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CN1198989C - 纤维增强的突起状路面标识器及其制造方法 - Google Patents

纤维增强的突起状路面标识器及其制造方法 Download PDF

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CN1198989C CNB961939842A CN96193984A CN1198989C CN 1198989 C CN1198989 C CN 1198989C CN B961939842 A CNB961939842 A CN B961939842A CN 96193984 A CN96193984 A CN 96193984A CN 1198989 C CN1198989 C CN 1198989C
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Abstract

一种纤维增强的突起状路面标识器(12)，由以聚合物材料、增强纤维及填充材料均匀混合组成的复合物材料制成，所述复合物路面标识器的制造方法是在聚合物基体材料中加入短玻璃纤维及填充材料组成均质混合物浇铸成模。先将一反光镜置于模中，然后倒入并固化所述混合物，脱模后，取出完成的标识器制品。

Description

纤维增强的突起状路面标识器 及其制造方法
本发明涉及一种耐久、用于交通标识和指向的突起状路面标识器(DRPM’s)。更具体地，本发明涉及一种使用纤维增强的复合物铸塑的DRPM’s，所述的纤维增强复合物可提供一种高的表观弯曲模量及高的抗车辆冲击的抗冲击强度。
突起状路面标识器用作交通路面的指示器，以便来往车辆的驾驶员-尤其在夜间及恶劣的交通条件下-可正确定位其在该交通路面的位置。路面的指示由装置于突起状路面标识器表面的反光后射元件完成。所述反光后射元件将来自车辆的灯光反射回驾驶员。
突起状路面标识器已被广泛使用多年，授予Heenan的第3,332,327号美国专利描述了用作最成功的外壳封闭型透气路面标识器。上述的封闭外壳通常为丙烯酸系树脂制，并在其内封装充满环氧树脂。这些标识器易在反复多次的车辆冲击下被撞碎，因此，需要经常替换外壳。在高峰交通条件下，或该路面标识器受到过度冲击时，这些路面标识器可能在数月之间即无法使用。
许多人对路面标识器外壳及其内装填料的强度增强作了努力。例如，授予Hedgewick的第5,002,424号美国专利公开了一种将延长的肋条置于壳内，以增加对外壳的固定，并用一种环氧树脂填充材料填入其内的方法。授予Streere等人的第5,340,231号美国专利也公开了一种外壳封闭型标识器。Steere等人教导将一种长纤维增强的热塑性材料制成的外壳用于高抗冲击性能的使用方法。该标识器使用了一种空心、加肋的壳体结构，以适应在升高的温度下的抗挠曲性和强度的要求。授予Flader的第5,403,115号美国专利建议在封装的填料中使用玻璃纤维增强结构，或有时接合使用玻璃纤维垫块，以进一步增强基底。该建议提示，在封装物中加入约1-3％(重量)的短切玻璃纤维将获得最佳的强度，而大于3％(重量)的短切玻璃纤维的使用将产生加工上的问题。所述设计认识到需要高的抗冲击强度及高的弯曲模量，但却是通过使用封闭的外壳来获得这些特性。
授予Rubenstein的第3,164,071号美国专利揭示了一种具有橡胶-凝结混合物作芯部结构的交通标识器。上述芯部可以树脂浸渍的玻璃纤维垫块层压而成。上述芯部也可以在层压过程中灌以树脂或树脂-纤维覆盖物。由Rubenstein揭示的标识器较难以制造，而由树脂灌注不完全所产生的孔隙可能导致过早的损坏。由Rubenstein揭示的标识器未能在商业上取得成功。
已有人制造出了某些不带有外壳的路面标识器。例如，一种瓷土制标识器已获得了商业上的成功。但是，它们未能避免因重复的冲击、特别是在柔软路面上的冲击所导致的破碎。另外，一个瓷土制标识器通常需要较大的能量才能成型，且为将反射元件永久地固附于其外侧也具有相当大的困难。
自八十年代中期以来，作为本发明(申请人Minnesota Minning and ManufacturingCompany，以下称为“3M”)受让者的交通控制材料分会(Traffic Control MaterialsDivision)设计及上市了一种突起状路面标识器。这些突起状路面标识器由一种具有高抗冲强度的注模工程热塑聚碳酸酯(PC)制成。授予May的第4,875,798号美国专利描述了这一类标识器。3M公司的DRPM主体设计通常为具有矩形的横截面、圆顶及倾斜的侧面。该圆顶使其所受的冲击力可集中于标识器的最厚部位，同时增加了其在白昼的可见度。所述的倾斜侧面提供了在挤压冲击力下应力的释放，同时，也为白昼可见度提供了更多的表面积。具有高抗冲强度的工程热塑聚碳酸酯(PC)的使用进一步增加了白昼可见度。但是，更重要的是，选用该PC材料是因其具有抗冲击强度的使用性能由该特征所衍生出的优点是，它减少了标识器主体中的破碎和开裂。
本发明提供了一种由独立的复合物材料组成的纤维增强突起状路面标识器，所述复合物材料包括由聚合物材料、增强纤维及填充材料制成的各向同性混合物，所述纤维增强的突起状路面标识器具有至少为80,000psi(5,5×108Pa)的表观弯曲模量，所述路面标识器具有置于其上的后射反光镜。
本发明也提供了一种由独立的复合物结构组成的突起状路面标识器，所述复合物结构具有第一及第二对置端面、第一及第二对置侧面、上侧面、底部侧面及一横构件。所述横构件置于该独立的复合物结构之上，并从所述的第一对置端面横贯至第二对置端面。所述塑性横构件也起了固定后射反光镜的作用。
本发明进一步提供了一种由独立的复合物材料组成的纤维增强突起状路面标识器，所述复合材料由一种包括聚合物材料30-76％、增强纤维4-6％及填充材料20-66％的各向同性混合物组成，其中，所述百分比皆为对混合物材料总量的重量百分比。
本发明也提供了一种纤维增强突起状路面标识器的制造方法，在所述的方法中，将由聚合物材料、玻璃纤维及填充材料组成的均匀混合物浇铸于一模中，以形成突起状路面标识器形状的铸塑复合物材料，然后从模中取出生成的铸塑、突起状路面标识器。
在本发明的设计中，令人吃惊地发现：所述突起状路面标识器对路面的初始粘结性能不够的机理在于该路面标识器主体的表观弯曲模量特性。当突起状路面标识器受到轮胎的冲击时，该标识器即对将其粘结至路面的粘结剂产生挠曲和拖拉。该拖拉作用导致在标识器的前、后缘产生剥离的毛边，且最终导致标识器与路面的粘结力过早地失效。减少该路面标识器的挠曲可以减少该剥离的发生。这样，高弯曲模量对本发明的路面标识器来说是理想的性能。这个发现不同于以往技术对此问题的说明。例如，在第5,3340,231号美国专利中，是使标识器具有挠曲性，以适合柔软的沥青路面。
本发明的标识器提供了诸多的优点。本发明的标识器显示了较高的弯曲模量，且可以较简单的方法和较为合理的成本制造。本发明优选的实施例显示了这样的优点：添加大于4％(重量)的增强纤维可以给所述的复合物更高的抗冲击强度。本发明的又一个优点是：由将均质复合物材料浇铸于铸模中，可获得所述复合物的各向同性特征。其各向同性的程度通常是无法从那些将树脂/纤维混合物注入树脂/微粒芯部材料中的方法而获得的。该各向同性特征使得标识器可承受来自任何方向的冲击。本发明的另一个优点是；可以不必使用一个外壳，即可形成具有优异的抗冲击性能的突起状路面标识器。用于以往技术的路面标识器的外壳通常是由注模而制成。“独立的”一词意指，所述的路面标识器不具有用于支持或用于增强抗冲击强度的外壳。
本发明的耐久路面标识器可在其上设置一个后射反光镜或一组后射反光镜。在一个优选的实施例中，该反光镜为立体棱状体结构，其后直接与空气接触。该反光镜最好内置于一在模铸过程中即嵌设模腔中的热塑性外壳。该外壳在铸塑复合物的固化过程中被固定其中，以形成一整体标识器，备用。
阅读了下述一些实施例的详细说明，再参照所附附图，可以更好地理解本发明。在所附附图中，相同的标记表示相同的元件。其中：
图1所示为根据本发明的耐久突起状路面标识器的第一个实施例的部分分解透视图。
图2所示为沿图1所示的2-2线的剖视图。
图2A所示为类似于图2的、可选择修改结构的放大剖视图，图中，一基底层附着于路面标识器上。
图3所示为用于图1中所示类型的耐久突起状路面标识器的反光镜装置系统的顶视平面图。
图4所示为图3所示的反光镜装置系统的底视图。
图5所示为图3所示的反光镜装置系统的侧视图。
图6所示为根据本发明的耐久突起状路面标识器的第二个实施例的部分分解透视图。
图7所示为图6所示的耐久突起状路面标识器的反光镜装置系统一侧的顶视图。
图8所示为图6所示的反光镜装置系统一侧的底视图。
图9所示为图6所示的反光镜装置系统一侧的侧视图。
图10A所示为单件能量指示器的第一个实施例。
图10B所示为单件能量指示器的第二个实施例。
图10C所示为单件能量指示器的第三个实施例。
图11所示为根据本发明的耐久突起状路面标识器的第三个实施例的部分分解透视图。
在图1及图2中，显示了耐久突起状路面标识器10的第一个实施例，该路面标识器具有以复合物材料铸塑的主体12。以下，更详细地说明其组成。主体12具有圆顶表面12a，平底表面12b，自顶部表面12a向下及向外侧延伸至底表面12b的倾斜的第一及第二端面12c及12d，及第一及第二的凸曲侧面12e及12f。端面12c及12d从主体12表面下凹。半椭圆形的指状把手槽14a及14b形成于侧面12e及12f上。
标识器10的轮廓和曲线边缘一般较低，这样，可尽量减少车辆冲击。如此，虽然仅仅是一种说明，一个有代表性的标识器10具有约为0.625英寸(1.6cm)高度、约为4.0英寸(10.2cm)的腰部处侧面至侧面的宽度、约为3.5英寸(8.9cm)的(横贯于端面12b至12c)的端面至端面的长度。端面12c及12d以约为25度至约为35度，优选的是以约为30度的倾斜角，倾斜至底面12，并在其与底部表面12的连接点以约为0.03英寸(0.08cm)的半径形成弧面。顶部表面12a以约为6.5英寸(16.4cm)的半径形成弧面。侧面12e及12f以约为0.75英寸(1.9cm)的半径形成从顶部至底部的弧面，且以约为3.0英寸(7.6cm)的半径形成从侧面至侧面的弧面，且在底部表面12b之上处0.58英寸(1.46cm)处弧面终止。指状把手槽14a及14b的底部表面以约为13度的角度倾斜至底部表面12b，并在底部表面12b之上处0.14英寸(0.36cm)处终止。
上部边缘以约为0.06英寸(0.15cm)的半径在与侧面12e及12f的连接处形成弧面。
如图2A所示，在一些实施例中，基底层36，附着于纤维增强复合物材料制标识器的底部。该底部材料最好由一玻璃纤维织物垫块增强的聚合物组成。该玻璃纤维织物垫块可以为增强与路面表面的粘结提供粗糙表面。
如图1及2所示，一个镜片安置结构20用于将第一及第二反光镜22及24装置于主体12的第一及第二端面12c及12d上。在如图1及2所示的实施例中，镜片安置结构20具有一鞍形支架，该支架包括装置于第一端面12c之上的第一反光镜座20a，装置于第二端面12d之上的第二反光镜座20b，及横跨于顶部表面12a，连接第一及第二反光镜座20a及20b的横构件20c。第一及第二反光镜座20a及20b的尺寸设定，以基本上分别覆盖所有第一及第二端面12c及12d为准。
反光镜安置结构20最好是注塑模制的塑料制品，具有突出于其上表面20a的减震释能装置30a，30b及30c。减震释能装置为支持反光镜及帮助减弱冲击动能的组件。反光镜安置结构20的较低表面具有许多留于铸塑主体12中的倒钩指状抓手槽。第一及第二反光镜22及24可以超声波粘结方法粘结至减震释能装置30a，30b及30c。用于反光镜和减震释能装置粘结的超声波焊接的应用描述于第4,875,798号美国专利上。此处将整体参照引用。
减震释能装置30a以隔条的形式存在，在其之间划出区格32，减震释能装置30b以置于上部一排的区格32之间的柱状物的形式存在。减震释能装置30b可以是圆锥形，如图10A所示；也可以是设置于圆柱体上的圆锥形式，如图10B及图10C中的标记30b’及30b”所示，；或者，可以是可提供与反光镜22及24接触点的任何形式。一些减震释能装置30a排列成三角形图案。尽管，减震释能装置30a也可排列成矩形、梯形及其它几何形状图案，但，如图1所示的三角形图案通常是所述几何图形中最为坚固的，且通常可使用最低用量的材料。
减震释能装置30b提供了沿区格32上部衍条架的附加支承。该附加的支承是所需要的，因为车辆常易于冲击在路面标识器10的、距其所述区格的上部区域前约三分之一处。如仅装置以减震释能装置30a，则反光镜易在反复的冲击下碎裂。添加特别的减震释能装置30b，可提供对于反光镜22及24的额外的支持，以尽量减少减震释能装置的损坏，也可由此尽量减少反光镜的损耗。沿焊接线，反光镜结构的立体棱状被损坏，使该部分的反光镜不能回射光线。上述特别附加的减震释能装置30b可减少焊接线的数目，同时保持可承受车辆冲击的足够支持。
减震释能装置30c设置于端面12b和12c的周缘内侧。减震释能装置30c的高度略大于减震释能装置30a和30b的高度，以气密密封反光镜22和24的周缘，并防止水汽、灰尘、及其它污染物接触该立体棱状构件。业已发现，使所述减震释能装置30c的高度大致等同于棱柱体反射器的高度是有用的。这些减震释能装置提供了气密密封的区格，这些区格在其中一个区格遭损坏时，可以防止邻近的区格受到污损。
具有如图1及2所示的反光镜装置结构20的突起状路面标识器10首先可用于未作中间隔离的公路，此时，二端面12c及12d对来往的车辆驾驶员都是可见的。在用于已作中间隔离的公路上时，此时，仅一个端面对迎面而驶车辆的驾驶员是可见的。此时，可使用如图3-5所示的可选择性反光镜装置结构120。反光镜装置结构120具有类似于反光镜装置结构20的鞍形结构，它包括装置于第一端面12c的反光镜座架120a，装置于第二端面12d的空白面120b，及横跨于顶部表面12a，连接反光镜座120a及空白座面120b的横构件120c。反光镜座120a及空白座面120b的尺寸设定，以基本上可分别覆盖所有第一及第二端面12c及12d为准。
如同反光镜装置结构20，反光镜装置结构120最好是注塑模制的塑料制品，具有突出于其反光镜座120a上表面的减震释能装置130a，130b及130c。减震释能装置130a被分割成在反光镜座120a中具有多个区格132的形状，而减震释能装置130b分布于区格132的上部一排，减震释能装置130c延伸入反光镜座120a的周缘内侧。反光镜装置结构120的较低表面具有许多如同反光镜装置结构20中的倒钩指状抓手槽。
图6说明了具有另一个可选择性反光镜装置结构220的标识器200。如图6-9所示，不同于反光镜装置结构20的是，反光镜装置结构220分别在其第一及第二端面212c及212d上装置有独立的反光镜座220a及220b，以取代反光镜装置结构20中的鞍形结构。反光镜座220a及220b的尺寸设定，以基本上可分别覆盖所有第一及第二端面212c及212d为准。
反光镜装置结构220也具有突出于其反光镜座220a和220b上表面的减震释能装置230a，230b及230c。减震释能装置230a也被分割成具有多区格232的形状，减震释能装置230b散布置于区格232的上部衍条内，而减震释能装置230c延伸入反光镜座220a及220b的周缘内侧。反光镜222及224然后可如上所述地以超声波焊接方法焊接至减震释能装置230a、230b及230c。各个反光镜座的较低表面具有许多如图8-9所示的、分别对反光镜座220b而设的倒钩指状抓手槽。
各类后射反光镜及其固定方法可认为适用于标识器。合适反光镜的详细描述见于授予Nelson等人的第3,172,706号，4,875,798号及4,895,598号美国专利；授予Holmen的第3,924,929号美国专利；授予White的第4,349,598号美国专利；授予Attar的第4,726,706号美国专利。所有上述专利皆在此处加以整体的引用。
在第一个实施例中，反光镜22及24(或222及224)由将一干净的聚碳酸酯片材置于棱柱体工具上，加热加压，然后，冷却片材，形成片状微棱柱体。该片材以模具切成镜片，然后，可将该镜片以一或二种方式置于反光镜装置结构20中。在第一种方式中，镜片系以超声波焊接至反光镜装置结构20的反光镜座20a及20b中。减震释能装置30a模制成通常的三角形图案，所示三角形形状选择以最优化反光镜22及24对于车辆冲击的结构完整性及反光镜22及24的回射反光性。在第二个方法中，是将反光材料作汽相涂覆-所述材料最好是铝，但也可以是银、铬、金等-沉积于反光镜22及24上。然后，使用如压敏粘结剂等材料将反光镜22及24粘结至标为反光镜座120b的空白座面上，当在反光镜22及24上作反光性材料的汽相涂覆时，该路面标识器外壳上内凹的端面12c及12d无需提供减震释能装置，因为此时反光镜不要求在反光镜之后置有空气界面。
尽管，根据第一装置方法装置的反光镜将损失一些亮度，但是，其所损失的亮度远较根据第二种装置方法所装置的反光镜损失的亮度要小。另外，根据第一装置方法装置的反光镜还具有可长久耐湿汽的、由减震释能装置图设置图案(即，septa)所形成的密封小区域。
在第二个实施例中，反光镜22及24可由注模加工方法制得。将微棱柱体工具插入成镜片材的模型中，在各个反光镜上形成减震释能装置的设置图案。由此，在模制各个镜片时，各个镜片可包括各种合适的形状，而无需模具切割，且可包括其内置的减震释能装置。根据第二个实施例的所述反光镜镜片系统无须形成于外壳的内凹端面12c及12d上的减震释能装置。这样，外壳上的内凹面可以采用平面。
以下，参照图11，图中显示了根据本发明的铸塑DRPM的一个可替换实施例300。标识器300具有一个可由如同标识器10的复合材料铸塑的主体312。主体312具有一圆顶表面312a，一平底表面312b，自顶部表面312a向下及向外侧延伸至底表面312b的倾斜的第一及第二端面312c及312d，及第一及第二的曲侧面312e及312f。主体312的尺寸可类似于主体12的尺寸。
不同于如上所述的实施例，标识器300缺少可分离的镜片装置结构20、120或220。取而代之的是，主体312直接铸塑于镜片322及324上，而镜片322及324倒置于模腔中的第一及第二端面312c及312d的位置处。镜片322及324也可以是先前所述以往专利中公开的镜片类型中的一种。或者，标识器主体312可浇铸成带有内凹端面312c及312d的形状，反光镜322及324可用一适合室外使用的粘结剂，如环氧树脂，粘附至所述的内凹面上。
标识器10，200及300的主体用一纤维增强的复合材料铸塑。在一个优选的实施例中，该纤维增强复合物含有滑石、二氧化硅作为颗粒增强物，该复合物基体材料为三分之二的环氧树脂系统。
复合材料可按照增强物的种类进行分类。颗粒增强的复合物材料通常既可以是大的颗粒增强材料，也可以是分散增强类颗粒材料。上述二种颗粒增强复合材料因转移载荷(在大颗粒增强材料的场合)或阻碍在外加力作用下的位移运动(分散增强类颗粒材料，或其中分散的小颗粒起主要作用的分子和原子级分散增强类材料)起了增加材料的弯曲模量的作用。
纤维增强复合材料可分为下述三种材料之一：
(1)长纤维，(2)结构纤维，或(3)短纤维。长纤维复合材料易具有高的各向异性；即，这类复合材料的强度在很大程度上取决于纤维的取向。结构纤维-增强材料为夹层型或层压型，通常用于航空工业。典型的结构材料是树脂浸渍的网垫状或纺织玻璃纤维片。
短纤维复合材料使用具有一定长度的切断纤维，其长度通常由所需转移的载荷及加工能力而决定。短纤维的复合材料即可以是有序排列，也可以是无序分布。有序取向的短纤维复合材料类似于连续或长纤维复合材料的方式起作用。无序随机排布的短纤维复合材料为各向异性的，这即意味着，这些材料可以承受一来自独立的载荷因子的外加压力；然而，该复合材料强度及韧性的有效增加取决于纤维的长度。该纤维长度最好是大于临界纤维长度(lc)，其值为纤维极限应力(σf)和其直径(d)的函数，且反比于基体材料的极限剪切强度(τ)(lc＝(σf*d/τ))。复合材料的模量根据基体材料的模量及纤维模量的分数之和及其体积分数而作线性变化。有关纤维增强的复合物材料请见“材料科学与工程”William D.Callister，及Jr.，John Wiley著(1991)。
优选的，本发明的增强纤维的长度至少应与临界长度(约1mm)一样长，更好的是，其长度/直径比大于150。该长度/直径比较小的玻璃纤维常易起作颗粒的作用，且不能提供足够的抗冲击强度。同样优选的是，该玻璃纤维不宜太长(即，较好的是，其长度的产生小于约0.5英寸(1.27cm))，以避免与增加粘度及各向异性所相关问题。上述纤维较好的是碳纤维、陶瓷或二氧化硅基玻璃纤维。大于约为二分之一英寸(1.27cm)长度的纤维增加了抗冲击强度，但是，含有该纤维的路面标识器难以加工，因为该标识器在几何结构上含有小的沟槽和曲率，从美学角度考虑，纤维的长度最好小于约1.27cm。纤维直径最好是在约3-20微米之间。
可用于本发明的纤维的特别例子，包括硅氧烷预处理的、约为八分之一英寸(0.32cm)长、直径约为14微米的玻璃纤维(购自Dow Corning的E玻璃纤维)。上述玻璃纤维在购得之初易块结成束，而这些纤维束并不会在此处所例举使用的低剪切力作用下被完全分散。对使用这些纤维的复合材料横截面的电子显微镜的扫描分析显示，该玻璃纤维被均质地混合于该复合物材料中，其约四分之一的玻璃纤维以单一的纤维分散，而约四分之三的玻璃纤维块结为20-40根纤维的纤维束。优选的是，复合物中至少加入约为4％(重量)的该玻璃纤维，以获得较高的抗冲击强度。同样优选的是，为便于加工，复合物中玻璃纤维的添加量不可超过6％(重量)。在一个优选的实施例中，玻璃纤维和沙的混合物不超过复合材料总量的60％(重量)否则难以加工。
本发明的复合材料的基体材料(matrix)可从多种聚合物材料中选择。该聚合物材料可以是一种热塑性树脂，或是一种化学硬化的树脂，如环氧树脂与固化剂的结合。合适的聚合物的举例包括环氧树脂、热塑性丙烯酸、聚酯及聚氨酯。一个用于组成本发明的铸塑标识器的特别优选的复合物材料基体材料由一与胺硬化树脂结合的环氧树脂形成。该聚合物材料较好的是以约30％-70％(重量)的范围，更好的是，以约30％-40％(重量)的范围存在于复合材料之中。
本发明的填充材料较好的是用硬质的颗粒物质。通常，该填充材料为无机氧化物。优选的填充材料包括沙、滑石、碳酸钙及玻璃粉末。较大的颗粒，例如二氧化硅，可以籍由从基体材料上转移冲击力而增加复合物的弯曲模量。另外，沙取代了树脂的容量，可由所使用的树脂量的减少而降低成本。该较大颗粒的直径较好的是在约300微米至850微米(约20-50目)的范围，更好的是在约300微米至约400微米的范围，最好的是在约375微米(约40目)。该较大颗粒的使用量较好的是在对复合材料总量的约20至约60％(重量)，更好的是在约30至约50％(重量)的范围。
相对细小的颗粒，例如滑石、碳酸钙及玻璃粉末增加了该复合物的硬度，并籍由阻止裂纹的扩展而增加了其强度。该细小颗粒的平均粒径(数均值)较好的是在约0.01微米至约5微米，更好的是在约0.01微米至约1微米，最好的是在约0.01微米至约0.1微米的范围。该细小颗粒的使用量较好的是在约10至约50％(重量)，更好的是在约20至约30％(重量)的范围。除了填充材料，该复合物也可含有如白色、蓝色、绿色、黄色及红色的着色涂料。也可添加UV稳定剂。从美学观点考虑，例如，对标识器进行涂色，可在铸塑之前，对铸模进行聚合物材料的薄涂层，或在标识器取出铸模之后，对标识器进行聚合物材料的薄涂层。
本发明的突起状路面标识器可由这样的方法制得：在该方法中，聚合物材料、增强纤维及填充材料的均质混合物被铸塑成突起状路面标识器的形状。在一个优选的实施例中，细小的填充颗粒在高温下与树脂混合。所述混合，例如，用一分散搅拌叶片以1400rpm的转速，混合20-30分钟而完成。一种着色涂料，优选的是TiO2，可同时作为细小颗粒混合其中。可由一“刮”尺测得分散液的光滑度，其读数较好的是在8与9之间。
在如上所述地，细小颗粒分散于树脂中之后，加入短玻璃纤维和沙。加热混合物，以减少粘度。最好是在混合树脂的同时加入所述的沙及玻璃纤维。较好的是，在该步骤中，在较低的剪切力下混合较短的时间，例如，在约为560rpm的转速下，用一泵轮叶片混合约5分钟。该混合可获得足够的均一性，但，最好不要混合过度，以避免混合物发粘。据信，由混合过度所导致的粘度的增加是因为纤维束的分离。在一个特别优选的加工过程中，沙/玻璃纤维作预混合，且在混合之中缓慢倒入混合物中，如果沙/玻璃纤维混合物预加热至如同该混合物的同样温度也是有利的。
在一个优选的实施例中，增强颗粒及纤维分别与置于单独的容器中的环氧树脂和硬化剂混合。然后，在铸模之前，将该环氧树脂混合物及硬化剂混合物混合，形成一均相混合物。在一个优选的实施例中，所述环氧树脂混合物及硬化剂混合物以1∶1的容量比混合。更好的是，在高温下，以标尺计量泵(rod meter pump)的操作，在高压下(例如，80psi)将环氧树脂混合物及硬化剂混合物从其各自的容器中泵出。环氧树脂混合物及硬化剂混合物可在一装备有垂直搅拌装置的静态混合器中混合。也可使用其它，如动态混合器的混合搅拌系统。
在将聚合物材料、增强纤维及填充材料结合于均相混合物中之后，将均质混合物浇铸于模中。重要的是，在混合或浇铸该混合物的过程中，避免在混合物材料中产生气泡。气泡可能导致孔隙生成，然后，可能降低制成的标识器的弯曲模量及抗冲击强度。所述铸模的内侧形状如同路面标识器的外侧形状。
模制的步骤可根据本领域已知的方法进行。在一个优选的实施例中，复合物材料在一静态模中密封。在另一个实施例中，所述模的一个侧面打开向外。在另一个实施例中，使模振动，以确保所述的复合物材料在整个模中彻底分布，并可有助于消除孔隙。在另一个实施例中，对模使用真空抽气，以去除空隙。
在一个优选的实施例中，在加入均质混合物之前，将反光镜置于模中。
然后，固化混合物，以形成以具有高表观弯曲模量和高的抗冲击强度的复合物材料。在所述的方式中，生成的铸塑标识器可与附着的反光镜一起从模中取出，以备装置于公路上之用。在另一个稍差一些的实施例中，反光镜是在将路面标识器取出铸模之后，再粘附其上。
在一个优选的实施例中，环氧树脂/胺固化剂组合的混合物是在约150F(66℃)的温度下，置于模中固化约10分钟。
可对该路面标识器的基底进行改性，以改善其对路面的粘结性。这些改性可由通常的技术完成。例如，铸模盖可具有用于在基底上形成粗糙图纹的凹槽。另外，沙、短玻璃纤维、或一玻璃纤维织物块可在高温下施加入基底。
进行了本发明的铸塑路面标识器的测试。表观弯曲模量的测试是根据ASTM方法D790Section 9.1的修改版进行。该方法被选用以替代ASTMD2480的方法，因为，ASTMD2480的方法要求标识器具有大于或等于4.0英寸(10.16cm)的长度及宽度，而这对于许多标识器来说，是不具备的。而且，在测试中发现，标准的ASTMD2480的方法显示了在弯曲模量和路面标识器的路面粘结力之间的较差的关系。ASTMD790确定了试样的尺寸，及用于计算弯曲模量的必要的公式。在ASTMD790和6.2.1节中的跨度值定为试样厚度的16倍。突起状路面标识器的几何结构不同于该尺寸比例。因此，为在所测试的不同的突起状路面标识器中获得一均匀、可比较的测试结果，该标识器的跨度尺寸定于1.85英寸(4.70cm)，以适应所有不同类型的标识器。上述固定跨度尺寸的引入也保证了在模量计算中的剪切效应对所有标识器来说是均匀的。该标准化的模量被视为表观弯曲模量或表观模量。该表观模量表示为每平方英寸上的磅数(psi)或表示为帕斯卡(Pa)，该数值表示了标识器的弯曲模量，对一个标识器是特定的。该表观弯曲模量由ASTM的测试方法D790中定义的下式测得：
E＝跨度3*斜率/4*长度*厚度3
这里：跨度＝1.85英寸(4.70cm)
斜率＝在相关的底部载荷点上的载荷变化/偏斜变化比率
长度＝标识器的长度
厚度＝标识器的厚度
E＝表观弯曲模量
表观弯曲模量值在有一对MTS变形测定仪Model632.17 B-20的材料测试仪器MTS810上进行的测试得到。试样置于如在ASTMD790中所述的二个支座上作三点弯曲模量试验。该试样厚度及长度的尺寸为标识器的厚度及标识器的长度，其跨度定位1.85英寸(4.7cm)，该尺寸对所有模量测试中的标识器试样导入了相同的剪切效果。一对变形测试仪被用于测定标识器在其底部的偏移。变形测试仪的测试针测量标识器下部的挠曲，所述的针沿其底部，设于半分标识器的指状抓手槽的中心线上。挠曲变形导致发生于标识器底部的粘结剂/路面、粘结剂/粘结剂、及粘结剂/标识器基底界面的损坏，这就是为何使用高精密的变形测试仪测量其基底偏移的原因。MTS被用来将置于标识器顶部中心的载荷提高至最大的1000lbs。其变形率设定在0.1英寸/分(0.25cm/分)，该变形率由ASTMD790的9.1.1节所给出的公式计算得出。复合材料自身(片材状)的弯曲模量可根据ASTM D790测得。
对根据实施例1制备的二个标识器的测试表明，其平均表观弯曲模量为约550,000psi(3.79×109Pa)。
较好的是，本发明的铸塑标识器的平均表观弯曲模量至少为约80,000psi(5.5×108Pa)，较好的是约400,000psi(2.75×109Pa)，更好的是，为约800,000psi(5.52×109Pa)，根据ASTMD790测得的约为500,000psi(3.45×109Pa)及2.4百万psi(1.65×1010Pa)的弯曲模量也是所希望的。
在根据实施例1的方法制得的标识器上进行抗冲击强度试验。除了使用一个0.50英寸(1.3cm)管径的管子取代0.625英寸(1.625cm)管径的管子之外，其它按照ASTMD3029的7.-15节进行抗冲击强度试验。将标识器置于平的金属板上，一磅(0.45kg)的落锤从118cm(45.5英寸)的高度下落至标识器10次。第一次下落仅形成一小坑，第二次下落使落坑稍大，第三次下落导致标识器上系于指状抓手的头发丝断裂。下落7次之后，在指状抓手槽的二侧皆发生开裂。下落10次之后，标识器裂为由玻璃纤维牵连的四块。
非常理想的是，本发明的路面标识器具有优异的抗冲击强度。这样，较好的是，该路面标识器可经受住一磅(0.45kg)落锤从118cm(45.5英寸)的高度下落一次而不产生裂缝。同样较好的是，该标识器可承受3次如上所述的下落而不会碎裂。
实施例
下述的实施例进一步说明了本发明，而不是对本发明的限制。这些实施例仅是所制得的多种实施例中的一部分。实施例中所有的份、百分比、比例等皆指重量。所有的实施例中使用了下述的缩写和商标名称：
Epon826       购自Shell Chemical，Houston，TX的双酚A/表氯醇基环氧树脂
Epon828       购自Shell Chemical，Houston，TX的双酚A/表氯醇基环氧树脂
Epon828/TiO2 40％的Epon826和60％粒径小于0.1微米的TiO2微粒预混合物，
              购自Harwick Chemical，Corporation，Akron，OH的Stan-Tone
              10 EPX03
Epicue3270和  购自Shell Chemical，Houston，TX的N-氨基乙基哌嗪、二亚乙
3271          基三胺及壬基苯酚的溶液
DMP30         购自Rohm and Haas，Philadelphia，PA的2，4，6-三(二甲氨基甲基)
              苯酚(89-98％)，(二甲氨基)甲基苯酚(2-11％)，苯酚(＜0.2％)，
              甲醛(＜0.08％)
TiO2         购自DuPont，Wilmington，DE的纯钛TiO2 R920，粒径约＜1微
              米
沙            购自Cemstone Product Co.，St.Paul，MN40筛目，粒径约为375
              微米
CaCO3        超细沉淀物，粒径约＜1微米
滑石          购自Cyprus Industial Minerals Co.，Los Angeles，CA的Mistron
              Superfirst
玻璃纤维      购自Owens Corning的E-纤维405，硅氧烷偶合，长约0.32cm，
(短纤维)      直径约为14微米
第一个实施例的组成示于表1。使用一高剪切力的混合搅拌叶片(购自CowlesCo.)，将35g滑石及2.5gTiO2分散于100g的Epon826中。使用一高剪切力的混合搅拌叶片，将28.0g滑石、2.0gTiO2及1.5gDMP30分散于80g的Epicure 3270中。分别在约120-130F(49-54℃)的温度下，以约为1400rpm的转速，搅拌、混合该Epon826基混合物和Epicure 3270基混合物20-30分钟。将126.5g的沙及12.65g的短玻璃纤维加入一容器中，手动摇晃混合，然后，将该混合物预加热至120-130F(49-54℃)。搅拌下，在约120-120F的温度下，将上述预混合、预加热的沙和短玻璃纤维的混合物加入含Epon826的一侧。以低剪切叶片搅拌混合物约3分钟，直至混合物显得均匀。注意不要过度搅拌该混合物，以免其粘度超过该组合物可被泵送或灌注的粘度点值。以类似的方法，将预混合、预加热的150.02g沙的混合物和15.0g短玻璃纤维的混合物加入含Epicure 3270的一侧。该Epon826基混合物的总重量为276.6g，而Epicure 3270基混合物的总重量为276.5g。将从不同侧生成的组合物倒入、通过一装备有垂直搅拌装置的静态混合器中，以1∶1的容量比混合，然后，倒入一路面标识器形状的铸模，150F(66℃)下固化10分钟。
在初始混合阶段，使用高剪切力以保证较小的颗粒完全分散于树脂中。当使用TiO2颗粒时，混合程度可由观察该混合物是否完全变白而判断。而对于那些使用预分散的二氧化钛颗粒(如Epon828/TiO2)，而并不含有其它细小颗粒，如CaCO3或滑石的试样来说，高剪切力的混合并不是必须的，因为该细小颗粒已经作了高度的分散。添加短玻璃纤维之后，应注意避免搅拌过度。应混合该纤维，以获得类似于麦片粥状的混合物。对含有短纤维的混合物的过度混合可能导致制得的混合物难以倒出或无法泵送。在约130F(54℃)下的20,000-50,000厘泊的粘度是可接受的。
以类似于实施例1中所描述的方法制得实施例2-21(见表1)。实施例2-21中的各个试样具有约为130g-约为1500g的净重。例示了实施例1-11及17-21的A侧及B侧的重量百分数，A、B两侧再以各个栏内(见表1)底部所示的容量混合比混合。实施例12-16以占整个复合物总重量的重量百分比示于表1。对实施例2-21来说，A侧及B侧以一舌状阻尼器混合。
实施例2-4仅在A侧混合短纤维。实施例2-4的弯曲模量处于1.16-1.45×107psi(7.9-10.0×1010Pa)之间的范围。然而，实施例2-4显示了A侧与B侧之间不希望的粘度差异。
实施例5-7显示了A侧与B侧之间类似的粘度。实施例5-7(试样尺寸：1英寸×0.125英寸×4.0英寸(2.54cm×0.32cm×10.2cm))的挠曲极限强度保持在1×107psi(6.9×1010Pa)之上。
由实施例11的复合物制得的试样显示的弯曲模量保持在约0.74-1.12×107psi(5.1-7.7×1010Pa)之间。实施例12由如下所述的方法制得：将CaCO3分配于Epon826中；混入Epon826/TiO2，直至该原料彻底变白；用一舌状阻尼器混入Epicure 3720；然后，混入纤维及沙，得到复合材料混合物。在约110-113F(43-54℃)的温度下添加所示的沙和玻璃纤维，且应在Epicure中混合后约3分钟之内(即，在材料固化之前)进行上述的添加。实施例2-21也显示了在受到捶击时可接受的强度。当将Epicure 3271材料改换为Epicure 3270时，其强度上的差异，如果产生的话，是很小的。
                                                  表1：铸塑标识器的组成
组份％(重量)                                                          实施例编号
1  2  3  4  5  6   7   8   9   10
A侧
Epon826 36.15  35.60  36.73  34.33  39.22  28.57   30.56   23.63   45.36   28.41
滑石 12.65  17.80  18.36  17.17
TiO2 0.90  2.27  2.34  3.58
Epon828/分散的TiO2  1.96  1.43   1.39   3.54   3.40   4.26
CaCO3
1/8”短玻璃纤维 4.57  8.10  6.75  4.49  5.88  7.00   6.81   7.86   8.38   7.10
二氧化硅沙 45.73  36.32  35.81  40.44  52.94  63.00   61.25   64.97   42.86   60.23
总量 100.00  100.00  100.00  100.00  100.00  100.00   100.00   100.00   100.00   100.00
B侧
Epicure 3270 28.93
Epicure 3271  28.57  26.62  26.82  30.77  30.00   29.48   26.18   19.42   21.74
DMP30 0.54
滑石 10.13  14.29  20.13  20.39
TiO2 0.72
CaCO3   17.02   12.62   13.04
1/8”短玻璃纤维 5.42  5.28  6.92  7.00   7.05
二氧化硅沙 54.25  57.14  53.25  47.51  62.31  63.00   63.47   56.81   67.96   65.22
总量 100.00  100.00  100.00  100.00  100.00  100.00   100.00   100.00   100.00   100.00
A/B近似体积
混合比： 1.0  4.1  4.0  4.0  3.9  4.0   4.0   400   2.0   3.0
                                             表1：铸塑标识器的组成(续)
组份％(重量)                                                            实施例编号
  11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21
A侧
Epon826   15.27   15.57   13.92   15.57   15.28   15.28   33.88   33.88   34.41   34.60   37.09
滑石   11.86   11.86   12.98
TiO2   0.85   0.85   0.93
Epon828/分散的TiO2   1.80   1.50   4.69   1.50   1.50   1.50
CaCO3   10.00   15.00   12.04   12.11
1/8”短玻璃纤维   2.50   2.50   4.86   5.48   4.87   4.84   4.45
二氧化硅沙   82.93   62.50   65.00   32.50   25.00   48.55   47.94   48.68   48.44   44.65
总量   100.00   --   --   --   --   --   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00
B侧
Epicure 3270   68.18   12.93   12.64   12.93   13.22   13.22   30.51   29.67   30.12   31.68   30.39
Epicure 3271
DMP30   0.57   0.56   0.56   0.59   0.57
滑石   10.68   10.39   10.64
TiO2   0.76   0.76   0.76
CaCO3   2.50   10.54   11.09
1/8”短玻璃纤维   31.82   5.00   6.25   5.00   32.50   2.50   5.23   6.01   5.34   5.15   4.46
二氧化硅沙   55.00   25.00   52.25   52.63   53.43   51.49   53.18
总量   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00   100.00
A/B近似体积
混合比：   2.0   4.0   --   --   0.96   1.0   1.1   1.0   1.0   1.1   1.0

Claims (18)

1.一种纤维增强的突起状路面标识器，包括形成路面标识器结构的独立的复合物材料，其特征在于，所述复合物材料包括由聚合物材料、增强纤维及填充材料制成的各向同性混合物，所述纤维增强的突起状路面标识器具有至少为80,000psi(5.5×108Pa)的表观弯曲模量，所述路面标识器具有置于其上的后射反光镜。
2.如权利要求1所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述聚合物材料选自环氧树脂、丙烯酸树脂及聚氨酯的热塑性树脂，所述填充材料包括二氧化硅基沙粒，所述增强纤维为二氧化硅基玻璃纤维。
3.如权利要求2所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述玻璃纤维由无序分散于聚合物材料中的玻璃纤维束组成。
4.如权利要求1-3之任一项所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述表观弯曲模量大于400,000psi(2.75×109Pa)。
5.如权利要求1-3之任一项所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述的独立复合物结构组成的主体包括第一及第二对置端面、第一及第二对置侧面、上侧面、大致为平面的底部表面，所述第一及第二对置端面以一约为30度的角度倾斜，第一及第二对置侧面自顶部至底部及自一端至另一端形成凸曲。
6.如权利要求5所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述后射反光镜为置于第一及第二对置端面中至少一个端面上的后射反光镜。
7.如权利要求6所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述后射反光镜为置于第一及第二对置端面中至少一个端面上所设置的反光镜装置系统中的后射反光镜。
8.如权利要求7所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述的反光镜装置系统由模塑的塑料制成，且包括分别嵌置于第一及第二对置端面中的第一及第二反光镜座，至少一个反光镜座具有多个突出其上、用于以超声波焊接将其焊接至至少一个镜片上的减震释能装置。
9.如权利要求1所述的纤维增强的突起状路面标识器，所述纤维增强的突起状路面标识器由独立的复合物结构制成，其特征在于，所述独立复合物结构包括第一及第二对置端面、第一及第二对置侧面、一个上侧面、一个底部表面；且具有一置于该独立的复合物结构之上、从所述的第一对置端面延伸至第二对置侧面的塑料横构件，所述塑料横构件包括一嵌设其中的后射反光镜。
10.如权利要求9所述的路面标识器，其特征在于，所述独立的复合材料包括由聚合物材料30-76％、增强玻璃纤维4-6％及填充材料20-66％组成的各向同性混合物，其中，所述百分比皆为对复合物材料总量的重量百分比。
11.权利要求1所述的纤维增强的突起状路面标识器，其特征在于，所述独立的复合材料包括由聚合物材料30-76％、玻璃纤维4-6％及填充材料20-66％组成的的各向同性混合物，其中，所述百分比皆为对复合物材料总量的重量百分比。
12.如权利要求11所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述路面标识器包括30-40重量％的聚合物材料，20-30重量％的、其粒径在0.01微米至5微米的细小颗粒，及30-50重量％的、其粒径在300微米至850微米的较大颗粒的填充材料。
13.如权利要求12所述的纤维增强的路面标识器，其特征在于，所述细小颗粒包括滑石，较大颗粒包括沙。
14.一种纤维增强的突起状路面标识器的制造方法，所述的方法包括如下的步骤：
将由聚合物材料、玻璃纤维及填充材料组成的均匀混合物浇铸于一模中，以形成突起状路面标识器形状的铸塑复合物材料，然后
从模中取出生成的铸塑、突起状路面标识器。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在浇铸均质混合物之前将后射反光镜置于模中。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括一将后射反光镜粘结至所述铸塑突起状路面标识器上去的另一步骤。
17.如权利要求14-16之任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述聚合物材料为一热固性树脂，所述的树脂为环氧树脂和固化剂的混合物。
18.如权利要求14-16之任一项所述的方法，其特征在于，其中，所述纤维增强的路面标识器进一步包括改性的基底，该基底由选自以下的方法之一改性：
在所述基底上形成凹槽；将一聚合物浸渍的玻璃纤维垫块粘结至所述基底上；
在升高的温度下，将短玻璃纤维添加至所述的基底上，并在升高的温度下，将沙添加至所述的基底上。
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