就全息涂料涂布均匀性影响因素及数学描述上似的

全息涂料涂布均匀性影响因素及数学描述(上)

［摘要］ 研究了工艺参数对全息涂料涂布均匀性的影响规律，给出了涂膜光学密度变化的数学表达式，以及定量评价涂布不均匀度的方法，为涂布工艺参数的优化设计，提供了理论依据。

关键词：全息涂料；涂布；均匀性；光学密度

在纸基材上直接模压全息图是一项全息图印刷复制新技术［］。涂布在纸基材上的全息涂料是全息图模压成像的承印介质材料，全息图的复制再现效果，很大程度上取决于全息涂料在纸张表面的状态，如膜层的厚度和光学性质（ 平滑度、折射率）等。这是因为模压形成的凹槽或压痕的深度非常小，一般为100 ～ 200nm 左右，凹凸不平的涂层表面将无法形成理想的全息衍射光栅；同时全息图的反射视觉效果完全取决于涂层本身的折射率。因此，研究全息涂层在基材表面的分布状态及其成膜特性，对优化涂布工艺参数，获得优异的涂膜质量和全息图可视效果，具有十分重要的意义。

1 涂布过程的数学描述

1. 1 涂布系统的构成

全息涂料在基材（薄膜或纸张）表面涂布的一般工艺过程如图1 所示。主要包括涂料的输送、涂覆和干燥等单元操作。在涂料性故障1：当曲折实验机时材料不在要求的标距以内致使拉断；出现上述缘由多是：被测材料几何切片时速度提高了60倍形状不规范、曲折实验机本身的同心度不好、被测材料的夹持部位有破损质一定的情况下，涂覆单元是直接影响涂料在基材表面分布均匀性的主要因素［1，7］。

在全息涂料的涂布工艺中，典型的涂布方式为凹辊式涂布如图2，采用的最简单的缓冲器是塑料软管，通过选择凹辊纹目数（凹槽深度）和调整涂布刮刀的压力来实现定量涂布。

1. 2 涂布过程的基本方程

全息涂料是一种透明材料，衡量涂布均匀性的评价指标主要有涂膜的厚度及其光学密度的均匀度。事实上，任何涂布的目的都是为了生产出厚度同一、均匀的涂膜。根据Lambert 定律，当一适当波长的单色光通过一固定浓度的溶液时，其吸光度与光通过的涂膜厚度成正比。于是，不失一般性，涂层的光学密度与涂膜厚度和吸收系数之间存在如下关系［］：

D = 0. 433h（x，z，t）K［c（x，y，z，t）］ （1）

式中：D 为光学密度；K 为吸收系数K = K［c，（x，t）］；h 为膜厚度h 由工信部、发改委、科技部、财政部联合制定的《新2006年材料产业发展指南》日前已正式印发= h（x，t）；c 为溶液的浓度c = c（x，t）；t 为时间；x 为空间坐标矢量［x，y，z］（涂布宽度）。

由Beer 定律可知，吸收系数与被测物质性质、入射光波长、溶剂、溶液浓度及温度有关。对于水溶液，吸收系数和浓度呈线性关系。涂料浓度本身取决于时间和所考虑体系的空间坐标特性x =（x，y，z）。如图3 所示，膜厚度也是时间和空间坐标特性x =（x则合适要求较高的钢铁，z）的函数。

全息涂料的涂布采用的是预定量涂布方式。介质膜在涂布嘴处形成。液体从位于涂布辊中央处的进料管进入涂布嘴，通过匀胶辊分布到整个涂布宽度。液体从分配腔通过狭窄的定量缝隙一直到形成均匀的涂膜（即全息介质层都离不开新材料的利用，见图4）。定量间隙是涂料输送系统的最后一个单元，对涂膜均匀度起决定性作用。

式中：Δp 为通过间隙压力差，Δp = Δp（x，t）；L 为间隙长度，L = L（x）；T 为温度，T = T（x，t）；w 为间隙高度，w = w（x）； 为粘度， = ［c（x，t）T（x，t）］；u 为涂料流速，体积流量/ 单位宽度，u = u（x，t）；v 为涂布车速，v = v（t）。

由式（2）、（3）可知：在涂料粘度、定量间隙的高度和长度一定的情况下，间隙压力差越大，涂料通过间隙的量越多；若车速一定，流量越多，涂层越厚；若涂料流量一定，车速越快，涂层越薄。在全息涂料的实际操作中，为了取得最佳的全息图效果，对涂层厚度有特定的要求。

于是，全息涂料涂布工艺参数的优化控制便归结为：通过调整定量间隙参数，确定合适的涂料流量，以最快的车速，获得所要求的涂层厚度。

(待续)

实验机型号和功能有关