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烫印型模压全息高分子材料的制备步骤

2022-04-15

  烫印型模压全息高分子材料的制备分为五个步骤:制作金属模版、模压复制全息图、镀反射层、涂布热熔胶和分切。

  一、制作金属膜版

  模压全息是将全息金属模版上的全息图转印至全息记录层的过程,首先需要获得表面有全息图的金属模版。传统的制作方式是:通过激光全息照相技术在以玻璃板为基底的感光板(光刻胶版)上制作全息图,然后经过电镀、拼版、再电铸等工艺后复制到全息金属模版上。

  从微观结构来看,记录全息图的光刻胶版表面是呈浮雕型凹凸沟槽状的光栅结构,这些光栅结构需要完整、无误地转移到全息金属模版的表面。全息金属模版的制作包括如下两个步骤:

  ①在光刻胶版表面沉积极细的金属颗粒;

  ②沉积的金属颗粒在光刻胶版表面形成导电层,并作为电镀槽中的阴极,使金属离子在其表面沿着光栅形貌沉积,形成光栅状的金属层,从而获得全息金属模版。

  二、模压复制全息图

  模压工序是模压全息中的关键工序之一。自20世纪70年代末以来,科学家和工程师们对模压工序进行了不断改良和创新,极大地降低了全息图的制作成本,提高了生产效率。在烫印型模压全息高分子材料中,全息图的模压复制工艺为机械热压,其基本过程是:在一定压力与温度下,将金属模版上的全息图压印到全息记录层上,经冷却、脱模、定型后,全息图转印到全息记录层。模压全息图的光栅结构精细,空间频率可达1000~1500线/mm,深度一般为10-4mm量级。因此全息金属模版的材质直接影响着模压效果,工业上常用镍材质的模版,可连续压印100万次以上。

  根据压辊与薄膜的压印方向,模压全息按类型可分为三种工艺:平压平型模压、圆压平型模压和圆压圆型模压。

  平压平型模压属于一种间歇式模压工艺。平压平型模压机由给料辊、收卷辊、压印平板、金属模版、加热板、冷却装置等组件构成。模压过程可分为供片、加压、保持、剥压、收片五个阶段,整个过程需几秒钟。这种模压工艺对金属母版的平整性有较高要求,若厚度不均匀或表面存在不规则的凹槽,则无法获得高质量的模压全息图。平压平型模压技术的生产效率较低,操作要求高。

  圆压平型模压机由给料辊、压印辊、加热平台、移动平板与金属模版等组件构成,其中金属模版固定在移动平板和加热平台上。模压过程可分为供片、滚压、移动冷却、收片四个阶段,也属于间歇式模压工艺,生产效率也不高。

  圆压圆型模压属于一种连续式模压工艺,生产效率高。加压时,压印辊与金属模版辊之间的接触部分为一条直线,全息记录层受力小,金属模版施加的力也较小,因此使用寿命更长。另外,由于压辊施加的压力小,因此可以使用更长、直径更大的压辊来完成宽幅模压,适用于大面积生产。圆压圆型模压机的压印辊转动速度快,因此具有较高的模压效率。

  在模压过程中,模压温度、模压压力、模压速度、冷却速度等工艺参数直接影响最终产品的质量。模压温度应处于全息记录层高分子的玻璃化温度与黏流温度之间。此时高分子处于高弹态,金属模版上的全息图既能压印到全息记录层,又不至于因分子链的质心迁移而导致图像失真。模压压力应根据模压温度、全息记录层种类、金属模版表面镍层厚度等情况设定。压力过大,会导致全息记录层或金属模版变形,甚至被破坏;压力过小,转移至全息记录层的全息图不完整、不清晰。采用圆压圆型模压工艺时,压印辊与金属模版辊之间的初始压力一般应设定在0.5MPa左右,模压过程中的压力提高至1.5~2.0MPa。模压速度直接影响到生产效率,可根据模版中全息图的复杂程度、模压机性能、基膜种类等情况设定。适当的模压速度可以保证全息记录层达到表面平整不皱折、稳定不滑动的效果。宽幅模压机的模压速度一般设定在50~100m/min。在模压过程中,各个辊的旋转速度同步自动调节。全息信息压印到全息记录层后,通过冷却辊对全息记录层进行冷却处理,使全息记录层材料转变为玻璃态,将表面的全息图固定下来。最后,将薄膜收卷,进入下一步的镀反射层工序。

  三、镀反射层

  为使模压全息图在白光下亮度更高,在压印好的全息记录层表面还需再镀上一层反射层。反射层可以是不透明的金属材料,如金、银、铜、锌、铬、铝等,使用最多的是铝,也可以是高折射率的透明材料,如硫化锌、二氧化钛、二氧化锆等。

  镀反射层工艺的原理是:在真空条件下,高温蒸发源使镀材气化或升华。然后,镀材蒸气或粒子在冷却时沉积在全息记录层表面形成镀层。

  四、涂布热熔胶

  热熔胶层厚度较薄(1~2μm),一般使用网纹辊涂布。网纹辊表面浸入热熔胶溶液中,将热熔胶溶液吸附在网纹辊表面的沟槽内。在网纹辊旋转传输热熔胶溶液的过程中,用刮刀除去表面多余的热熔胶溶液。同时,背压辊反向旋转传送薄膜。在网纹辊与背压辊的压力作用下,网纹辊表面沟槽内的热熔胶溶液转移到两辊之间的薄膜表面,形成均匀热熔胶溶液层。溶剂挥发后,得到热熔胶层。

  五、分切

  分切是通过分切机将模压全息高分子材料裁切至所需的尺寸,一方面切除边角料,另一方面便于后续的收卷储存、运输和应用。分切过程是否合格,判断的依据是分切后的全息高分子材料边缘无锯齿、表面完整、无褶皱。

  文章内容引用自专业教材,以便高分子科学工程、光学工程等领域的科技工作者作研究参考,未经本书原作者的许可,任何第三方不得复制或者转载本文内容。