敏化液最多保留5日)

首先將敏化液以噴霧的方式均勻的噴于洗凈的復制膜上，此為增強還原性。大約20秒鐘后，用去離子水輕輕沖洗二次。這樣反復噴二次，按著將等量的A、B兩種鍍銀液迅速同時倒入容器中混合，待10秒鐘左右將整個復制膜迅速放入容器中，并均勻搖晃容器(不可過猛搖晃)，使鍍液在反應過程中均勻鍍于鍍件表面約10-25秒鐘。當鍍液由黑色逐漸變為泥色時倒掉鍍液，并立即用清水輕輕沖洗表面(水流盡量柔和)，經過化學銀鏡反應，這時被鍍件表面即形成銀色光亮的鏡面效果，圖案隨之顯現出來。再用去離子水洗凈后即可放入電鑄槽進行母版電鑄。

銀版的后期處理:

新復制出來的銀版表面會留下一層樹脂，即前面介紹的D層，隨著分離層B一同留在了銀版上。因此，根據所用原膜不同，新復制出的銀版的表面處理方式是不同的。一般PET膜復制出銀版后，其表面似有一層原先的色層樹脂，必須經過化學處理加以去掉，否則該色層是不導電的，也不能再進行后代復制。通常用普通的有機溶劑即可處理掉。而如果是用PVC膜或者是BOPP膜，則不能用有機溶劑處理。這兩種膜在生產全息膜時是沒有分離層的。因此復制出銀版后原膜不會分離，而是留在銀版上。在這種情況下需要用鹽酸與去離子水按4:1的比例浸泡銀版，大約20秒鐘待膜分離后拿出來用清水洗凈，則可以處理掉銀版表面的原膜層。

當然，在使用這兩種方式來處理銀版時，有一點是共同的，即必須非常小心仔細的處理，且不可碰傷表面銀層，必要時只能用長纖維棉花輕拭表面。一旦保護層或色層處理掉，則立即用水清洗干凈，這一步的處理是非常重要的一環。很多時候往往是由于這一環節的處理不當，而造成整個復制工藝的失敗。

新的銀版能否成功，電鑄過程中電鑄槽的調整也是十分重要的。槽液的pH值應控制在3.3-4.5之間，若偏大則需補充氨基磺酸加以調整，若小于3.3，則需加去離子水加以稀釋。而硼酸則用布袋裝吊于槽液內，它起到補償平衡的作用。下槽前需對母版進行鈍化處理，其作用是成型后使其剝離。方法是用0.5 %的重鉻酸鉀溶液噴于母版表面，停留約40秒鐘。用水沖洗后將銀版掛入槽內，連接上陰極(陽極為盛裝鎳扣的鈦藍)，接通電流。在電鑄母版的初始30分鐘內是不允許停電的，否則母版將報廢。30分鐘后電流由最初的0.5A/dm2開始，間隔一定時間調整一次。最終電流調至2.0A/dm2，之后大約經過8小時的電鑄形成新的母版。以后可依據上述步驟重復電鑄，得到Ⅱ、Ⅲ代母版。這樣，整個電鑄過程就完成了，得到一塊全新的全息母版。

注意，整個電鑄處理過程中，只能使用電導率小于1μs/cm2的去離子水。如果版上有油污，也只能使用中性洗滌劑清洗，例如洗潔精。

3 結果分析

從本實驗的結果看，通過本方法能夠將全息膜上的圖案經過復制再生成為新的母版，并且可以通過拼接的方式，將不同造型圖案的全息膜進行組合成所需要的圖案。只是在用全息膜拼制時注意拼縫的處理，鍍銀時應減慢反應速度，使得拼縫良好對接。

正常的激光全息原版的浮雕條紋的最大衍射效率為15%左右，由于在模壓過程中受到涂層材料、壓力、溫度等參數的影響，以及操作熟練程度等多方面的因素，全息模壓膜的衍射效率會有所下降，一般可以達到8%-10%。由于涂層材料及基膜都有一個固定的耐溫值，模壓溫度不可過于升高，在一定模壓溫度的條件下，盡量使用大一點的壓力，以使原膜上的全息干涉條紋盡量充分轉移至膜上，提高衍射效率。

實驗過程中，我們發現比較而言，PET膜的復制效果要好于PVC膜或BOPP膜，因為PET膜的抗拉強度及平整度均為最佳，尤其以25~36μm之間最為理想。

總結起來，本實驗方法有以下幾個方面的特點:①方法簡便而實用。操作步驟非常簡單，即原膜的前期處理、鍍銀母版的金屬化、鈍化、電鑄等。嚴格按照要求來操作。只要方法正確，我們的成功率都接近100%。同時已用于生產中部分全息母版的補充。②效果明顯。雖然復制版較原版的衍射效果會稍微低一點，而彌補的手段就是母版的金屬化環節，此工藝如果掌握得較好，處理得較熟練，那么，復制版與原版所生產出來的模壓膜產品的區別是不明顯的。③降低了生產成本。該方法在某種程度上避開了原版制作時的高投入，二者有可能相差數十倍(當某些產品的要求較復雜以及做專版時，仍可用原版制作)。而使企業在一些大眾化產品的生產時能夠節省大量的時間及投入。

應該注意的是，我們在選擇圖案進行復制的過程中，只能選擇沒有版權爭議的以及自己獨創的圖案為基本單元。

參考文獻:

[1]于美文.光學全息及信息處理. 防工業出版社.1984.

[2]母國光.光學.人民教育出版社 .