CN1189865A - 逆反射材料 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了逆反射路面标志材料(10),它包括在其顶面上的外露透镜式逆反射片(12),该片是含有许多逆反射元件的单层,单层的许多第一部分排列成外形伸出的断面(18),单层的许多第二部分排列在较低基本为平面的位置(20)上。

Description

逆反射材料

发明的领域

本发明涉及逆反射标志材料。

发明的背景

路面标志(如位于道路中心线和边线的标志)是十分重要的，它能引导汽车驾驶员行车。路面标志材料用作交通控制标志，具有许多用途，如道路上的短程车道线、停车杆、道路交叉口的人行路面标志和长线车道标志等。通常形式的路面标志材料是具有粘合剂背衬的胶带，它以所需的长度施用在路面上需用的地点；胶带的顶面具有选用的颜色，一般具有逆反射的特性。

目前，许多平面的路面标志，其逆反射机理一般是依靠外露透镜式光学体系，该体系是透明微球部分地嵌入在粘合剂层中，所述粘合剂层含有反射颜料颗粒，如二氧化钛(TiO₂)或铬酸铅(PbCrO₄)。在使用时，光线从车辆的前灯射出，进入这些微球，被折射落在反射颜料上。一部分光线大致沿着原来的入射光路朝着车辆方向反射回去，使得驾驶员可以看见。

目前既有的薄断面路面标志能提供有效逆反射响应的入射角范围比有时所需的窄。例如，平面的路面标志，它的作用依赖于部分嵌入含上述漫射颜料层中的微球，在约80米或更短的距离很容易看见，但大于该距离时，逆反射亮度会变弱，这一部分是因为入射光具有相对较大的入射角，一部分是因为逆反射亮度本身有限。

Ethen等的美国专利Nos.4,388,359，Hedblom的4,988,555，Hedblom的4,988,541和Hedblom的5,227,221揭示了一种路面标志片，其中的微球具有突起部分，这些微球部分地嵌入在含颜料的粘合剂层中，并从层中突出。这一结构能提高较大入射角的逆反射亮度，但是制造成本昂贵。

另外，许多路面标志材料的失效方式是其与路面的粘合力减弱乃至丧失，使得标志胶带有相当部分移位。

现在急需价格低廉的薄断面逆反射制品，该制品即使在较大的入射角上也有很高的逆反射亮度，纵令在潮湿时对于较大的入射角仍能保持有效的逆反射亮度，且经久耐用。另外，还需要在较宽的入射角范围内具有有效逆反射响应的逆反射制品，它能用于垂直的表面，如护栏、牛栏(Jersey barrier)、桥墩、墙壁等。

发明的概述

本发明提供了具有惊人有效的逆反射性能，且制造成本相对较低的新型材料。本发明材料在较大的入射角(如85°或更大)范围具有有效的逆反射性能，并且十分适于在垂直表面和水平表面上使用。另外，本发明的标志材料具有惊人的对路面的粘合力，因此使用寿命很长。

本申请中所用的一些术语集中列于本说明书的末尾。下文的许多说明是具体参考用作本发明一些逆反射路面标志材料的实施方案而写的。应该理解，这些实施方案的许多方面对于在垂直表面上逆反射标志的实施方案同样也适用。

简要地说，本发明的逆反射材料有顶层，该顶层包含许多外露透镜式逆反射元件(例如透明微球)，它们部分地嵌入在含颜料颗粒的粘合剂层中，并部分地突出在外面。该顶层的第一部分排列成外形伸出的(即大体上垂直于层体的)断面，该顶层的第二部分排列在较低有时基本为平面的位置上。一般来说，本发明的材料在一整个连续的片材中会包含许多个所述第一部分和第二部分。

本发明的逆反射标志材料可以制成可挠曲的形式，可以制成所需的颜色。另外，本发明所提供的材料可以制成薄断面，而且有很好的保形性，能与路面完善地贴合。如果使用合适的材料来制造，本发明的逆反射标志材料可以抵抗交通带来的损坏作用，可以经得起与水、盐、油的接触，经得起紫外线、沙粒磨蚀、高温等的作用，这种优点使得它们非常适合于道路用途。它们可以用连续法制造，且制造成本较低。当本发明的标志材料用于在道路上作为交通控制标志时，其所反射的光可以很易被驾驶员看见，这样就提高了安全性。

本发明的逆反射制品特别适用于入射光的入射角大于约85°的场合，如路面标志。该制品还十分适用于入射光从许多方向入射的场合。例子包括道路交叉口的标志和通常所说的水平标志。水平标志的说明性例子包括通常在停车场路面上设置的用于表示停车障碍的图例和符号，以及在道路交叉口路面设置的箭头和车道标志。

另外，本发明的逆反射制品还十分适用于垂直表面，尤其是在观察时有较大入射角的垂直表面，如护栏、沿通道的建筑墙、牛栏、桥墩、柱子、圆筒形交通标志等。

附图的简要说明

以下将参考附图进一步说明本发明，其中：

图1是本发明的说明性路面标志材料一部分的平面图；

图2是图1所示材料的剖面图；

图3是本发明的另一种说明性路面标志材料的剖面图。

这些图是理想化的，并不是按比例制成的，它只是用于说明，并不起限制作用。

说明性实施方案的详细描述

本发明的制品一般包括逆反射顶层、构形件(configuration member)、或可采用的背衬材料以及粘合剂层。构形件用于在制品中形成外形伸出的部分。本文中所用的“伸出”一词指第一部分相对于第二部分一般地被抬高出来，并且路面标志通常施加在水平表面的上。应该理解，它也可指在垂直标志中第一部分相对于第二部分伸出的形式。

本发明的说明性标志材料如图1和2所示。材料10包括顶层12，该层有微球16和防滑颗粒(skid particles)17从粘合剂层14中突出。顶层12的第一部分18排列成外形伸出的断面，顶层12的第二部分20排列在较低有时基本上为平面的位置上。标志材料10还包括背衬，背衬有时还可含有保形层(conformance layer)22和粘合剂层24，通过粘合剂层标志材料可固定在所需的基材，如道路(图中未示出)上。在所示的实施方案中，通过构形件19的作用将第一部分18抬高伸出在第二部分20之上。

逆反射片的这许多组成构件应能在所有类型的气候条件下都保持粘着在一起，在用于路面标志时，甚至还要在由于道路交通车辆经过逆反射薄片而造成的反复冲击应力和剪切应力条件下也能保持粘着在一起。

顶层中有从含颜料颗粒的粘合剂层中突起的微球。这样的透镜体系的优点是它们可以被制成各种所需的、明亮的即在日光所显示真实颜色。这对于用于混凝土路面或其它相对较明亮的路面的实施方案特别有用，在这些路面上较明亮的彩色标志应能在白天显示较好的对比度和可见度。只要选择用于粘合剂层的合适颜料和染料，并选择无色或有色的微球，可以得到在白天以及逆反射观察条件下所需的颜色。

一般在用作路面标志的情况下，制品的背衬材料还可以有保形层和/或粗布层(scrim layer)，使用这些层的原因在本技术领域中是已知的。本领域普通技术人员能够容易地选择合适的保形层和粗布层材料。

粘合剂的作用是将逆反射制品粘合在某种表面(如路面)上。如果需要，在将逆反射制品压合在此表面上之前，可以先在表面上施涂一层粘合剂层或底涂层。选择合适的粘合剂(如压敏粘合剂、热熔粘合剂、活性粘合剂等)部分地取决于应用的条件、基材的周围环境以及粘合剂层要粘合的制品层的本性。本领域普通技术人员能够容易地选择合适的粘合剂层。

一般来说，本发明的路面标志材料可以缠绕成卷状。在这个情况下，需要在标志材料的顶面使用一种可剥离衬垫或进行可剥离处理，如用硅氧烷。

如上所述，顶层各部分的断面是其各个第一部分在外形上抬高伸出于各个第二部分之上。这些在垂直断面上的外形伸出的部分具有数种优点，例如：(1)对较大入射角的光线能更有效地进行逆反射，(2)可能存在的雨水会流走，(3)由于车辆轮胎反复地接触外形伸出的部分，就增强了路面标志材料对路面的粘合力。

合适的外形伸出的断面是通过构形件的定形作用得到的，构形件可以是单一的构件，如一层相互连接的纤维网，或者是一排隔开的构件，如一排独立的纤维或结节。较好的构形件，例如为一层点粘结的尼龙或聚酯纤维网，所用的纤维是不连续的，纤维之间具有开口。这些开口使得周围的材料组分(如顶层和粘合剂层)可以通过构形件直接粘结在一起。构形件可以是任何合适的形状，只要它们能够如本文所述将逆反射片材的一些部分抬高伸出。构形件应该是柔软性的，以便与路面容易地贴合。

本发明所用的构形件一般为聚合物。聚合物材料的说明性例子，包括聚氨酯和聚烯烃共聚物，如聚乙烯-酸共聚物(polyethylene acid copolymer)，包括乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMAA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)，离子交联的EMAA或EAA。

在一些实施方案中，第一部分可以呈不连续突起状。这可以通过使用一排结节作为构形件来得到。这些结节可以是基本上分开的，也可以通过相对较细的长丝连接起来。后一实施方案使得逆反射标志材料制造过程中的处理更为容易。

在一些实施方案中，第一部分可以呈带状(strip)，它们可以基本上不相交，也可以相交呈互相连接的网状。每根带可基本上是直的，也可以是弯曲的，它们可以排列成正弦波形的窝状列阵或是其它所需的形状。第一部分的形状和排列决定了第二部分的形状。第二部分形状的一些说明性例子有矩形、菱形、六角形。如果第一部分是相交的，则第二部分可以互相隔开。如果第一部分不连续且不相交，则第二部分是互相邻接的。根据需要可以结合使用这些排列。

制品的其它组分应具有足够的保形性，以得到所需的顶层的外形伸出的断面。较好地，构形件应能自行粘合在保形层上(如果存在保形层)，因为据信这样可以得到耐久性更好的最终产品。网状构形件除了能起本文揭示的作用以外，还可以提高路面标志材料的机械性能，其作用与Eigenmann的美国专利Nos.4,146,635和Jones等的4,299,874中所揭示的粗布相类似。

在一些实施方案中，外形伸出的部分中有一些高于第一部分的其它部分。例如，在上述矩形实施方案中，垂直于交通车辆行驶方向的外形伸出的部分被抬升得比平行于交通车辆行驶方向的部分更高一些。这样，较高的外形伸出的部分能提供有效的逆反射性能，而较低的外形伸出的部分则能使雨水(如果存在的话)流走。

无论外形伸出部分的形状如何，选择外形伸出的部分的高度时最好要考虑到这些部分之间的距离。例如，沿行近车辆的视线方向的各外形伸出的部分应该分隔得足够开，使得阴影减至最少。外形伸出的部分之间的距离(即第二部分的宽度)宜至少为3毫米宽。一般来说，第一部分的顶端要比第二部分高至少0.1毫米，较好的为高约1至4毫米。外形伸出部分的间距可以较近，这对于逆反射亮度没有明显的影响，但这会使需要的构形件数量多于其最佳用量。同样，也可以使用较远的外形伸出的部分的间距，但是这会导致在较近视域中亮度的降低。然而，在较远视域中亮度不受影响。本文中所用的“较近视域”是指车辆与本发明材料之间的距离较短，如约30米的距离。“较远的视域”是指车辆与本发明材料之间的距离较远，如约120米的距离。本领域技术人员能够根据本发明选择并设计合适的伸出外形。

以所需的顺序同时或分别将预制的顶层、构形件、保形层(如果存在的话)和粘合剂层层压起来，可以容易地制得本发明标志材料。如果需要，可以先装配其它组分，然后将顶层形成于其上。

本发明的优点是：用作构形件的网状物易于加工，且易于加入标志材料中以得到所需的外形伸出的断面，这比在一个构件中有选择地模压出突起物然后施涂或形成其上面有突起微球的粘合剂层材料的方法来得更容易，且成本更低。

在一些实施方案中，需要在顶层中嵌入控制打滑的颗粒(这种颗粒有时称作防滑颗粒)，以便提高来往车辆在其上面的附着摩擦力。防滑颗粒在本领域是已知的。本领域技术人员能够容易地选择合适的实施方案。

一般来说，防滑颗粒可以在粘合剂为软性状态时无规地撒在顶层上。已经发现，优选的是将防滑颗粒设置于外形伸出的部分的顶峰附近。例如，将具有外形伸出的部分的逆反射片在其第一部分的顶峰上，吻合涂布一种粘合剂组合物，趁粘合剂仍潮湿时，将大量防滑颗粒撒在逆反射片上。因为逆反射片的其它部分是干燥的，所以颗粒只粘合在潮湿区域。过量的防滑颗粒则从片上振动除去。接着，将片送过一系列烘箱对潮湿的粘合剂进行干燥固化。结果，防滑颗粒就固定在外形伸出的部分的顶峰区域，由此得到防滑性能。这种处理方法会使逆反射性能有一些损失。

本发明材料可以缠绕绕成卷。由外形伸出的断面形成的突起还不至于影响缠绕过程。

在作为用于标志车道的路面标志的一个代表性实施方案中，本发明材料宽约7.5-30厘米(3-12英寸)，长至少为30厘米(12英寸)。路面标志通常要长得多。本发明的标志材料一般制成符合标准材料的尺寸。在美国，路面标志带一般约为4、6或8英寸宽。在欧洲，路面标志带一般约为15或30厘米宽。

术语集

本文使用了一些定义：

“参考轴”为通过光线入射到逆反射制品上的入射点的法向线。

“入射轴”为从光源(如汽车的前灯)射向制品上入射点的入射光的光路所决定的轴。

“入射角”(有时也记作β)是参考轴和入射轴之间的夹角。

“观察轴”为从制品上入射点向观察点(如汽车驾驶员的眼睛)反射的反射光的光路所决定的轴。

“观察角”(有时记作α)是入射轴和观察轴之间的夹角。

“入射平面”是由参考轴和入射轴确定的平面。

“观察平面”是由观察轴和入射轴确定的平面。

在不偏离本发明范围和精神的情况下，对于本领域技术人员而言，对于本发明的各种改动和变化是显而易见的。

Claims (19)

1.逆反射标志材料，它包括(1)顶层，该层中含有许多微球，这些微球部分地嵌入含颜料颗粒的粘合剂层的正面，并从粘合剂层的正面突出，所述顶层的许多个第一部分排列成外形伸出的断面，所述顶层的许多个第二部分排列在较低基本为平面的位置上；(2)构形件，所述构形件对所述第一和第二部分起着构形的作用；(3)粘合剂层。

2.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述材料还包括保形层。

3.如权利要求2所述的材料，其特征在于所述保形层安置在所述顶层和所述构形件之间。

4.如权利要求2所述的材料，其特征在于所述保形层安置在所述构形件和所述粘合剂层之间。

5.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述第一部分的顶端比所述第二部分至少抬高伸出0.1毫米。

6.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述第一部分的顶端比所述第二部分至少抬高伸出约1至4毫米。

7.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述第二部分至少宽3毫米。

8.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述第一部分为不连续突起状。

9.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述第一部分为带状。

10.如权利要求9所述的材料，其特征在于所述的带是基本上不相交的。

11.如权利要求9所述的材料，其特征在于所述的带相交呈互相连接的网状。

12.如权利要求9所述的材料，其特征在于所述的带基本上是直的。

13.如权利要求9所述的材料，其特征在于所述的带排列成正弦波形的窝状列阵。

14.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述第一部分是相互连接的，以致所述第二部分为以下形状的一种：矩形、菱形、六角形。

15.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述材料在入射角大于85°的逆反射亮度高于没有所述第一部分的所述制品的逆反射亮度。

16.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述材料中还有防滑颗粒，所述防滑颗粒从所述材料的正面突起。

17.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述标志宽约7.5至15厘米，长大于30厘米。

18.一种路面，所述路面用权利要求1的材料作标志。

19.如权利要求1所述的材料，其特征在于所述材料用于垂直设置的表面上，所述表面选自护栏、牛栏、建筑墙、围墙、多用电杆、锥形交通路标和交通工具的侧面。