當(dāng)您在觀看電影時(shí)，您知道正在欣賞的電影拷貝（正片），以及拍攝電影時(shí)所用的膠片（負(fù)片）是怎樣制造出來(lái)，流體力學(xué)在它們的生產(chǎn)制造過(guò)程中起著什么樣的作用嗎？

　　當(dāng)您去醫(yī)院撿查身體拍X光片時(shí)，當(dāng)您使用相機(jī)拍照得到漂亮的彩色照片時(shí)，（現(xiàn)在大家都在使用數(shù)碼相機(jī)了，但去擴(kuò)印照片時(shí)，仍要用到相紙），您知道膠片的底片（負(fù)片）和相紙（正片）是怎樣生產(chǎn)出來(lái)，流體力學(xué)在其生產(chǎn)制造過(guò)程中有著怎樣關(guān)鍵的作用嗎？

　　本文將簡(jiǎn)要介紹從1824年以來(lái)，在感光材料發(fā)展近180年歷史過(guò)程中，流體力學(xué)曾經(jīng)和正在起著的關(guān)鍵作用。

　　讓我們先從感光材料產(chǎn)生和發(fā)展的歷史談起：

　　1824年法國(guó)物理學(xué)家 Nicephore Niepce在一塊玻璃板上涂上一層含銀鹽的化合物，經(jīng)光照得到了圖像。

　　1839年Niepce的同事向巴黎科學(xué)院，作了在烈日下較長(zhǎng)時(shí)問(wèn)曝光而得銀汞齊正像的實(shí)驗(yàn)。

　　1841年英國(guó)科學(xué)家 Tabolt 宣布：一種含Agl（碘化銀）紙基感光材料可得負(fù)像，再由負(fù)像使另一感光材料感光即可得到正像，曝光時(shí)間己可縮短，但圖像尚不太清楚。

　　1851年出現(xiàn)珂羅酊（即硝棉膠）濕板照相法，可得以玻璃板為基底的照相底片。

　　1871年發(fā)明溴化銀明膠干板。

　　1876年找到對(duì)所有光敏感的乳劑。

　　1887年以硝酸纖維素酯薄膜代替玻璃的感光軟片，使照相機(jī)工業(yè)得到迅速反應(yīng)。

　　1951年出現(xiàn)不易燃燒的三醋酸纖維素酯片基。

　　2O世紀(jì)70年代發(fā)明絳綸片基，使片基強(qiáng)度得到提高。

　　從這段歷史可以看到，感光材料的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，一方面是發(fā)現(xiàn)和逐步完善能對(duì)所有光線敏感的乳劑，另一方面是發(fā)明能夠?qū)⑷閯┩坎忌先サ钠�基、并逐步使片基做到既安全又有高�?qiáng)度。

　　在中國(guó)，直到20世紀(jì)60年代，去照相館照相片，有時(shí)還能拿到以玻璃為基底的照相底片，筆者就還保留有1965年在天津勸業(yè)場(chǎng)旁著名的中國(guó)照相館所得的玻璃照相底片。那個(gè)時(shí)候在電影拷貝的膠片盒上，常常見(jiàn)到顯著標(biāo)有“安全膠片”字樣，就是指盒中膠片是三醋酸纖維素酯片基的，不易燃燒。以區(qū)別這之前的電影拷貝膠片，由于是硝酸纖維素酯片基的，容易燃燒，不安全�，F(xiàn)在我們所使用的電影膠片拷貝己都是絳綸片基的了，既安全，強(qiáng)度也高，片盒上已不再需要標(biāo)明“安全膠片”。

　　感光材料工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，為彩色膠片、黑白膠片、相紙（包括沖洗和打印用的相紙）、X光膠片、磁帶等信息記錄材料。感光材料的生產(chǎn)過(guò)程，先是分頭制造感光材料乳劑和片基，再將感光材料乳劑涂布到片基上，經(jīng)干燥后再進(jìn)行裁切、整理、包裝，即可成為產(chǎn)品。流體力學(xué)的作用就體現(xiàn)在將感光材料乳劑涂布到片基上，形成感光材料的過(guò)程中，感光材料的涂布流動(dòng)是指將感光材料乳劑涂布到片基上的流體運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

　　感光材料涂布流動(dòng)的工程目的，是要求能將乳劑在片基上涂得：（1）快，（2）薄，（3）勻，（4）高粘度，（5）（有時(shí)需要）同時(shí)多層。涂得快，才能生產(chǎn)效率高。涂得薄，才能使感光后的膠片或相紙較容易顯影和定影、以加快沖洗擴(kuò)印的速度。涂得勻，才能使涂布寬度為1米多的膠片，經(jīng)裁切得到的各條寬35mm的膠片性能一致，同一條膠片的前后性能也一致；
只有性能一致，才能在同樣的沖洗條件下得到統(tǒng)一的效果。乳劑高粘度是為了涂得快，干得快，以降低對(duì)干燥設(shè)備和條件的要求。同時(shí)涂布多層，是為適應(yīng)信息記錄材料（如彩色膠片）結(jié)構(gòu)的需要。這5個(gè)要求實(shí)際上就是感光材料生產(chǎn)對(duì)涂布技術(shù)在數(shù)量和質(zhì)量上的具體要求，流體力學(xué)應(yīng)用得好不好就要看能否保證這些要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)。

　　在感光材料工業(yè)發(fā)展的歷史上，對(duì)軟片基笫一個(gè)成功的涂布方式是浸涂（Dip Coating）。浸涂，是在涂布槽內(nèi)放有需涂的粘性液體，將片基浸入所要涂的粘性液體中再拉出，從而使片基涂上槽中的粘性液體。浸涂的方式基本上有2種類型，一種為通常的簡(jiǎn)單浸涂，另一種為對(duì)輥涂布（Roll Coating），多加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)樱�是為了壓一下，使涂得更薄些。德�?guó)阿克發(fā)（Agfa）膠片公司20世紀(jì)30年代的浸涂技術(shù)代表了這一技術(shù)的成熟。

　　浸涂的速度快了，涂布的厚度就要加大，這個(gè)道理容易從生話中的小事情聯(lián)想到。以前去商店買油的時(shí)候，沒(méi)有像現(xiàn)在商店用的計(jì)量機(jī)械，售貨員是用小提勺來(lái)打油的。操作的時(shí)候不能提得太快，因?yàn)橹挥袑⑻嵘淄�上提得慢些，才能使提勺外壁帶上的油（也就是浸涂在外壁上的油）再流回些到油桶�?nèi)，如果提得太快則會(huì)有給多了油、蝕本的可能。所以浸涂的速度不能太快，否則涂布厚度也難降低。實(shí)際上，浸涂的速度最快也只能到每分鐘30米左右。所以浸涂技術(shù)不能太快。

　　另一方面，眾所周知可見(jiàn)光（白光）是由紅、綠、藍(lán)三基色組成的。人的視覺(jué)神經(jīng)中也正好有感紅、綠、藍(lán)的三種神經(jīng)細(xì)胞。早在1861年Maxwell就開(kāi)始認(rèn)識(shí)到彩照的原理，并獲得了物體的彩色影像。但到20世紀(jì)60年代由于流體力學(xué)的應(yīng)用，涂布技術(shù)的進(jìn)步，才得到了逼真的彩照。

　　現(xiàn)代彩色膠片是一種多層結(jié)構(gòu)，是由感紅、感綠、感蘭層及其隔層等多個(gè)層次組成的，其涂層的總厚度在干燥后只有幾微米。這么多層的乳劑怎么才能涂布上去呢？開(kāi)始時(shí)，人們用浸涂的辦法，一次只能涂一層乳劑，干了后卷起來(lái)，再放開(kāi)才能又去涂另一層乳劑…。而每一層的涂層又都很薄，在片基卷放的過(guò)程中，無(wú)論怎樣小心，也很難保證沒(méi)有劃傷；
但劃傷就會(huì)形成膠片的弊病。而且這樣做生產(chǎn)效率也太低。于是逼迫人們思考運(yùn)用流體力學(xué)原理，去尋找新的涂布方法，來(lái)解決彩色膠片的涂布技術(shù)問(wèn)題。

　　20世紀(jì)50年代末，美國(guó)柯達(dá)（Kodak）膠片公司的兩位工程師，提出了用坡流涂布（Slide Coating）方式來(lái)解決彩色膠片的涂布技術(shù)問(wèn)題的專利。他們的創(chuàng)意是讓多層粘性液體在斜面上形成嚴(yán)格的層流，然后一起涂布到片基上，再一齊進(jìn)行干燥，以形成需要的多層結(jié)構(gòu)彩色膠片。柯達(dá)膠片公司到20世紀(jì)60年代后期，已使這一涂布技術(shù)基本成熟，并以坡流涂布�？�技術(shù)，壟斷了當(dāng)時(shí)世界彩色膠片生產(chǎn)的四分之三以上。逼得世界上一些膠片公司處境艱難，要么花大價(jià)錢購(gòu)買其專利，并接受苛刻條件讓其控制；
要么幾家公司合并，商量對(duì)策，以求生存。象前面提到的阿克發(fā)公司就走上了后一條路。

　　層流和湍流是粘性流體運(yùn)動(dòng)的兩種基本形態(tài)，這兩種形態(tài)的流動(dòng)在物理圖像上有著重大差別。層流的流體質(zhì)點(diǎn)象是排列成隊(duì)一樣地向前運(yùn)動(dòng)，所以層流的流線層次分明。而湍流的流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)則是雜亂無(wú)章。層流在一定條件下要過(guò)渡到湍流狀態(tài)。有關(guān)層流向湍流過(guò)渡的理論目前還不夠成熟，但是已經(jīng)知道，層流向湍流的過(guò)渡，是與流動(dòng)中受到擾動(dòng)分不開(kāi)的。在感光材料的涂布過(guò)程中，液體供料泵的壓力波動(dòng)、涂布機(jī)的微小振動(dòng)、甚至操作人員的行為等，都有可能給坡流面上的乳劑層流施加擾動(dòng)。理想的坡流涂布必須保持乳劑作嚴(yán)格的定常層流流動(dòng)。能否做到這一點(diǎn)，就要看乳劑受到擾動(dòng)后，擾動(dòng)能不能很快地衰減，使流動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)后再干燥固化。用科學(xué)的術(shù)語(yǔ)說(shuō)，這就是液體沿斜面向下流動(dòng)時(shí)的層流穩(wěn)定性問(wèn)題。

　　隨著感光化學(xué)對(duì)乳劑的成份和結(jié)構(gòu)怎樣更好地還原彩色研究的發(fā)展，認(rèn)為彩色底片（負(fù)片）涂層的結(jié)構(gòu)最好要有14層之多，從而對(duì)涂布技術(shù)提出了更高的要求：同時(shí)涂更多層，而且每層要涂得更薄，以使干燥后總厚度仍是幾微米。生產(chǎn)效率也要進(jìn)一步提高，即希望要涂得更快。促使人們?cè)購(gòu)牧黧w力學(xué)上動(dòng)腦筋。美國(guó)柯達(dá)膠片公司又提出了落簾涂布（Curtain Coating）技術(shù)：讓坡流面上形成的多層乳劑層流，一齊落簾而下，再一齊涂布到片基上。當(dāng)甲乙兩列高速奔馳的列車速度相同時(shí)，兩列車的相對(duì)速度為零，一個(gè)人從甲列車的車門能很容易地邁步走進(jìn)正對(duì)著的乙列車車門。在太空中，宇宙飛船與空間站的對(duì)接，宇航員在飛船與空間站間的出入，也是同一原理。多層乳劑層流的落簾，作為自由落體而下，在重力的作用下，進(jìn)一步拉薄了，也加快了速度，只要片基的速度相應(yīng)快，使相遇時(shí)相對(duì)速度是零，也就很容易涂上去了。目前，落簾涂布技術(shù)尚正在研究開(kāi)發(fā)之中，可以相信流體力學(xué)一定能為感光材料工業(yè)提供更好的涂布技術(shù)，為人們提供更多更好的消費(fèi)品。

　　關(guān)鍵詞 流體力學(xué) 涂布技術(shù) 感光材料

　　參考文獻(xiàn)

　　1、王振東，化工中的流體力學(xué)，見(jiàn)教育部工程力學(xué)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)編《力學(xué)與工程技術(shù)的進(jìn)步》，140一146頁(yè)，北京高等教育出版社，2001

　　2、劉旦初，化學(xué)與人類（第二版），上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2000

　　（原刊登于《力學(xué)與實(shí)踐》2003年25卷4期，作者授權(quán)天益發(fā)布）

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