網格式反光膜的製作方法

2023-05-18 11:59:36

專利名稱：網格式反光膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能反射入射光的膜結構，尤其涉及一種對較寬角度範圍的入射光具有增強的反光性能，並且提高了其複合層的粘接強度的網格式反光膜。
現有技術簡述多年來在世界各地反光裝置已被用於改善高速公路的安全性。各種不同的可將來自汽車前車燈光束的入射光向汽車司機反射回去的反光裝置一直被用來製造各種設施，諸如路面標誌，汽車反光器件，郵政設施標誌和交通標誌，這些設施在環境光線不足的駕駛條件下起到提醒司機注意前方的危險以及其他道路狀況。
一種反光裝置被稱為立方角式反光器。這種裝置一般是由一些具有三個互相垂直的表面的「立方」單元排列而成，單元的表面可以接受入射光並將入射光以大約180°平行於入射光的路線向光源反射回去。在本技術領域中，術語「立方角式」一直被用來表示任何具有三個互相垂直的表面的結構，而不考慮各個表面的尺寸和形狀或單元的光軸。一個較早的披露立方角式反光器的例子是1933年5月2日公布的Stimson的美國專利No.1,906,655。另一個是1967年7月25日公布的Hennande的美國專利No.3,332,327，這兩個專利都是有關路面標識的結構。
在路面標識結構中，立方角式單元的尺寸可以相對較大，因為標識結構比較牢固可以承受車輛的負荷和輪胎的衝擊。然而，立方角式反光元件在反光膜的領域中的重要用途也被逐漸開發出。在製造交通公路標誌時反光膜尤其有用，例如，在鋁製的標誌牌上貼上帶有適當標識的反光膜以警示司機特定的道路狀況。
與立方角式單元在路面標識結構中應用不同，在反光膜的應用中立方角式單元的尺寸要減小以便適應相對較薄的薄膜基礎層。反光膜最好應該是柔性的，可以成卷的生產和供貨。為此目的，人們開發出了製造帶有反光單元的薄膜材料的方法，例如通過模壓或鑄造的方式。反光膜通常包括透明的丙烯酸基質或薄膜，儘管可以使用許多其他熱塑性材料例如，聚碳酸酯，乙烯基樹脂，聚乙烯，或者聚氨酯。
一個能夠連續模壓出帶有立方角式反光單元的樹脂膜的高效方法和設備的例子是Pricone等人在美國專利No.4,601,861中提出的，在這裡引用該專利的內容作為參考。在該方法中，使連續的透明薄膜通過模壓設備，在模壓設備中薄膜被加熱到轉變溫度用模壓模具壓制，使樹脂膜材料流動變形進入模具的表面圖案中。然後薄膜被冷卻，硬化，與模具剝離。模具可以根據Montalbano在美國專利No.4,460,449中披露的方法來加工，在這裡引用該專利的內容作為參考。該專利的模具能夠以每平方英寸薄膜數千個的密度製造非常小且精確成型的立方角式單元。
我們知道立方角式單元具有方向敏感性，對於不同角度的入射光其反光性能亦不同。因而在製造立方角式反光膜時，一個基本方法是製備一些四分之一英寸左右大小的與立方體稜鏡呈大約6度角度的標準模具塊，然後使用多個各自均以不同旋轉角度排布的標準模塊就可以在薄膜上加工出多重陣列的或網格的立方角式反光單元，最終得到的反光膜在很寬的方位角範圍內具有總體的高反光性能。
在用立方角式結構製造反光膜的技術中，一般認為立方單元的背面必須是金屬化的或是在與之靠近的任何背面承託表面之間用氣隙支撐。這是因為一般來講，除與立方單元的背面緊密接觸的反光金屬塗鍍層以外的任何材料都會有反射係數，因而會使立方單元的焦點改變。因此，一直對立方單元的背面採用金屬化處理以使單元基礎層可以同適宜的背面承託層粘接。在實際中，為保護反光單元並使反光膜可以方便的用粘接方法固定在標誌牌或類似物體上，背面承託層是必要的。金屬化也是容易實現的，例如可利用已知的銀或鋁汽相沉積技術。
在反光膜的製造中採用金屬化處理的一個缺憾是金屬反光層使最終得到的反光膜的顏色明顯發灰。反光膜的這種灰色外觀被證明用做高速公路標識不夠理想，尤其是在白天的光照條件下。另一方面，立方單元與背面層分隔開的氣隙結構使得反光膜比金屬化的反光膜具有大為改善的光澤。因而，人們一直在試圖利用某種形式的氣隙結構製造反光膜。
一種形式的氣隙結構是Pricone在美國專利No.4,618,518中所披露的，在一卷透明的熱塑材料上先模壓出立方角式反光單元，用礦油精(mineral spirits)，乙醇和疏水性二氧化矽粉末的懸浮液以類似印刷的方式塗覆在單元上，形成覆蓋了許多立方角式單元表面上的二氧化矽小島嶼。隨後用一層水基丙烯酸覆在二氧化矽之上，由於二氧化矽是防水性的，這樣就形成了連續的表面覆蓋，並環繞二氧化矽構成所需形式的網格側壁。只與立方體表面切向接觸的二氧化矽顆粒保持著氣隙，並使單元被丙烯酸覆蓋層密封。這樣就得到了合乎要求的反光膜產品，反光膜既利用了所需的氣隙結構，同時又有了適宜的背面承託層。網格的尺寸要選擇合適，以便在將反光膜剪切成所需尺寸時對單元密封的破壞只會對處於反光膜切塊最邊緣的反光單元有最小範圍的影響，並且避免做邊緣密封的步驟。然而這種結構的缺點是，為了獲得足夠的丙烯酸承託層的機械粘接強度，實際環繞二氧化矽填充物形成的單元側壁的壁厚必須在0.035英寸(0.9毫米)左右。這一點是由最終的反光膜可能所處的極端工作條件要求的，例如與之相關連的標識牌的迅速和劇烈的膨脹和收縮。而且，已經證實單元側壁厚度至少為0.035英寸(0.9毫米)的帶有二氧化矽背層的反光膜在入射角度等於或大於30度時效率要降低。因此在某些交通標誌的應用中這種反光膜不能達到特定的反光性能標準。
另一種用於立方角式反光單元的氣隙結構形式中，有加工成的反光單元陣列，網格側壁環繞著若干立方體單元。用平坦的覆蓋膜覆蓋網格側壁，然後用化學的和/或熱融的方法將陣列與覆蓋膜粘接在一起。結果是反光膜帶有許多在反光單元與覆蓋膜之間形成氣隙的網格。這種結構的一個例子是McGrath的美國專利No.4,025,159。然而這種結構的缺點是在用熱處理方法粘接陣列與覆蓋膜時，很難對過程進行控制來避免粘接過程中熱量使鄰近網格側壁的立方角式單元發生變形。特有的立方角式單元必須令它們的三個反光面的取向互相垂直，且角度誤差在幾分之內，否則它們就不能反光。將反光陣列與覆蓋膜粘接起來所需的溫度必須在200～500°F，這會毀壞足夠多的立方角式單元以至使生產出的反光膜產品中有20～30％完全不能反光。另外，粘接陣列與覆蓋膜時所用的化學方法不僅複雜和耗費時間而且如不精心控制還伴有對環境不利的影響。英國專利No.1,476,447披露了另一種形式的柔性反光膜，其中也涉及加熱密封。
在1995年4月27日根據1999年2月17日 申請日期1996年12月2日 優先權日1995年12月1日
發明者W·斯科特·蒂爾曼 申請人:斯廷森耐特公司