DE69616601T2

DE69616601T2 - Geformte ultraflexible retroreflektierende würfeleckige zusammengesetzte folie mit optischen zieleigenschaften und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69616601T2
Application number: DE69616601T
Authority: DE
Inventors: R. Atkinson; Benson, Jr.; M. Frey; E. Marecki; M. Shusta; R. Zwack
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: AU6962596A; KR20000065094A; CN1217065A; DE69616601D1; EP0896682B1; CN1129010C; BR9612603A; WO1997041463A1; EP0896682A1; KR100400910B1; US5763049A; AU706087B2; ATE208047T1; CA2252854A1; JP2000509165A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein flexibles, retroreflektives Bahnenmaterial, das so verformt ist, daß optische Solleigenschaften erzeugt werden, sowie ein Verfahren zum Verformen eines retroreflektiven Bahnenmaterials zu einem dreidimensionalen Artikel mit derartigen optischen Eigenschaften.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Normalerweise weisen Würfeleckenretroreflektoren ein Bahnenmaterial mit einer allgemein ebenen Vorderfläche und einer Anordnung von Würfeleckenelementen auf, die von der Rückfläche vorstehen. Reflektierende Würfeleckenelemente verfügen über allgemein dreiflächige Strukturen, die drei zueinander etwa senkrechte Seitenflächen haben, die in einer einzelnen Ecke, d. h. Würfelecke, zusammentreffen. Auf die Vorderfläche fallendes Licht tritt in die Bahn ein, durchläuft den Körper der Bahn und wird durch die Flächen der Elemente reflektiert, um aus der Vorderfläche in einer im wesentlichen zur Lichtquelle führenden Richtung auszutreten. Normalerweise werden die Lichtstrahlen infolge von innerer Totalreflexion ("ITR") an den Würfelflächen oder von reflektierenden Beschichtungen, z. B. einem aufgedampften Aluminiumfilm, reflektiert. Durch Einsatz einer metallisierten Aluminiumbeschichtung auf den Würfeleckenelementen kommt es leicht zu Einer Graufärbung für einen Beobachter unter Umgebungslichtoder Tageslichtbedingungen, weshalb sie für einige Anwendungen als ästhetisch unvorteilhaft gilt.
Ein weitverbreitetes retroreflektives Bahnenmaterial verwendet eine Anordnung von Würfeleckenelementen zur Retroreflexion von Licht. Fig. 1 und 2 zeigen ein Beispiel für ein solches allgemein mit 10 bezeichnetes retroreflektives Bahnenmaterial. Die Anordnung von Würfeleckenelementen 12 steht von einer ersten oder Rückseite eines Körperabschnitts 14 vor, der eine Körperschicht 18 (in der Technik auch als Überzug bezeichnet) aufweist und auch eine Grundschicht 16 aufweisen kann. Als Pfeile 23 dargestelltes Licht tritt in das Würfeleckenbahnenmaterial 10 durch die Vorderfläche 21 ein; dann durchläuft es den Körperabschnitt 14 und trifft auf die ebenen Flächen 22 der Würfeleckenelemente 12, um in die Richtung zurückzukehren, aus der es kam.
Fig. 2 zeigt die Rückseite der Würfeleckenelemente 12, wobei jedes Würfeleckenelement 12 die Form eines dreiflächigen Prismas mit drei freiliegenden ebenen Flächen 22 hat. In bekannten Anordnungen sind die Würfeleckenelemente 12 normalerweise durch drei Sätze paralleler V-förmiger Nuten 25, 26 und 27 gebildet. Benachbarte ebene Flächen 22 an benachbarten Würfeleckenelementen 12 in jeder Nut bilden einen Außenflächenwinkel (ein Flächenwinkel ist der durch zwei sich schneidende Ebenen gebildete Winkel). Dieser Außenflächenwinkel ist entlang jeder Nut in der Anordnung konstant. Dies galt für die vielfältigen bisher produzierten Würfeleckenanordnungen.
Allgemein sind die ebenen Flächen 22, die jedes einzelne Würfeleckenelement 12 bilden, wie in der Ecke eines Zimmers im wesentlichen senkrecht zueinander. Der Innenflächenwinkel, d. h. der Winkel zwischen den Flächen 22 an jedem einzelnen Würfeleckenelement in der Anordnung, beträgt normalerweise 90º. Allerdings kann dieser Innenwinkel von 90º etwas abweichen, was in der Technik bekannt ist; siehe z. B. die US-A- 4775219 (Appeldorn et al.). Obwohl die Spitze 24 jedes Würfeleckenelements 12 zur Mitte seiner Basis senkrecht ausgerichtet sein kann (siehe z. B. die US-A-3684348), kann die Spitze auch zur Basismitte versetzt oder gekippt sein, was in der US-A-4588258 (Hoopman) offenbart ist. Andere Würfeleckenkonfigurationen sind in den US-A-5138488, 4066331, 3923378, 3541606 und Re-29396, 3712706 (Stamm), 4025159 (McGrath), 4202600 (Burke et al.), 4243618 (Van Arnam), 4349598 (White), 4576850 (Martens), 4588258 (Hoopman), 4775219 (Appeldorn et al.) und 4895428 (Nelson et al.) offenbart.
Wo das retroreflektive Würfeleckenbahnenmaterial voraussichtlich in einer Umgebung zum Einsatz kommt, in der es Feuchte oder anderen Elementen ausgesetzt sein könnte, z. B. im Freien oder in hoher Feuchtigkeit, kann es bevorzugt sein, daß Würfeleckenelemente mit einem formanpassungsfähigen Dichtungsfilm verkapselt sind. Die o. g. US-A-4025159 offenbart die Verkapselung von Würfeleckenelementen unter Verwendung eines Dichtungsfilms.
Grundwürfeleckenelemente haben eine geringe Winkligkeit, so daß das Element nur Licht hell retroreflektiert, das innerhalb eines schmalen Winkelbereichs darauf auftrifft, der etwa auf seine optische Achse zentriert ist. Die optische Achse ist die Dreiteilende des durch die Flächen des Elements gebildeten Innenraums. Auflicht, das von der optischen Achse wesentlich weggeneigt ist, trifft auf eine Fläche in einem Winkel, der kleiner als seine kritischen Winkel ist, und durchläuft daher die Fläche, statt reflektiert zu werden.
Fig. 3 ist ein in Polarkoordinaten gezeigtes Diagramm des optischen Profils einer retroreflektiven Grundwürfeleckenbahn mit sechs Maxima und sechs Minima in 30º-Azimutabständen. Die Stärke des retroreflektiven Strahls von einem, retroreflektiven Würfeleckenbahnenmaterial ist am größten, wenn der einfallende Strahl einen Einfallswinkel von 0º hat (senkrecht zur Bahnenmaterialebene). Bei höheren Einfallswinkeln (etwa größer 30º) ist die Helligkeit des retroreflektierten Strahls eine Funktion des Winkels um eine senkrechte Achse zur Bahn, der als Azimutwinkel bezeichnet wird. Hält man den Einfallswinkel eines Lichtstrahls konstant auf einem Wert von z. B. 60º zur Lotrechten und variiert man den Azimutwinkel des einfallenden Strahls von 0º bis 360º, so variiert die Stärke des retroreflektierten Strahls gemäß Fig. 3.
Es gibt eine Reihe von Anwendungen für retroreflektives Würfeleckenbahnenmaterial mit nicht normgerechten oder in Sonderform ausgeführten optischen Profilen. Zum Beispiel ist oft ein gleichmäßigeres Retroreflexionsvermögen oder eine breitere retroreflektive Winkligkeit als in der Darstellung von Fig. 3 gefordert. Für einige Anwendungen kann es vorteilhaft sein, das Retroreflexionsvermögen auf ein schmales Winkligkeitsband und/oder entlang einem spezifischen Segment des Azimutwinkels zu begrenzen.
Ein Verfahren zur Änderung des optischen Profils von Würfeleckenelementen besteht darin, die darauf gebildete Vorlage oder Form in Stücke zu schneiden und die Stücke wieder in einem Muster zusammenzusetzen, das unterschiedliche Orientierungszonen auf dem retroreflektiven Bahnenmaterial erzeugt. Zum Beispiel läßt sich ein optisches Profil mit breiter retroreflektiver Winkligkeit in mehreren Betrachtungsebenen erreichen, indem benachbarte Stücke der Form oder Vorlage 30º oder 90º um eine senkrechte Achse zur Ebene der Elemente gedreht werden (eine Drehung der Stücke um 60º oder ein Vielfaches davon bewirkt keine Nettoänderung der Orientierung der Würfeleckenelemente). Allerdings ist das erneute Zusammensetzen der Stücke der Form oder Vorlage mit der notwendigen Genauigkeit zeitaufwendig und teuer. Ein Verfahren zum erneuten Zusammensetzen einer Vorlagenform ist in der US-Patentanmeldung Lfd. Nr. 08/587719, eingereicht am 19. Januar 1996, offenbart.
Ein weiteres Verfahren zur Änderung des optischen Profils von Würfeleckenelementen besteht darin, die optischen. Achsen von Würfeleckenelementen zueinander zu neigen oder zu kippen. Fig. 4 zeigt ein Würfeleckenelement 30 mit drei zueinander senkrechten Flächen 31a, 31b und 31c, die an der Würfelspitze 34 zusammentreffen. Die Würfelbasiskanten 35 sind allgemein geradlinig und liegen allgemein in einer einzelnen Ebene, die die Basisebene 36 des Elements 30 bildet. Zudem hat das Würfeleckenelement 30 eine Mittel- oder optische Achse 37, die die Dreiteilende der durch die Seitenflächen 31a, 31b und 31c gebildeten Innenwinkel ist. Die optische Achse kann lotrecht zur Basisebene 36 angeordnet sein, oder sie kann gekippt sein, was in der US-A-4588258 (Hoopman) und US-A-5138488 (Szczech) beschrieben ist. Die Herstellungskosten von Werkzeug zur praktischen Umsetzung der Erfindung von Hoopman sind relativ hoch. Außerdem eignet sich diese Technik nicht zur schnellen Fertigung von Prototypen von speziell ausgeführten optischen Profilen oder Winkligkeit.
Daher besteht Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung retroreflektiver Artikel mit Prototyp- oder optischen Solleigenschaften, ohne daß dazu teures Werkzeug benötigt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein flexibles, retroreflektives Bahnenmaterial, das so verformt ist, daß optische Solleigenschaften erzeugt werden. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verformen eines retroreflektiven Bahnenmaterials zu einem dreidimensionalen Artikel mit derartigen optischen Eigenschaften.
Das retroreflektive Bahnenmaterial weist zahlreiche einzelne Würfeleckenelemente auf, die an Ort und Stelle auf einem transparenten Polymerüberzugsfilm gehärtet sind. Das retroreflektive Bahnenmaterial ist so zu einer dreidimensionalen Struktur verformt, daß Basiskanten mehrerer Würfeleckenelemente nicht eben zueinander sind, um mindestens eine optische Solleigenschaft zu erzeugen. Die optischen Solleigenschaften können nach Bedarf ein optisches Profil, Winkligkeit, dreidimensionales Aussehen, Weiße, Glitzereffekt oder deren Kombinationen sein. Vorzugsweise ist das retroreflektive Bahnenmaterial eine einzelne einteilige Bahn.
Die Basiskanten mehrerer benachbarter Würfeleckenelemente können zueinander nicht eben oder geneigt sein. Vorzugsweise sind die Basiskanten eines oder mehrerer Würfeleckenelemente nicht parallel zu einer Vorderfläche des Überzugsfilms. Die Würfeleckenelemente können eine variable Dichte über einen Abschnitt des retroreflektiven Artikels haben. Benachbarte Würfeleckenelemente über einen Abschnitt des retroreflektiven Artikels können einen variablen Abstand haben. Der Überzugsfilm kann eine Dicke haben, die über einen Abschnitt des retroreflektiven Artikels variiert.
Der retroreflektive Artikel kann als Vorlage dienen, um Werkzeug zur Formgebung zusätzlicher retroreflektiver Artikel herzustellen.
Die dreidimensionale Struktur kann ein oder mehrere geprägte Symbole haben. Optional kann das retroreflektive Bahnenmaterial einen spiegelnden Reflektor aufweisen, mit dem die Würfeleckenelemente beschichtet sind. Das retroreflektive Bahnenmaterial kann optional einen Dichtungsfilm aufweisen, der sich im wesentlichen über die Würfeleckenelemente entgegengesetzt zum Überzugsfilm erstreckt. Metallisierte Würfeleckenelemente können optional mit einer Beschichtung hinterfüllt sein, z. B. einem Polymermaterial, Harz oder Klebstoff. In einer Ausführungsform kann die Beschichtung gleichmäßig oder in einem Muster aufgetragen sein, z. B. Drucksymbole in einer oder mehreren Farben.
Vorzugsweise hat der Polymerüberzugsfilm einen ersten Elastizitätsmodul, und die Würfeleckenelemente haben vorzugsweise einen zweiten Elastizitätsmodul, der größer als der erste Elastizitätsmodul ist. Vorzugsweise sind die Würfeleckenelemente aus einem wärmehärtenden Polymer aufgebaut. Vorzugsweise ist der Polymerüberzugsfilm aus einem warmformbaren Polymer aufgebaut. Der Überzugsfilm kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus ionomeren Ehtylencopolymeren, weichmacherhaltigen Vinylhalogenidpolymeren, säurefunktionellen Ethylencopolymeren, aliphatischen Polyurethanen, aromatischen Polyurethanen, anderen lichtdurchlässigen Elastomeren und deren Kombinationen besteht. Die Würfeleckenelemente können aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus monofunktionellen, difunktionelle und polyfunktionellen Acrylaten oder deren Kombinationen besteht.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Formgebung eines retroreflektiven Artikels mit mindestens einer optischen Solleigenschaft. Hergestellt wird ein retroreflektives Würfeleckenbahnenmaterial mit zahlreichen einzelnen Würfeleckenelementen, die an Ort und Stelle auf einem transparenten Polymerüberzugsfilm gehärtet werden. Das flexible retroreflektive Bahnenmaterial wird so in eine dreidimensionale Konfiguration verformt, daß die Basiskanten mehrerer Würfeleckenelemente zueinander nicht eben sind.
Im Schritt der Verformung können Basiskanten der mehreren benachbarten Würfeleckenelemente zueinander geneigt werden. Vorzugsweise ist der Schritt der Verformung aus der Gruppe ausgewählt, die aus Warmformen, Vakuumformen, Prägen und deren Kombinationen besteht. Der Verformungsschritt kann aufweisen: Bilden eines dreidimensionalen Symbols im retroreflektiven Bahnenmaterial, Ändern der Dichte und/oder des Abstands mindestens eines Abschnitts der Würfeleckenelemente oder Recken des retroreflektiven Bahnenmaterials in mindestens einer Richtung. Im Reckschritt kann gleichmäßiges (oder ungleichmäßiges) Recken oder biaxiales Recken des retroreflektiven Bahnenmaterials erfolgen. Im Verformungsschritt können die Basiskanten eines oder mehrerer Würfeleckenelemente so geändert werden, daß sie nicht parallel zu einer Vorderfläche des Überzugsfilms sind.
Optional können die Würfeleckenelemente mit einem spiegelnden Reflektor beschichtet sein. Ein Dichtungsfilm kann optional im wesentlichen über eine freiliegende Oberfläche der Würfeleckenelemente vor oder nach dem Schritt der Verformung des retroreflektiven Bahnenmaterials verbunden werden. In einer alternativen Ausführungsform wird eine Form von den Würfeleckenelementen des verformten retroreflektiven Artikels abgeformt. Ein Polymermaterial wird auf die Form aufgetragen, und das Polymermaterial wird mindestens teilweise gehärtet. Danach wird das Polymermaterial von der Form entfernt, so daß ein zweiter retroreflektiver Artikel hergestellt wird.
Folgende Definitionen gelten:
"Verformung" bezieht sich auf Warmformen, Vakuumformen, Prägen, Formen, Hohlprägen, elastisches oder unelastisches Recken, gleichmäßiges oder ungleichmäßiges Recken oder deren Kombinationen.
"Symbol" bezeichnet alle alphanumerischen Zeichen, Logotypen, Siegel, geometrische Muster oder deren Kombinationen.
"Optische Solleigenschaften" bezieht sich auf ein gewünschtes optisches Profil, eine gewünschte Winkligkeit, ein gewünschtes dreidimensionales Aussehen, eine gewünschte Weiße, einen gewünschten Glitzereffekt oder deren Kombinationen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im weiteren wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines retroreflektiven Würfeleckenbahnenmaterials im Stand der Technik;
Fig. 2 eine Untersicht auf das retroreflektive Bahnenmaterial von Fig. 1;
Fig. 3 ein in Polarkoordinaten dargestelltes Diagramm des optischen Profils eines Würfeleckenelements mit sechs Maxima und sechs Minima in 30º-Azimutabständen;
Fig. 4 eine Isometrie eines Würfeleckenelements, das in einem retroreflektiven Bahnenmaterial der Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 5 eine Untersicht auf einen erfindungsgemäßen retroreflektiven Artikel;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines retroreflektiven Artikels an Linien 6-6 in Fig. 5;
Fig. 7 eine Schnittansicht des retroreflektiven Artikels an Linien 7-7 in Fig. 6;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines retroreflektiven Artikels mit einem Dichtungsfilm, der an der Rückseite des retroreflektiven Bahnenmaterials befestigt ist;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines retroreflektiven Bahnenmaterials;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines alternativen Verfahrens zur Herstellung eines retroreflektiven Bahnenmaterials;
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines retroreflektiven Artikels;
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines alternativen Verfahrens zur Herstellung eines retroreflektiven Artikels;
Fig. 13 ein Foto eines beispielhaften retroreflektiven Artikels;
Fig. 14 ein Mikrofoto einer Vertiefung auf dem retroreflektiven Artikel von Fig. 13;
Fig. 15 ein Mikrofoto einer Vertiefung auf dem retroreflektiven Artikel von Fig. 13;
Fig. 16 ein Foto eines beispielhaften retroreflektiven Artikels;
Fig. 17 ein Mikrofoto eines Vorsprungs auf dem retroreflektiven Artikel von Fig. 16;
Fig. 18 ein Mikrofoto eines Vorsprungs auf dem retroreflektiven Artikel von Fig. 16;
Fig. 19 ein Foto eines beispielhaften retroreflektiven Artikels, der ein Symbol enthält;
Fig. 20 ein Foto mehrerer beispielhafter retroreflektiver Artikel;
Fig. 21 ein Mikrofoto eines retroreflektiven Artikels, der ein Symbol ® enthält;
Fig. 22A ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für verschiedene Proben;
Fig. 22B ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels für die Proben von Fig. 22A;
Fig. 23A ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für verschiedene Proben;
Fig. 23B ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels für die Proben von Fig. 23A;
Fig. 23C ein Balkendiagramm der Weißeänderung verschiedener Proben nach Verformung;
Fig. 24A ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für verschiedene Proben;
Fig. 24B ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels für die Proben von Fig. 24A;
Fig. 25A ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für verschiedene Proben;
Fig. 25B ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels für die Proben von Fig. 25A;
Fig. 26A ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für verschiedene Proben;
Fig. 26B ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels für die Proben von Fig. 26A;
Fig. 27A ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für verschiedene Proben;
Fig. 27B ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels für die Proben von Fig. 27A;
Fig. 27C ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für verschiedene handelsübliche Reflektoren; und
Fig. 27D ein Diagramm der Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels für die handelsüblichen Reflektoren von Fig. 27C.

NÄHERE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung betrifft einen retroreflektiven Artikel, der aus einem flexiblen, retroreflektiven Bahnenmaterial so gebildet ist, daß optische Solleigenschaften erzeugt sind, sowie ein Verfahren zum Verformen eines retroreflektiven Bahnenmaterials zu einem dreidimensionalen Artikel. Das retroreflektive Bahnenmaterial hat einen Anordnung einzelner Würfeleckenelemente, die an Ort und Stelle auf einem transparenten Polymerüberzugsfilm gehärtet sind. Die Anordnung ist so zu einer dreidimensionalen Struktur verformt, daß die Basiskanten mehrerer Würfeleckenelemente nicht in derselben Ebene liegen, wenn das Bahnenmaterial flach ausgelegt ist.
Der retroreflektive Artikel der Erfindung kann wesentliche Mengen von einfallendem Licht zurück zur Lichtquelle reflektieren und dabei optische Solleigenschaften zeigen. Der retroreflektive Artikel ist zum Einbau in vielfältige Produkte geeignet, z. B. Kleidungsstücke, Schuhe, Kennzeichenschilder, Beschilderungen, Fahrzeugmarkierungen, Kegelhülsen und Tonnenhüllen.
Verfahren zur Herstellung eines glitzernden retroreflektiven Artikels sind in den folgenden verwandten Anmeldungen offenbart, die am gleichen Tag wie die vorliegende eingereicht wurden: "Method of Making Glittering Retroreflective Sheeting" (jetzt US-A-5770124); "Mold for Producing Glittering Cube-Corner Retroreflective Sheeting", Anwalts- Registrier-Nr. 52471USA5A, Lfd. Nr. 08/640383; und "Glittering Cube-Corner Retroreflective Sheeting", Anwalts- Registrier-Nr. 52373USA3A, Lfd. Nr. 08/640326.
Fig. 5 zeigt die Rückseite eines einteiligen Würfeleckenbahnenmaterials 60, das verformt wurde, um mindestens eine optische Solleigenschaft zu erzeugen. Würfeleckenelemente 30 ähneln dem in Fig. 4 gezeigten. Jedes Würfeleckenelement 30 trifft auf ein benachbartes Würfeleckenelement an einer Basiskante 35, ist mit ihm aber nicht unbedingt verbunden. Die Anordnung verfügt über drei Sätze paralleler Nuten 45, 46 und 47. Die Außenflächenwinkel (in Fig. 6 mit α bezeichnet) zwischen Flächen 31 benachbarter Würfeleckenelemente 30 variieren entlang den Nuten 45 bis 47 in der Anordnung. Die Basiskanten 35 der Würfeleckenelemente in der Anordnung liegen nicht in derselben Ebene. Somit kann die Spitze 34 eines Würfels, z. B. des Würfels 30a, relativ nahe an einer weiteren Spitze liegen, z. B. der des Würfels 30b, aber die Spitze des Würfels 30b kann von einer weiteren benachbarten Spitze weiter entfernt sein, z. B. der Spitze des Würfels 30c.
Fig. 6 zeigt beispielhaft Entfernungen, wenn die Basiskanten 35 zueinander oder zur Vorderfläche 51 versetzt oder geneigt sind. Für Würfeleckenelemente, die etwa 50 bis 200 Mikrometer hoch sind, beträgt die Höhenabweichung zwischen benachbarten Basiskanten normalerweise etwa 0 bis 50 Mikrometer. Verständlich ist, daß der retroreflektive Artikel auf Mikro- oder Makroebene verformt sein kann. Wie in den Beispielen diskutiert wird, kann das retroreflektive Bahnenmaterial über beschichtetem Schleifpapier verformt werden, das Schleifkörner mit etwa 100 bis 550 Mikrometer Durchmesser enthält. Schleifkörner dieser Größe haben Rundungsradien von etwa 50 bis 225 Mikrometern. Das retroreflektive Bahnenmaterial kann über kleineren Strukturen im Bereich von etwa 10 bis 50 Mikrometern verformt werden, obwohl die Änderung der optischen Eigenschaften möglicherweise minimal ist. Angenommen wird, daß die Änderung der optischen Eigenschaften des retroreflektiven Bahnenmaterials bei Verformung über Mikrostrukturen im Bereich von etwa 250 bis 10 Mikrometern eine Funktion der Würfeleckenelementgröße und Überzugsfilmdicke ist. Beispielsweise können kleinere Würfeleckenelemente und/ oder ein dünnerer Überzugsfilm über Mikrostrukturen in diesem Bereich stärker verformungsanfällig sein.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht des Würfeleckenbahnenmaterials 60 von Fig. 5 und zeigt die Position einer Würfelspitze relativ zueinander. Daneben zeigt Fig. 6 das Neigen oder Kippen der Basiskanten 35 relativ zueinander und zur Vorderfläche 51. Die Basiskante 35 eines Würfels kann näher oder weiter entfernt zur/von der Vorderfläche 51 des Überzugsfilms 58 als die Basiskanten anderer benachbarter Würfeleckenelemente wegen Verformung des Überzugsfilms 58 angeordnet sein. Besitzt das einteilige Würfeleckenbahnenmaterial 60 eine Grundschicht 56, ist auch sie nicht gleichmäßig von der Vorderfläche 51 beabstandet. Vorzugsweise hat das Würfeleckenbahnenmaterial 60 keine Grundschicht 56, so daß jedes Würfeleckenelement 30 ein einzelnes Gebilde ist. Sind die Würfeleckenelemente geneigt, liegen die Basiskanten 35 vieler der Würfeleckenelemente 30 nicht in derselben Ebene, wenn das Bahnenmaterial wie in Fig. 6 flach ausgelegt ist. Zusätzlich sind die Kanten 35 eines oder mehrerer Würfeleckenelemente 30 nicht parallel zur Vorderfläche 51. Jede Oberfläche des Überzugsfilms 58 kann optional Symbole enthalten, die darauf aufgedruckt oder darin ausgebildet sind.
Ferner zeigt Fig. 6 den Außenflächenwinkel α, der den Winkel zwischen Flächen 31 benachbarter Würfeleckenelemente 30 bildet. Der Winkel a kann entlang allen Nuten in einem einzelnen parallelen Nutensatz variieren, er kann entlang allen Nuten in zwei parallelen Nutensätzen variieren, oder er kann entlang von Nuten in allen drei Nutensätzen in der Anordnung variieren. In einer Anordnung regellos geneigter Würfeleckenelemente variiert der Winkel α zufällig zwischen benachbarten Flächen benachbarter Würfeleckenelemente über im wesentlichen die gesamte Anordnung.
Normalerweise hat der Überzugsfilm 58 im Körperabschnitt 54 eine mittlere Dicke von etwa 20 bis 1200 Mikrometern und vorzugsweise etwa 50 bis 400 Mikrometern. Normalerweise haben die Würfeleckenelemente eine mittlere Höhe von etwa 20 bis 500 Mikrometern und stärker typisch etwa 25 bis 200 Mikrometern. Die optionale Grundschicht 56 ist vorzugsweise auf einer minimalen Dicke von 0 bis 150 Mikrometern gehalten und ist vorzugsweise möglichst nahe null, so daß sich die bei Verformung erzeugte Beanspruchung nicht seitlich über die Grundschicht fortpflanzt. Optional kann eine Beschichtung auf die freiliegenden metallisierten Würfeleckenelemente 30 aufgetragen sein, um den Verformungen des retroreflektiven Artikels 60 zusätzliche Strukturunterstützung zu verleihen. Für einige Anwendungen kann es erwünscht sein, daß der retroreflektive Artikel eine freistehende, selbsttragende Struktur ist. In einer Ausführungsform ist die Beschichtung ein Polymermaterial, Harz oder ein Klebstoff. Optional kann die Beschichtung ein Pigment oder einen Farbstoff mit einer oder mehreren Farben enthalten. Zusätzlich kann die Beschichtung gleichmäßig oder in einem symbolhaltigen Muster mit vielfältigen Drucktechniken aufgetragen sein. Allgemein behält metallisiertes retroreflektives Bahnenmaterial eine höhere Helligkeit nach Verformung, da die ITR dazu neigt, im nicht abgedichteten Bahnenmaterial zu versagen.
Fig. 7 zeigt Würfeleckenelemente, die von einer Ebene geschnitten werden, die parallel zur Vorderfläche 51 ist. Darstellungsgemäß schneidet die Ebene nicht jeden Würfel so, daß ein Dreieck 62 mit gleicher Querschnittfläche erzeugt wird. Ein Würfel kann gegenüber der Vorderfläche 51 in einem solchen Maß geneigt oder versetzt sein, daß die Schnittebene nur eine Spitze des Würfels durchläuft, was zu einem kleinen Dreieckquerschnitt führt, während ein aufrechtstehender Würfel so geschnitten sein kann, daß das aus dem Querschnitt resultierende Dreieck relativ groß ist. Obwohl also die Würfeleckenelemente in der Anordnung ähnlich groß sein mögen, können sie beim beschreibungsgemäßen Schneiden Dreiecke ungeordneter Größen aufgrund der Art und Weise erzeugen, in der die Würfel zu einer Bezugsebene geneigt oder versetzt sind. Verständlich ist, daß der Abstand zwischen den Würfeleckenelementen 30 variieren kann, was später diskutiert wird, obwohl das Retroreflexionsvermögen mit steigendem Abstand in der Tendenz zurückgeht.
Fig. 8 zeigt einen retroreflektiven Artikel 61, der einen über der Rückseite der Würfeleckenelemente 30 angeordneten Dichtungsfilm 63 hat, z. B. gemäß der Offenbarung in der US-A-4025159. Der Dichtungsfilm 63 ist mit dem Körperabschnitt des Bahnenmaterials über die Würfeleckenelemente 30 durch mehrere Dichtungslinien 64 verbunden. Das Verbindungsmuster erzeugt mehrere hermetisch abgedichtete Kammern 65, die verhindern, daß Feuchtigkeit und Schmutz die Rückseite der Würfeleckenelemente berühren. Durch die Kammern 65 kann die Würfel-Luft-Grenzfläche gewahrt bleiben, um Verlust an Retroreflexionsvermögen zu verhindern. Optional können die Würfeleckenelemente 30 mit einem reflektiven Material auf der Oberfläche 67 beschichtet sein, z. B. durch Aufdampfen oder chemisches Abscheiden eines Metalls, z. B. Aluminium, Silber, Nickel, Zinn, Kupfer oder dielektrische Materialien, was in der Technik retroreflektiver Würfeleckenartikel bekannt ist. Verständlich ist, daß das retroreflektive Bahnenmaterial 61 normalerweise eine Metallschicht auf der Oberfläche 67 oder einen Dichtungsfilm 63 hat, aber nicht beides aufweist.
Vorzugsweise weist die Dichtungsschicht ein thermoplastisches Material mit einem ähnlich niedrigen Elastizitätsmodul wie der Überzugsfilm 68 auf. Zu Beispielen gehören u. a. ionomere Ethylencopolymere, weichmacherhaltige Vinylhalogenidpolymere, säurefunktionelle Polyethylencopolymere, aliphatische Polyurethane, aromatische Polyurethane und deren Kombinationen. In bestimmten Anwendungen kann die optionale Dichtungsschicht 63 einen erheblichen Schutz für die Würfeleckenelemente des Verbundmaterials vor Umwelteinflüssen bieten sowie eine abgedichtete Luftschicht um die Würfeleckenelemente bewahren, die zur Erzeugung der zur inneren Totalreflexion nötigen Brechzahldifferenz wesentlich ist. Als Ergebnis der Entkopplung der Würfeleckenelemente 30 kann die Dichtungsschicht 63 optional zumindest teilweise direkt an den Überzugsfilm 68 zwischen unabhängigen Würfeleckenelementen geklebt sein.
Mit den Würfeleckenelementen im Körperabschnitt des Bahnenmaterials kann der Dichtungsfilm mit bekannten Techniken verbunden sein; siehe z. B. die US-A-4025159. Zu Beispielen für die Dichtungstechnik zählen Hochfrequenzschweißen, Wärmeverschmelzen, Abdichten durch Wärmeleitung, Ultraschallschweißen und reaktives Verschweißen. Beim Auftragen eines Dichtungsfilms auf die Rückseite eines retroreflektiven Bahnenmaterials muß der Zusammensetzung und den physikalischen Eigenschaften des Dichtungsfilms große Beachtung geschenkt werden. Der Dichtungsfilm muß fähig sein, sich mit der Rückseite des Würfeleckenbahnenmaterials fest zu verbinden, und er sollte keine Komponenten enthalten, die das Retroreflexionsvermögen oder Aussehen des retroreflektiven Produkts beeinträchtigen könnten. Zum Beispiel sollte der Dichtungsfilm keine Komponenten enthalten, die auslaugen (z. B. Farbstoffe) und die Rückseite der Würfeleckenelemente berühren könnten. Normalerweise weist der Dichtungsfilm ein thermoplastisches Material auf, da sich solche Materialien zum Verschmelzen durch relativ einfache und allgemein verfügbare Wärmeverbindungstechniken eignen.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 120 zum Gießen und Härten von retroreflektivem Bahnenmaterial, das zur Verwendung in der Erfindung geeignet ist. Ein Überzugsfilm 121 wird entlang einer Führungswalze 122 oder von einer Vorratsmaterialrolle zu einer Preßwalze 123 gezogen, z. B. einer gummibeschichteten Walze, wo der Überzugsfilm 121 geeignete Harzrezepturen 124 berührt, die vorab auf eine Musterwerkzeugwalze 125 über eine Beschichtungsdüse 126 aufgetragen wurden. Das überschüssige Harz oberhalb der Würfeleckenelemente bildenden Hohlräume 127 des Werkzeugs 125 wird durch Einstellen der Preßwalze 123 auf eine Spalteinstellung minimiert, die effektiv kleiner als die Höhe der Würfelecken bildenden Elemente des Werkzeugs 125 ist. Verständlich ist, daß die Spalteinstellung durch Druckausübung auf die Preßwalze 123 erreicht werden kann. Auf diese Weise gewährleisten mechanische Kräfte an der Grenzfläche zwischen Preßwalze 123 und Werkzeug 125, daß sich eine minimale Menge von Harz 124 oberhalb der Hohlräume 127 des Werkzeugs 125 erstreckt. Je nach Flexibilität des Überzugsfilms 121 kann der Film 121 optional mit einem geeigneten Trägerfilm 128 gestützt werden, der den Überzugsfilm 121 beim Gießen und Härten strukturell und mechanisch haltbar macht. Der Trägerfilm 128 kann vom Überzugsfilm 121 abgezogen werden, nachdem das Bahnenmaterial vom Werkzeug 125 abgenommen ist, oder zur weiteren Verarbeitung des retroreflektiven Bahnenmaterials unversehrt bleiben. Besonders bevorzugt ist der Gebrauch eines solchen Trägerfilms für Überzugsfilme mit niedrigem Elastizitätsmodul.
Die Harzzusammensetzung, aus der die retroreflektive Anordnung von Würfeleckenelementen gebildet ist, kann in einem oder mehreren Schritten gehärtet werden. Mit Strahlungsquellen 129 wird das Harz chemisch wirksamer Strahlung, z. B. Ultraviolettlicht, sichtbarem Licht usw., je nach Beschaffenheit des Harzes, in einem primären Härteschritt durch den Überzugsfilm ausgesetzt. Wie dem Fachmann klar ist, braucht der ausgewählte Überzugsfilm nicht vollständig oder zu 100 Prozent für alle möglichen Wellenlängen chemisch wirksamer Strahlung transparent zu sein, die beim Härten des Harzes möglicherweise verwendet werden. Alternativ kann das Härten mit Bestrahlung durch ein transparentes Werkzeug 125 erfolgen, z. B. gemäß der Offenbarung in der US-A-5435816.
Das Werkzeug 125 hat eine Formgebungsoberfläche mit mehreren Hohlräumen, die sich darauf öffnen und die geeignete Form und Größe zur Bildung gewünschter Würfeleckenelemente haben. Die Hohlräume und damit die resultierenden Würfelekkenelemente können dreiseitige Pyramiden mit jeweils einer Würfelecke sein, z. B. gemäß der Offenbarung in der US-A- 4588258, können eine rechteckige Basis mit zwei Rechteckseiten und zwei Dreieckseiten haben, so daß jedes Element jeweils zwei Würfelecken hat, z. B. gemäß der Offenbarung in der US-A-4938563 (Nelson et al.), oder können eine andere gewünschte Form mit mindestens je einer Würfelecke haben, z. B. gemäß der Offenbarung in der US-A-4895428 (Nelson et al.). Wie dem Fachmann deutlich sein wird, kann erfindungsgemäß jedes Würfeleckenelement zum Einsatz kommen.
Das Werkzeug 125 sollte so beschaffen sein, daß sich die Hohlräume bei Herstellung des Verbundartikels nicht unvorteilhaft verformen, und so, daß die Anordnung von Würfelekkenelementen nach Härten davon getrennt werden kann. Zur Bildung des Werkzeugs 125 nutzbare Materialien lassen sich vorteilhaft ohne Gratbildung bearbeiten, zeigen geringe Duktilität und Körnigkeit und bleiben nach Nutenbildung maßgenau. Das Werkzeug kann aus Polymer-, Metall-, Verbund- oder Keramikmaterialien hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen erfolgt das Härten des Harzes durch Strahlungseinwirkung durch das Werkzeug hindurch. In solchen Fällen sollte das Werkzeug ausreichend transparent sein, damit das Harz durch das Werkzeug hindurch bestrahlt werden kann. Zu Beispielen für Materialien, aus denen Werkzeuge für solche Ausführungsformen hergestellt sein können, gehören u. a. Polyolefine und Polycarbonate. Allerdings sind Metallwerkzeuge normalerweise bevorzugt, da sie in gewünschten Formen ausgebildet sein können und ausgezeichnete optische Oberflächen haben, um die retroreflektive Leistung einer bestimmten Würfeleckenelementkonfiguration zu maximieren.
Das primäre Härten kann die Würfeleckenelemente vollständig oder teilweise härten. Eine zweite Strahlungsquelle 130 kann vorgesehen sein, um das Harz zu härten, nachdem ein Bahnenmaterial 131 vom Werkzeug 125 abgenommen ist. Das Ausmaß des zweiten Härteschritts hängt von einer Reihe von Variablen ab, u. a. der Durchführungsgeschwindigkeit der Materialien, der Harzzusammensetzung, der Beschaffenheit etwaiger Vernetzungsinitiatoren, die in der Harzrezeptur zum Einsatz kommen, sowie der Werkzeuggeometrie. Zu Beispielen zählen u. a. Bestrahlung mit Elektronenstrahlen und chemisch wirksamer Strahlung, z. B. Ultraviolettstrahlung, sichtbare Lichtstrahlung und Infrarotstrahlung.
Die Abnahme des retroreflektiven Bahnenmaterials 131 vom Werkzeug 125 erzeugt normalerweise ausreichende mechanische Spannungen, um die gegebenenfalls vorliegende minimale Grundschicht zwischen den Würfeleckenelementen aufzubrechen, die zwischen den einzelnen Würfeleckenelementen des Bahnenmaterials vorhanden ist. Die entkoppelte, individuelle Beschaffenheit der einzelnen Würfeleckenelemente und die feste Verbindung jedes unabhängigen Elements mit dem Überzugsfilm verleihen dem retroreflektiven Bahnenmaterial wesentliche Flexibilität bei Wahrung hoher retroreflektiver Leistungswerte nach Einwirkung mechanischer Verformungsspannungen.
Optional kann eine Wärmebehandlung des Bahnenmaterials 131 erfolgen, nachdem es vom Werkzeug abgenommen ist. Erwärmen dient zum Abbau von Spannungen, die sich möglicherweise im Überzugsfilm oder in den Würfeleckenelementen entwickelt haben, sowie zum Austreiben von nicht zur Reaktion gekommenen Komponenten und Reaktionsnebenprodukten. Normalerweise wird bei einer solchen Behandlung das Bahnenmaterial auf eine erhöhte Temperatur erwärmt, z. B. über der Glasübergangstemperatur des betreffenden Harzes. Nach einer solchen Behandlung zeigt ein Bahnenmaterial normalerweise eine Erhöhung der retroreflektiven Helligkeit.
Fig. 10 zeigt eine alternative Vorrichtung zum Gießen und Härten von retroreflektivem Bahnenmaterial, das zur Herstellung des retroreflektiven Artikels geeignet ist. Die Harzzusammensetzung 124 wird direkt auf den Überzugsfilm 121 gegossen. Dann wird die Harz-Film-Kombination mit der gemusterten Werkzeugwalze 125 in Berührung gebracht, wobei Druck durch geeignete Einstellung der Preßwalze 123 ausgeübt wird. Wie in der Konfiguration von Fig. 9 dient die Preßwalze 123 zum Minimieren der Harzmenge über den Würfelecken bildenden Hohlräumen 127 des Werkzeugs 125. Das Harz kann durch Einwirkung chemisch wirksamer Strahlung aus einer ersten Strahlungsquelle 129 und einer optionalen zweiten Strahlungsquelle 130 gehärtet werden. Die chemisch wirksame Strahlung aus der ersten Strahlungsquelle 129 muß zunächst den Überzugsfilm des Bahnenmaterials durchlaufen, bevor sie auf das Harz trifft.
Die individuellen oder einzelnen Würfeleckenelemente sind im wesentlichen völlig voneinander entkoppelt, wodurch der ultraflexible Charakter des retroreflektiven Verbundbahnenmaterials zustande kommt. Die entkoppelten Würfeleckenelemente sind durch die Auswirkungen einer Grundschicht nicht mehr mechanisch beschränkt, was die mechanischen Spannungen minimiert, die möglicherweise dazu führen könnten, sie zu verformen und die Retroreflexionsleistung zu beeinträchtigen. Die getrennten Würfeleckenelemente von retroreflektivem Bahnenmaterial bewahren nach ihrer Verformung einen hohen Grad an retroreflektiver Helligkeit.
Gemäß dem o. g. Verfahren hergestelltes retroreflektives Bahnenmaterial zeigt eine retroreflektive Helligkeit, d. h. einen Retroreflexionskoeffizienten, über etwa 50, vorzugsweise über etwa 250 und stärker bevorzugt über etwa 500 Candela/- Lux/Quadratmeter, gemessen bei einem Eintrittswinkel von -4º und einem Betrachtungswinkel von -0,2º, wenn das Bahnenmaterial eine ebene, nicht verformte Konfiguration hat. "Eben" bedeutet, daß das Bahnenmaterial flach liegen kann, und "nicht verformt" bedeutet, daß das Bahnenmaterial nach Entkoppeln der Würfeleckenelemente nicht mechanisch beansprucht wurde.
Die Harzzusammensetzung und der Überzugsfilm sind vorzugsweise so beschaffen, daß die Harzzusammensetzung bei Berührung des Überzugsfilms in den Überzugsfilm eindringt, so daß nach der primären Härtebehandlung ein sich gegenseitig durchdringendes Netz zwischen dem Material der Würfeleckenelemente und dem Material des Überzugsfilms gebildet ist. Vorzugsweise weist die Anordnung von Würfeleckenelementen ein Material auf, das wärmehärtend oder extensiv vernetzt ist, und der Überzugsfilm weist vorzugsweise ein thermoplastisches Material auf. Die überlegenen chemischen und mechanischen Eigenschaften von wärmehärtenden Materialien führen zu Würfeleckenelementen, die optimal fähig sind, das gewünschte Retroreflexionsvermögen beizubehalten.
Ein kritisches Kriterium beim Auswählen dieser Komponenten ist der relative Elastizitätsmodul für jede Komponente. Hierbei bedeutet "Elastizitätsmodul" der nach ASTM D882-75b bestimmte Elastizitätsmodul unter Verwendung des statischen Wägeverfahrens A mit 12,5 Zentimeter (5 Inch) Anfangsgreifertrennung, 2,5 Zentimeter (1 Inch) Probenbreite und 2,5 Zentimeter/Minute (1 Inch/Minute) Greifertrenngeschwindigkeit.
Alternativ läßt sich der Elastizitätsmodul nach dem normierten Versuch ASTM D882-75b unter Verwendung des statischen Wägeverfahrens A mit einer Anfangsgreifertrennung von fünf Inch, einer Probenbreite von einem Inch und einer Greifertrenngeschwindigkeit von einem Inch je Minute bestimmen. Unter einigen Umständen kann das Polymer so hart und spröde sein, daß es schwierig ist, diese Prüfung zur genauen Ermittlung des Modulwerts zu nutzen (obwohl leicht deutlich würde, daß er größer als ein bestimmter Wert ist). Ist das ASTM-Verfahren nicht gut geeignet, kann eine weitere, als "Nano-Eindrucktechnik" bekannte Prüfung genutzt werden. Dieser Versuch kann mit einem Mikroeindruckgerät durchgeführt werden, z. B. einem UMIS 2000 von CSIRO Division of Applied Physics Institute of Industrial Technologies, Lindfield, New South Wales, Australien. Mit dieser Art von Gerät wird die Eindringtiefe eines pyramidenförmigen Diamanteindruckstempels nach Berkovich mit einem eingeschlossenen 65º-Kegelwinkel als Funktion der ausgeübten Kraft bis zur Maximallast gemessen. Nach Ausüben der Maximallast kann sich das Material gegen den Eindruckstempel elastisch entspannen. Gewöhnlich wird angenommen, daß man feststellt, daß der Gradient des oberen Abschnitts der Entlastungsdaten linear proportional zur Kraft ist. Die Sneddonsche Analyse liefert eine Beziehung zwischen der Eindruckkraft sowie den plastischen und elastischen Komponenten der Eindringtiefe (Sneddon I. N., Int. J. Eng. Sci. 3, Seiten 47-57 (1965)). Aus einer Untersuchung der Sneddonschen Gleichung läßt sich der Elastizitätsmodul in der Form E/(1-v²) gewinnen. Die Berechnung verwendet die Gleichung:
E / (1-v²) = (dF/dhe)Fmax1/(3,3hpmax tan(θ)),
wobei:
v der Poissonsche Beiwert der geprüften Probe ist;
(dF/dhe) der Gradient des oberen Teils der Entlastungskurve ist;
Fmax die maximale ausgeübte Kraft ist;
hmax die maximale plastische Eindringtiefe ist;
θ der halbeingeschlossene Kegelwinkel des pyramidenförmigen Berkovich-Eindruckstempels ist; und
E der Elastizitätsmodul ist.
Es kann notwendig sein, mit der Nano-Eindrucktechnik erhaltene Werte wieder mit ASTM D 882-75b zu korrelieren.
Wie zuvor im Zusammenhang mit den Grundprinzipien der optischen Eigenschaften von Würfeleckenelementen diskutiert wurde, können schon geringe Verzerrungen der Geometrie von Würfeleckenelementen zu wesentlicher Beeinträchtigung optischer Eigenschaften der Würfeleckenelemente führen. Somit sind Materialien mit höherem Elastizitätsmodul für die Würfeleckenelemente infolge ihrer erhöhten Verzerrungsbeständigkeit bevorzugt. Der Überzugsfilm des retroreflektiven Verbundbahnenmaterials besteht vorzugsweise aus einem Polymermaterial mit einem etwas geringeren Elastizitätsmodul.
Beim Härten der Würfeleckenkomponente können je nach Zusammensetzung des Würfeleckenmaterials einzelne Würfeleckenelemente in bestimmtem Maß schrumpfen. Ist der Elastizitätsmodul des Überzugsfilms zu hoch, können Torsionsbeanspruchungen bzw. Verdrehungsspannungen auf die Würfeleckenelemente ausgeübt werden, wenn sie beim Härten schrumpfen. Sind die Spannungen ausreichend hoch, verzerren sich die Würfelekkenelemente mit einer daraus resultierenden optischen Leistungsbeeinträchtigung. Ist der Elastizitätsmodul des Überzugsfilms ausreichend niedriger als der Modul des Materials der Würfeleckenelemente, kann sich der Überzugsfilm zusammen mit dem Schrumpfen von Würfeleckenelementen verformen, ohne solche Verformungsspannungen auf die Würfeleckenelemente auszuüben, die zu unerwünschter Beeinträchtigung der optischen Kennwerte führen würden. Die Moduldifferenz zwischen dem Überzugsfilm und den Würfeleckenelementen sollte in der Größenordnung von mindestens 1,0 bis 1,5 · 10&sup7; Pascal liegen.
Mit sinkender Höhe der Würfeleckenelemente kann diese Moduldifferenz das untere Ende des eben genannten Bereichs erreichen. Allerdings sollte beachtet werden, daß es eine praktische Untergrenze für den Modul des Materials der Würfeleckenelemente gibt. Unter einem bestimmten Wert, allgemein in der Größenordnung von etwa 2,0 bis 2,5 · 10&sup8; Pascal für Würfeleckenelemente mit etwa 175 Mikrometern (0,007 Inch) Höhe und weniger für kleinere Würfeleckenelemente, werden die Würfeleckenelemente zu flexibel und besitzen keine ausreichende mechanische Steifigkeit, um bei Spannungsausübung ordnungsgemäß zu brechen. Vorzugsweise haben die Würfeleckenelemente einen Elastizitätsmodul über etwa 25 · 10&sup8; Pascal.
Nach dem Härten beträgt die Dicke der Grundschicht, d. h. die Dicke des Materials der Würfeleckenanordnung gegenüber der durch die Basen der Würfeleckenelemente gebildeten Ebene, vorzugsweise weniger als 10 Prozent der Höhe der Würfeleckenelemente, stärker bevorzugt weniger als 1 Prozent.
Vorzugsweise schrumpft das Harz um mindestens 5 Volumenprozent beim Härten, stärker bevorzugt zwischen 5 und 20 Volumenprozent beim Härten. Festgestellt wurde, daß sich durch Verwendung von Harzzusammensetzungen dieser Art Würfeleckenanordnungen mit minimaler oder überhaupt keiner Grundschichtdicke leichter bilden lassen, was die hohe Flexibilität realisiert. Zum Beispiel ziehen sich beim Härten schrumpfende Harzzusammensetzungen leicht in den würfeleckenförmigen Hohlraum zurück, wodurch in der Tendenz eine Grundschicht verbleibt, die nur benachbarte Hohlräume und damit benachbarte Würfelecken mit einem schmalen Abschnitt verbindet, wenn der Auftrag in geeigneten Mengen auf das Werkzeug erfolgt. Der schmale Abschnitt bricht leicht, was zur Entkopplung einzelner Würfeleckenelemente gemäß der späteren Diskussion führt. Theoretisch läßt sich Bahnenmaterial im wesentlichen ohne jede Grundschicht bilden, die benachbarte Würfeleckenelemente verbindet, wobei allerdings in typischen Massenfertigungsanordnungen eine minimale Grundschicht mit einer Dicke bis zu 10 Prozent der Höhe der Würfel, vorzugsweise in der Größenordnung von 1 bis 5 Prozent, ausgebildet wird.
Zu Harzen, die zur Verwendung in der Anordnung von Würfeleckenelementen ausgewählt sind, gehören vernetzte Acrylate, z. B. mono- oder multifunktionelle Acrylate oder acrylierte Epoxidharze, acrylierte Polyester, und acrylierte Urethane in Mischung mit mono- und multifunktionellen Monomeren sind normalerweise bevorzugt. Diese Polymere sind normalerweise aus einem oder mehreren der folgenden Gründe bevorzugt: hohe Wärmestabilität, Umweltstabilität und Klarheit, ausgezeichnete Lösung vom Werkzeug oder von der Form und hohes Aufnahmevermögen für eine reflektive Beschichtung.
Beispiele für Materialien, die zur Bildung der Anordnung von Würfeleckenelementen geeignet sind, sind reaktive Harzsysteme, die durch einen freien Radikalpolymerisationsmechanismus durch Einwirkung chemisch wirksamer Strahlung vernetzt werden können, z. B. durch Elektronenstrahlen, Ultraviolettlicht oder sichtbares Licht. Zusätzlich können diese Materialien thermisch polymerisiert werden, wobei eine Wärmeinitiator zum Einsatz kommt, z. B. Benzoylperoxid. Strahlungsinitiierte kationisch polymerisierbare Harze können auch verwendet werden. Zur Bildung der Anordnung von Würfeleckenelementen geeignete reaktive Harze können Mischungen aus einem Photoinitiator und mindestens einer Verbindung sein, die eine Acrylatgruppe trägt. Vorzugsweise enthält die Harzmischung eine monofunktionelle, eine difunktionelle oder eine polyfunktionelle Verbindung, um die Bildung eines vernetzten Polymernetzes bei Bestrahlung zu gewährleisten.
Zu Beispielen für Harze, die durch einen freien Radikalmechanismus polymerisiert und hierin verwendet werden können, zählen u. a. Harze auf Acrylbasis, die von Epoxidharzen, Polyestern, Polyethern und Urethanen abgeleitet sind, ethylenisch ungesättigte Verbindungen, Aminoplastderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, Isocyanatderivate mit mindestens einer Acrylatseitengruppe, andere Epoxidharze als acrylierte Epoxidharze sowie deren Mischungen und Kombinationen. Hierbei beinhaltet der Begriff Acrylat sowohl Acrylate als auch Methacrylate. Die US-A-4576850 (Martens) offenbart Beispiele für vernetzte Harze, die in Würfeleckenelementanordnungen verwendet werden können.
Zu ethylenisch ungesättigten Harzen, die verwendet werden können, zählen sowohl Monomer- als auch Polymerverbindungen, die Atome von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff sowie optional Stickstoff, Schwefel und den Halogenen enthalten. Sauerstoff- oder Stickstoffatome oder beide sind allgemein in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnstoffgruppen vorhanden. Vorzugsweise haben ethylenisch ungesättigte Verbindungen ein Molekulargewicht unter etwa 4000 und sind vorzugsweise Ester, die aus der Reaktion von Verbindungen hergestellt sind, die aliphatische Monohydroxygruppen, aliphatische Polyhydroxygruppen und ungesättigte Carbonsäuren enthalten, z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure u. ä. Derartige Materialien sind im Handel problemlos zu erhalten und lassen sich leicht vernetzen.
Im folgenden sind zur Veranschaulichung einige Beispiele für Verbindungen mit einer Acryl- oder Methacrylgruppe aufgeführt, die zur Verwendung in der Erfindung geeignet sind.

(1) Monofunktionelle Verbindungen:

Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, n-Hexylacrylat, n-Octylacrylat, Isooctylacrylat, Isobornylacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, 2-Phenoxyethylacrylat und N,N-Dimethylacrylamid;

(2) Difunktionelle Verbindungen:

1,4-Butandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, Neopentylglycoldiacrylat, Ethylenglycoldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Tetraethylenglycoldiacrylat und Diethylenglycoldiacrylat; und

(3) Polyfunktionelle Verbindungen:

Trimethylolpropantriacrylat, Glyceroltriacrylat, Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat und tris(2- Acryloyloxyethyl)isocyanurat.
Normalerweise tendieren monofunktionelle Verbindungen zum schnelleren Eindringen in das Material des Überzugsfilms, und difunktionelle und polyfunktionelle Verbindungen neigen normalerweise dazu, stärker vernetzte, festere Verbindungen innerhalb und zwischen den Würfeleckenelementen und dem Überzugsfilm zu bilden. Zu einigen repräsentativen Beispielen für andere ethylenisch ungesättigte Verbindungen und Harze gehören Styrol, Divinylbenzol, Vinyltoluol, N-Vinylformamid, N- Vinylpyrrolidon, N-Vinylcaprolactam, Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester, z. B. Diallylphthalat und Diallyladipat sowie Amide von Carbonsäuren, z. B. N,N-Diallyldipamid.
Zu Beispielen für Photopolymerisationsinitiatoren, die mit Acrylverbindungen in Würfeleckenanordnungen gemischt sein können, gehören u. a.: Benzyl, Methyl-o-benzoat, Benzoin, Benzoinethylether, Benzoinisopropylether, Benzoinisobutylether usw., Benzophenon/tertiäres Amin, Acetophenone, z. B. 2, 2-Diethoxyacetophenon, Benzylmethylketal, 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on, 1- (4-Isopropylphenyl)-2-hydroxy-2-methylpropan-1-on, 2-Benzyl- 2-N,N-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-1-butanon, 2,4,6- Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid, 2-Methyl-1-4-(methylthio)phenyl-2-morpholino-1-propanon, bis(2, 6-Dimethoxybenzoyl)(2,4, 4-trimethylpentyl)phosphinoxid usw. Diese Verbindungen können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Zu hierin verwendbaren kationisch polymerisierbaren Materialien gehören u. a., aber nicht ausschließlich, Materialien, die Epoxid- und Vinyletherfunktionsgruppen enthalten.
Diese Systeme werden durch Oniumsalzinitiatoren photoinitiiert, z. B. durch Triarylsulfonium- und Diaryliodoniumsalze.
Vorzugsweise ist der Überzugsfilm ein Polymermaterial, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ionomeren Ehtylencopolymeren, weichmacherhaltigen Vinylhalogenidpolymeren, säurefunktionellen Polyethylencopolymeren, aliphatischen Polyurethanen, aromatischen Polyurethanen, anderen lichtdurchlässigen Elastomeren und deren Kombinationen besteht. Normalerweise bilden solche Materialien Überzugsfilme mit der erwünschten Haltbarkeit und Flexibilität für das resultierende retroreflektive Bahnenmaterial, während sie das gewünschte bevorzugte Eindringen durch die Harzzusammensetzung der Würfeleckenelemente ermöglichen.
Vorzugsweise weist der Überzugsfilm ein Polymer mit geringem Elastizitätsmodul auf, z. B. unter etwa 13 · 10&sup8; Pascal, damit das resultierende retroreflektive Verbundmaterial leicht biegbar, rollbar, faltbar, formanpaßbar oder reckbar ist. Allgemein weist der Überzugsfilm ein Polymer mit einer Glasübergangstemperatur unter etwa 50ºC auf. Vorzugsweise ist das Polymer so, daß der Überzugsfilm seine körperliche Unversehrtheit unter den Bedingungen beibehält, denen er bei Bildung des resultierenden retroreflektiven Verbundbahnenmaterials ausgesetzt ist. Erwünscht ist, daß das Polymer eine Vicat-Erweichungstemperatur über 50ºC hat. Vorteilhaft liegt das lineare Formschwindmaß des Polymers unter 1 Prozent, obwohl bestimmte Kombinationen aus Polymermaterialien für die Würfeleckenelemente und den Überzug ein größeres Schrumpfmaß des Überzugsmaterials zulassen. Im Überzug verwendete bevorzugte Polymermaterialien sind gegenüber Beeinträchtigung durch UV-Lichtstrahlung beständig, so daß das retroreflektive Bahnenmaterial für Langzeitanwendungen im Freien zum Einsatz kommen kann. Der Überzugsfilm sollte lichtdurchlässig sein und ist vorzugsweise im wesentlichen transparent.
Je nach Bedarf kann der Überzugsfilm eine Einschicht- oder Mehrschichtkomponente sein. Jede Oberfläche des Überzugsfilms kann aufgedruckte oder darin ausgebildete (z. B. gepreßte oder geprägte) Symbole enthalten. Bei mehreren Schichten sollte die Schicht, mit der die Anordnung von Würfeleckenelementen verbunden ist, die hierin in dieser Hinsicht als nützlich beschriebenen Eigenschaften haben, wobei andere Schichten, die nicht mit der Anordnung von Würfeleckenelementen verbunden sind, bedarfsweise ausgewählte Kennwerte haben, um dem resultierenden retroreflektiven Verbundbahnenmaterial erwünschte Kennwerte zu verleihen. Ein alternativer Überzug ist in der US-Patentanmeldung Lfd. Nr. 08/ 516165, eingereicht am 17. August 1995, offenbart.
Der Überzugsfilm sollte ausreichend dehnbar sein, um die hierin diskutierte Entkopplung der Würfeleckenelemente zu erreichen. Je nach Bedarf kann er elastomer sein, d. h. sich nach Dehnen in der Tendenz mindestens zu einem gewissen Grad erholen, oder kann im wesentlichen keine Tendenz zur Erholung nach Dehnung zeigen. Zu Beispielen für Polymere, die in Überzugsfilmen verwendet werden können, gehören u. a.:
(1) fluorierte Polymere, z. B. Poly(chlorotrifluorethylen), beispielsweise KEL-F800 m von Minnesota Mining and Manufacturing Co., St. Paul, Minnesota; Poly(tetrafluorethylen-co-Hexafluorpropylen), z. B. EXAC FEPTM von Norton Performance, Brampton, Massachusetts; Poly(tetrafluorethylen-co- Perfluor(alkyl)vinylether), z. B. EXAC PEATM auch von Norton Performance; und Poly(vinylidenfluorid-co-Hexafluorpropylen), z. B. KYNAR FLEX-2800TM von Pennwalt Corporation, Philadelphia, Pennsylvania;
(2) ionomere Ethylencopolymere, z. B. Poly(ethylen-co- Methacrylsäure) mit Natrium- oder Zinkionen, z. B. SURLYN- 8920TM und SURLYN-9910TM von E. I. duPont Nemours, Wilmington, Delaware;
(3) Polyethylene niedriger Dichte, z. B.: Polyethylen niedriger Dichte; lineares Polyethylen niedriger Dichte; und Polyethylen sehr niedriger Dichte;
(4) weichmacherhaltige Vinylhalogenidpolymere, z. B. weichmacherhaltiges Poly(vinylchlorid);
(5) Polyethylencopolymere, u. a.: säurefunktionelle Polymere, z. B. Poly(ethylen-co-Acrylsäure) und Poly(ethylenco-Methacrylsäure), Poly(ethylen-co-Maleinsäure) und Poly- (ethylen-co-Fumarsäure); acrylfunktionelle Polymere, z. B. Poly(ethylen-co-Alkylacrylate), in denen die Alkylgruppe eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butylgruppe usw. oder CH&sub3;(CH&sub2;)- ist, wobei n 0 bis 12 ist, sowie Poly(ethylen-co-Vinylacetat); und
(6) aliphatische und aromatische Polyurethane, die von den folgenden Monomeren (1) bis (3) abgeleitet sind: (1) Diisocyanate, z. B. Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat, Isophorondiisocyanat, 1, 6-Hexamethylendiisocyanat, Cyclohexyldiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat und Kombinationen aus diesen Diisocyanaten, (2) Polydiole, z. B. Polypentylenadipatglycol, Polytetramethylenetherglycol, Polycaprolactondiol, Poly-1,2-butylenoxidglycol und Kombinationen aus diesen Polydiolen, und (3) Kettenverlängerer, z. B. Butandiol oder Hexandiol. Zu handelsüblichen Urethanpolymeren gehören: PN-04 oder 3429 von Morton International Inc., Seabrook, New Hampshire oder X-4107 von B. F. Goodrich Company, Cleveland, Ohio.
Im Überzugsfilm können auch Kombinationen aus den vorgenannten Polymeren verwendet werden. Zu bevorzugten Polymeren für den Überzugsfilm gehören: die Ethylencopolymere, die Einheiten enthalten, die Carboxylgruppen oder Ester von Carbonsäuren enthalten, z. B. Poly-(ethylen-co-Acrylsäure), Poly(ethylen-co-Methacrylsäure), Poly(ethylen-co-Vinylacetat); die ionomeren Ethylencopolymere; weichmacherhaltiges Poly(vinylchlorid); und die aliphatischen Urethane. Diese Polymere sind aus einem oder mehreren der folgenden Gründe bevorzugt: geeignete mechanische Eigenschaften, gute Haftung an der Würfeleckenschicht, Klarheit und Umweltstabilität.
Färbemittel, Ultraviolett- ("UV") Absorber, Lichtstabilisatoren, freie Radikalfänger oder Antioxidationsmittel, Verarbeitungshilfsmittel, z. B. Antihaftmittel, Trennmittel, Gleitmittel, und andere Zusatzstoffe können bei Bedarf zur retroreflektiven Schicht und/oder zum Überzugsfilm gleichmäßig oder in Konfiguration eines Symbols zugegeben werden. Das spezielle ausgewählte Färbemittel hängt von der gewünschten Farbe ab; normalerweise werden Färbemittel mit etwa 0,01 bis 1,5 Gewichtsprozent für eine bestimmte Schicht zugegeben. UV- Absorber werden normalerweise mit etwa 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent zugegeben. Zu Beispielen für UV-Absorber gehören u. a. Derivate von Benzotriazol, z. B. TINUVINTM 327, 328, 900, 1130, TINUVIN-PTM von Ciba-Geigy Corporation, Ardsley, New York; chemische Derivate von Benzophenon, z. B. UNIVULTM 1440, 408, D-50 von BASF Corporation, Clifton, New Jersey; SYNTASETM 230, 800, 1200 von Neville-Synthese Organics, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania; oder chemische Derivate von Diphenylacrylat, z. B. UNIVULTM N35, 539, ebenfalls von BASF Corporation, Clifton, New Jersey. Zu verwendbaren Lichtstabilisatoren gehören gehinderte Amine, die normalerweise mit etwa 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent zum Einsatz kommen. Zu Beispielen für gehinderte Aminlichtstabilisatoren zählen TINUVINTM 144, 292, 622, 770 sowie CHIMASSORBTM 944, alle von Ciba-Geigy Corp., Ardsley, New York. Alternative gehinderte Amine sind in der US-A-5387458 offenbart. Freie Radikalfänger oder Antioxidationsmittel können normalerweise mit etwa 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent verwendet werden. Zu geeigneten Antioxidationsmitteln gehören gehinderte Phenolharze, z. B. IRGANOXTM 1010, 1076, 1035 oder MD-1024 oder IRGAFOSTM 168 von Ciba- Geigy Corp., Ardsley, New York. Kleine Mengen anderer Verarbeitungshilfsmittel, normalerweise höchstens ein Gewichtsprozent der Polymerharze, können zur Verbesserung der Harzverarbeitbarkeit zugegeben werden. Zu nützlichen Verarbeitungshilfsmitteln zählen Fettsäureester oder Fettsäureamide von Glyco Inc., Norwalk, Connecticut, metallische Stearate von Henkel Corp., Hoboken, New Jersey oder WAX ETM von Hoechst Celanese Corporation, Somerville, New Jersey.
Der retroreflektive Artikel läßt sich in Übereinstimmung mit zwei unterschiedlichen Techniken herstellen. Bei der ersten Technik erfolgt die Herstellung eines retroreflektiven Artikels durch Bereitstellen eines ersten Würfeleckenbahnenmaterials, auf dem die Würfel in einer herkömmlichen Konfiguration angeordnet sind, d. h. einer nicht regellosen Orientierung, und Verformen dieses Bahnenmaterials unter Wärme und/oder Druck. Bei der zweiten Technik kann der verformte retroreflektive Artikel dazu dienen, Werkzeug herzustellen. Das Werkzeug kann als Form verwendet werden, um zusätzliche retroreflektive Artikel zu gießen oder zu formen.
In einer Ausführungsform wird der retroreflektive Artikel der Erfindung durch Warmformen des Würfeleckenbahnenmaterials über einer strukturierten dreidimensionalen Oberfläche einer Form hergestellt, z. B. gemäß Fig. 11 und 12. In Fig. 11 werden die Würfeleckenelemente 150 über der strukturierten Oberfläche einer Form 152 plaziert. Der Überzugsfilm 154 befindet sich gegenüber eine Isoliermatte 156, um zu verhindern, daß der Überzugsfilm 154 schmilzt oder an einer Membran 158 klebt. Alternativ kann die Membran 158 Trenneigenschaften haben, mit denen die Funktion der Isoliermatte 156 erfüllt wird. Wärme und/oder Druck werden auf das retroreflektive Bahnenmaterial 160 über die Warmformmembran 158 ausgeübt. Die dreidimensionale Formgestalt der Form 152 kann auch vielfältige geprägte Symbole aufweisen.
In einer alternativen Ausführungsform von Fig. 12 wird ein Überzugsfilm 170 auf die strukturierte Oberfläche einer Form 172 gelegt. Die Würfeleckenelemente 174 befinden sich gegenüber einer Isoliermatte 176. Wärme und/oder Druck werden auf das retroreflektive Bahnenmaterial 180 über die Membran 178 ausgeübt. Eine zum Warmformen des retroreflektiven Bahnenmaterials geeignete Vorrichtung zur Herstellung des retroreflektiven Artikels ist unter dem Handelsnamen ScotchliteTM Heat Lamp Applicator von Dayco Industries, Inc., Niles, MI oder P. M. Black Co., Stillwater, MN erhältlich.
Zu wichtigen Verarbeitungsvariablen beim Warmformen, die die Beschaffenheit des erzeugten retroreflektiven Artikels bestimmen können, zählen Temperatur, Druck, Dauer beider, Dicke und Wärmekennwerte der Warmformgebungsmembran sowie die Beschaffenheit der strukturierten Oberfläche auf der Form. Die Verarbeitungsspezifikationen des Warmformverfahrens können auch durch Größe, Gleichmäßigkeit und Steifigkeit der Form sowie dadurch geändert werden, ob die Form ein optisches oder nicht optisches Muster hat. Der Aufbau des retroreflektiven Bahnenmaterials, z. B. Dicke, Erweichungstemperatur und Dehnbarkeit des Überzugsfilms, Größe der Würfeleckenelemente, Vorhandensein oder Fehlen einer Aufdampfschicht, die Tatsache, ob ein Dichtungsfilm vorhanden ist, und die optische Gestaltung des retroreflektiven Bahnenmaterials können ebenfalls die Variablen bei der Warmformverarbeitung bestimmen.
Vakuumformen ergibt einen retroreflektiven Artikel, bei dem der Überzugsfilm proportional zur Bewegungsentfernung der Bahn bis zur Berührung der Formoberfläche dünner wird. Somit steigt der Abstandsgradient zwischen benachbarten Würfeleckenelementen von der Oberseite eines Vorsprungs auf der Form zum Boden der Vertiefung. Allgemein erzeugt der erhöhte Abstand ein geringeres Retroreflexionsvermögen. Weist das retroreflektive Bahnenmaterial einen Dichtungsfilm auf, ist der Film ferner durch den Spalt zwischen den Würfeleckenelementen sichtbar. Der Dichtungsfilm kann vor oder nach Verformung des Würfeleckenbahnenmaterials aufgetragen werden. Der Dichtungsfilm kann eine oder mehrere Farben aufweisen, die bei Betrachtung am Tage sichtbar sind.
In einer Ausführungsform, in der die Würfeleckenelemente des retroreflektiven Bahnenmaterials mit einem spiegelnden Reflektor beschichtet sind, kann eine gefärbte Rückbeschichtung durch Zwischenräume zwischen den Würfeleckenelementen sichtbar sein. Eine gefärbte Rückbeschichtung oder Klebemasse dient dazu, die Farbe abzuschwächen oder zu ändern und die "Graufarbigkeit" der spiegelnden Reflektotschicht zu mildern. Alternativ kann der spiegelnde Reflektor eine "nicht silberne" Farbe haben, z. B. kupfern.
In einer alternativen Ausführungsform kann das retroreflektive Bahnenmaterial durch Streckformen verformt werden. Die Dickenverteilung des Überzugsfilms beim Streckformen ist umgekehrt zum Vakuumformen, so daß der Abstandsgradient zwischen den Würfeleckenelementen entlang der Oberseite eines Vorsprungs beim Formen zunimmt, während der Abstand zwischen Würfeleckenelementen entlang dem Boden einer Vertiefung allgemein gleich bleibt. Das retroreflektive Bahnenmaterial kann auch vor oder während der Verformung in eine oder mehrere Richtungen gereckt werden. Durch Recken steigt der Spalt zwischen benachbarten Würfeleckenelementen, was das Retroreflexionsvermögen verringert. Für einige Anwendungen kann ein reduziertes Retroreflexionsvermögen vorteilhaft sein.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der retroreflektive Artikel der Erfindung zur Herstellung eines Master- bzw. Vorlagenwerkzeugs dienen, das seinerseits dazu verwendet werden kann, zusätzliche retroreflektive Artikel herzustellen. Retroreflektives Bahnenmaterial kann direkt vom Werkzeug hergestellt werden. Durch Einsatz solcher Vorlagen stellt man Bahnenmaterial her, das Licht retroreflektieren kann und die optischen Solleigenschaften des ursprünglichen retroreflektiven Artikels hat, anhand dessen das Werkzeug hergestellt wurde. Im Formherstellungsverfahren lassen sich auch bildliche Darstellungen replizieren, die auf der freiliegenden Rückseite der Würfeleckenelemente durch verschiedene Techniken aufgedruckt, abgeschieden oder direkt ausgebildet sind.

Winkligkeit

Winkligkeit bezeichnet die Art der Veränderung des Retroreflexionsvermögens bei variierendem Eintrittswinkel. Das Retroreflexionsvermögen ändert sich je nach Eintrittswinkel und Betrachtungswinkel. Der Eintrittswinkel ist der Winkel zwischen einer Beleuchtungsachse von einer Lichtquelle und einer Retroreflektorachse, die lotrecht zur Oberfläche des retroreflektiven Artikels ist. Normalerweise beträgt der Eintrittswinkel höchstens 90º. Die Winkligkeit wird normalerweise in einem Diagramm beschrieben, in dem das Retroreflexionsvermögen auf der senkrechten Achse als Funktion des Eintrittswinkels auf der waagerechten Achse aufgetragen ist. Liegen die Beleuchtungsachse, Betrachtungsachse und Retroreflektorachse in derselben Ebene, kann der Eintrittswinkel als negativ gelten, wenn sich die Retroreflektorachse und die Betrachtungsachse auf entgegengesetzten Seiten der Illuminatorachse befinden.
Der Betrachtungswinkel ist der Winkel zwischen der Beleuchtungsachse von der Lichtquelle und der Betrachtungsachse. Der Betrachtungswinkel ist stets positiv und normalerweise ein kleiner spitzer Winkel.

Optisches Profil

Das optische Profil betrifft das Konzept der Rotations- und Orientierungssymmetrie eines retroreflektiven Artikels. Die Rotations- und Orientierungssymmetrie beziehen sich darauf, wie das retroreflektierte Licht variiert, wenn der retroreflektive Artikel um eine Senkrechte zur retroreflektiven Oberfläche gedreht wird. Grafische Darstellungen der Rotationssymmetrie geben an, wie sich die retroreflektive Leistung eines Artikels ändert, wenn er in variierenden Richtungen um diese Achse orientiert ist. Fig. 3 ist ein Beispiel für eine grafische Darstellung eines optischen Profils.

BEISPIELE

Im folgenden werden Merkmale und Vorteile der Erfindung anhand der nachstehenden Beispiele zur Veranschaulichung näher erläutert. Für diese Beispiele wies das retroreflektive Bahnenmaterial Würfeleckenelemente mit optischen Achsen auf, die zueinander geneigt oder gekippt waren, z. B. gemäß der allgemeinen Darstellung in der US-A-4588258 (Hoopman).

Retroreflektive Helligkeitsprüfung

Der Retroreflexionskoeffizient RA wurde gemäß der normierten Prüfung ASTM E 810&supmin;&sup9;³b gemessen. RA-Werte sind in Candela je Lux je Quadratmeter (cd·lx&supmin;¹·m²) ausgedrückt.
Für Abtastungen des Betrachtungswinkels wurden die anderen Versuchsparameter wie folgt konstant gehalten:
Eintrittswinkel = -4,0 Grad
Orientierungswinkel = 0,0 Grad
Darstellungswinkel = 0,0 Grad
Für Abtastungen des Eintrittswinkels wurden die anderen Versuchsparameter wie folgt konstant gehalten:
Orientierungswinkel = 0,0 Grad
Betrachtungswinkel = 0,2 Grad
Darstellungswinkel = 0,0 Grad

Beispiel 1 - Herstellung eines flexiblen retroreflektiven Bahnenmaterials

Ein Gewichtsprozent DarocurTM 4265 (50 : 50-Mischung aus 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on und 2,4, 6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid von Ciba-Geigy Corp., Hawthorne, NY) wurde zu einer Harzmischung aus 40 Gewichtsprozent PhotomerTM 4035 (Phenoxyethylacrylat von Henkel Corp., Ambler, PA) und 60 Gewichtsprozent PhotomerTM 3016 (Bisphenol-A-Epoxiddiacrylat von Henkel Corp., Ambler, PA) und 1 Gewichtsprozent Darocur 1173 (2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on von Ciba-Geigy Corp., Hawthorne, NY) zugegeben. Die resultierende Lösung wurde als Harzzusammensetzung zur Bildung von Würfeleckenelementen verwendet.
Die Harzzusammensetzung wurde auf einen 0,152 mm (0,006 Inch) dicken aliphatischen Polyurethanüberzugsfilm (MORTHA- NETM 3429 Urethan von Morton International, Inc., Seabrook, NH) auf einem Polyethylenterephthalat- (PET) Trägerfilm gegossen. Der beschichtete Film wurde zwischen einer Polyurethanpreßwalze und einem elektrogeformten Nickelwerkzeug durchgeführt, um 62,5 Mikrometer (0,0025 Inch) hohe Würfeleckenelemente bei 57ºC (135ºF) zu erzeugen. Der Spalt zwischen der Preßwalze aus Polyurethankautschuk mit einem Härtemesserwert von 90 und dem Nickelwerkzeug war so eingestellt, daß das Harz in den Hohlräumen minimiert wurde. Die Härtung des Harzes erfolgte sowohl durch den Überzugsfilm als auch den Trägerfilm mit einer AETEK-Mitteldruck-Quecksilberlampe (von AETEK International, Plainfield, IL), die auf 160 Watt/cm (400 W/Inch) eingestellt war. Die Materialzufuhrgeschwindigkeit durch die Härtestation betrug 1,524 Meter/Minute (5 Fuß/m). Nach Abschluß des Mikroreplikationsverfahrens und Abname vom Werkzeug erfuhr die Seite des Verbundmaterials mit den Würfeleckenelementen eine Nachhärtung durch Bestrahlung mit einer Mitteldruck-Quecksilberlampe (AETEK International), die mit 80 Watt/cm (200 W/Inch) arbeitete.

Beispiel 2 - Vakuumgeformte retroreflektive Artikel

Das retroreflektive Bahnenmaterial von Beispiel 1 wurde in einem Spannrahmen mit der Planseite (Überzugsfilm) des Films nach oben auf einer Vakuumformmaschine vom Typ Comet, Jr., Modell 10 · 10 von Comet Industries, Inc., Sanford, FL plaziert. Nach Erwärmen des Films auf etwa 150ºC mit dem Widerstandsheizer der Vakuumformmaschine begann der Film durchzuhängen (etwa 20 Sekunden). Der erweichte Verbundfilm wurde schnell auf eine poröse Form abgesenkt, die ein rechtwinkliges Muster aus 90 (9 · 10) halbkugelförmigen Vertiefungen mit etwa 1,59 cm (0,625 Inch) Durchmesser trug, während ein Vakuum an die Form angelegt wurde. Der erweichte Film bildete ein reflektives Bahnenmaterial mit retroreflektiven halbkugelförmigen Hohlräumen oder Vertiefungen, das sowohl in Draufsicht als auch Perspektivansicht in Fig. 13 gezeigt ist. Fig. 16 zeigt einen alternativen retroreflektiven Artikel mit halbkugelförmigen Vorsprüngen, der mit dem Verfahren dieses Beispiels hergestellt wurde.
Fig. 14 ist ein Mikrofoto (50fache Vergrößerung) von der Würfelseite des verformten retroreflektiven Bahnenmaterials am Boden einer vakuumgeformten Vertiefung von Fig. 13. Fig. 15 ist ein Mikrofoto (50fache Vergrößerung) einer vakuumgeformten Vertiefung von der Überzugsseite. Die Würfeleckenelemente sind dunkel dargestellt, und die Zwischenräume zwischen ihnen erscheinen weiß. Das Mikrofoto zeigt, daß ein Verhältnis der Basiskante der Würfeleckenelemente zu den Abständen zwischen ihnen im Bereich von etwa 0,5 : 1 bis 2 : 1 liegt. Vor der Verformung sind die Würfeleckenelemente nominell benachbart zueinander. Wie aber aus Fig. 14 und 15 hervorgeht, kommt es durch das Vakuumformverfahren zum Recken und Verdünnen des Überzugsfilms sowie zur Vergrößerung des Abstands der Würfeleckenelemente am Boden einer Vertiefung. Der allgemein gleichmäßige Abstand zwischen den Würfeleckenelementen wird durch Erwärmen des retroreflektiven Bahnenmaterials verstärkt, um den Überzugsfilm vor Vakuumformen zu erweichen.

Beispiel 3

Das retroreflektive Bahnenmaterial von Beispiel 1 wurde in einen Spannrahmen mit der Planseite des Films nach unten gegeben. Der Film wurde wie im Beispiel 2 erwärmt, bis der Film durchzuhängen begann (etwa 10 bis 15 Sekunden). Der erweichte Verbundfilm wurde schnell auf eine poröse Form abgesenkt, die eine rechtwinklige Anordnung aus 90 (9 · 10) halbkugelförmigen Vertiefungen (etwa 0,75 Inch Durchmesser) gemäß Fig. 13 hatte, während ein Vakuum an die Form angelegt wurde.
Der erweichte Film bildete ein reflektives Bahnenmaterial mit retroreflektiven halbkugelförmigen Vorsprüngen.
Fig. 17 ist ein Mikrofoto (50fach vergrößert) von der Würfelseite des verformten retroreflektiven Bahnenmaterials an der Oberseite eines vakuumgeformten Vorsprungs. Fig. 18 ist ein Mikrofoto (50fach vergrößert) eines vakuumgeformten Vorsprungs von der Überzugsseite. Die Würfeleckenelemente sind dunkel und die Zwischenräume zwischen ihnen weiß dargestellt. Die Würfeleckenelemente sind nominell benachbart zueinander. Wie aber aus Fig. 17 und 18 hervorgeht, reckt und verdünnt das Vakuumformverfahren den Überzugsfilm und vergrößert den Abstand der Würfeleckenelemente an der Oberseite eines Vorsprungs. Die Abstände zwischen den Würfeleckenelementen sind infolge von ungleichmäßigem Erwärmen und Ziehen ungeordnet, was primär eine Funktion des verkürzten Erwärmungszyklus ist. Einige Würfeleckenelemente sind gemeinsam gruppiert, andere sind isoliert. Der ungeordnete Abstand der Würfeleckenelemente erzeugte eine glitzernde visuelle Erscheinung. Verständlich ist, daß der Abstand zwischen den Würfeleckenelementen weiter geändert werden kann, indem man das Ziehverhältnis des Überzugsfilms über der Form steuert.
Diese Mikrofotos des retroreflektiven Bahnenmaterials mit verstärktem Glitzern zeigten einen wesentlich stärkeren Grad der Reorientierung und Trennung von Würfeleckenelementen als bei nicht verformtem retroreflektivem Bahnenmaterial. Man geht davon aus, daß der verstärkte Glitzereffekt mit den zusätzlichen Reflexionswegen im Zusammenhang steht, die Licht zur Verfügung stehen, das auf die benachbarten Würfeleckenelemente auffällt. Folglich gibt es einen allgemeinen Bereich von Fähigkeiten des retroreflektiven Artikels der Erfindung zur Erzeugung glitzernder Bilder, der durch Änderung der Verarbeitungsvariablen erreicht werden kann.

Beispiel 4 - Mit Hinterfüllung gebildeter retroreflektiver Artikel

Das retroreflektive Bahnenmaterial von Beispiel 1 wurde durch Aufdampfen von Aluminiummetall auf die Würfeleckenelemente metallisiert. Das metallisierte retroreflektive Bahnenmaterial wurde vakuumgeformt, wobei die Planseite des Films mit einer Form in Berührung stand, um eine Buchstabenfolge für das Wort "VIPER" gemäß Fig. 19 zu erzeugen. Während sich der geformte Film noch in der Form befand, wurde ein Zweikomponenten-Polyurethan in den Hohlraum gegossen, um die Würfeleckenelemente zu hinterfüllen, und wärmegehärtet. Die einzelnen Buchstaben wurden ausgeschnitten und auf ein Stahlblech mit einer schwarzen Glanzbeschichtung geklebt. Das retroreflektive Bahnenmaterial ist allgemein eben, außer an den Übergangskanten der Buchstaben. Der retroreflektive Artikel zeigte ein normales Retroreflexionsvermögen entlang der ebenen Oberfläche. Ein gewisser lokalisierter Glitzereffekt wurde an den Übergangskanten der Buchstaben beobachtet.

Beispiel 5 - Herstellung eines flexiblen retroreflektiven Bahnenmaterlals

Eine Mischung aus 1 Gewichtsprozent DarocurTM 4265 (50: 50-Mischung aus 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on und 2, 4, 6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid von Ciba-Geigy Corp., Hawthorne, NY) wurde zu einer Harzmischung aus 19 Gewichtsprozent PHOTOMERTM 3016 (ein Bisphenol-A-Epoxiddiacrylat von Henkel Corp., Ambler, PA), 49,5 Gewichtsprozent TMPTA (Trimethylolpropantriacrylat) und 30,5 Gewichtsprozent Sartomer 285 (THFA, Tatrahydrofurfurylacrylat von Sartomer Corp.) zugegeben. Diese Harzzusammensetzung wurde bei 57ºC (135ºF) zwischen ein Werkzeug mit 85 Mikrometer (0,0034 Inch) hohen Würfeleckenelementen und einen aliphatischen Polyurethanüberzugsfilm mit 0,114 mm (0,0045 Inch) Dicke (MORTHANETM 3429 Urethan von Morton International, Inc., Seabrook, NH) auf einem Polyethylenterephthalat- (PET) Trägerfilm mit 0,51 mm (0,002 Inch) Dicke gegossen. Der Spalt der Gummipreßwalze war so eingestellt, daß die Harzzusammensetzungsmenge über den Werkzeughohlräumen minimiert wurde. Das Harz wurde sowohl durch den Überzugsfilm als auch den Trägerfilm mit einer AETEK-Mitteldruck-Quecksilberlampe (von AETEK International, Plainfield, Illinois) gehärtet, die auf 160 Watt/cm (400 W/- Inch) eingestellt war. Die Materialzufuhrgeschwindigkeit durch die Härtestation war so gesteuert, daß der gewünschte Härtegrad erreicht wurde (Belichtung mit 100 bis 1000 Millijoules/cm²). Nach Abschluß des Mikroreplikationsverfahrens und Abname vom Werkzeug erfuhr die Würfeleckenseite des Verbundmaterials eine Nachhärtung durch Bestrahlung mit einer Mitteldruck-Quecksilberlampe (AETEK International), die mit 80 Watt/cm (200 W/Inch) arbeitete.

Beispiel 6 - Abgedichtetes retroreflektives Bahnenmaterial

Das retroreflektive Bahnenmaterial von Beispiel 5 wurde mit einem weißen Polyurethandichtungsfilm gemäß der nachfolgenden Beschreibung wärmeversiegelt. Eine Laminatprobe aus retroreflektivem Bahnenmaterial und Dichtungsfilm wurde hergestellt, indem es zunächst mit einem 0,025 mm (0,001 Inch) dicken Polyesterterephthalatfilm geschützt wurde. Danach wurde dieser Aufbau in einen Spalt zwischen einer erwärmten Stahlprägewalze und einer Gummiwalze mit einem Härtemesserwert von 85 geführt. Der Dichtungsfilm war ein 0,05 mm (0,002 Inch) dicker weißer (TiO&sub2;) pigmentierter aliphatischer Polyesterurethanfilm (MORTHANETM PNO&sub3; von Morton International, Seabrook, New Hampshire). Das Prägemuster hatte eine Kettengliedkonfiguration, und die Oberflächentemperatur der Prägewalze betrug 220ºC (410ºF). Die Oberflächentemperatur der Gummiwalze betrug 63ºC (145ºF). Die Walzen drehten mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 6,09 Metern/Minute (20 Fuß/Minute), und die Kraft am Spalt wurde auf 114 Newton/Zentimeter (65 Pound/Inch) gehalten. Vor der weiteren Verwendung wurden die Schutzschichten aus Polyesterterephthalat von den Proben entfernt.

Beispiel 7 - Herstellung eines Kennzeichenschilds

Ein 152,4 · 304,8 mm (6" · 12") großes Stück retroreflektives Bahnenmaterial mit einem Dichtungsfilm wurde wie im Beispiel 6 hergestellt. Danach wurde das abgedichtete Würfelbahnenmaterial auf einen Haftkleber mit einem Liner, Produktnummer 467 MP von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN, laminiert. Der Liner wurde entfernt, und das Bahnenmaterial wurde auf einen flachen, weißen Kennzeichenschildrohling laminiert. Der resultierende Artikel wurde mit herkömmlichen Prägetechniken für Kennzeichenschilder geprägt, Die Probe ließ sich sehr gut prägen und spannte nicht über den Buchstaben. Im Sichtfenster war die Probe merklich heller und weißer als herkömmliches Kugelmaterial für Kennzeichenschilder. Der in Candela/Lux/Quadratmeter ausgedrückte Wert betrug 200 in waagerechter Richtung und 300 in senkrechter Richtung.

Beispiel 8 - Flexibles retroreflektives Bahnenmaterial, das über Netzware geprägt ist

Das retroreflektive Bahnenmaterial von Beispiel 6 unter Verwendung eines Haftklebstoffs wurde über fünf Proben aus engmaschiger gewerblicher Netzware gemäß Fig. 20 geprägt. Wärmelaminieren des retroreflektiven Bahnenmaterials ist bevorzugt, da es dazu beiträgt, daß sich das retroreflektive Bahnenmaterial an die darunterliegende Netzware anpaßt. Die gewerbliche Netzware von Fig. 20 in der Ansicht von links nach rechts wird unter folgenden Produktbezeichnungen vertrieben: NO 888 Regent - Nylon 6,35 mm (0,25 Inch) quadratisch; NO 916 Nylon Delta 1,3 cm (0,5 Inch) sechseckig; 504- Nylon 1,3 cm (0,5 Inch) quadratisch; PE-101 Polyester 1,59 cm (0,625 Inch) sechseckig; und die waagerecht orientierte Probe als NO 61339 Polyester 3,175 mm (0,125 Inch) sechseckig, alle zu beziehen von Sterling Net Co., Montclair, NJ.
Die Netzware änderte die Winkligkeit der Würfeleckenelemente und diente auch als Füller oder Polster für das geprägte retroreflektive Bahnenmaterial. Der durch die Netzware verformte Abschnitt des retroreflektiven Bahnenmaterials ist weiß dargestellt, der Raum zwischen der Netzware ist schwarz gezeigt. Ein lokalisierter Glitzereffekt war entlang den scharfen Übergangsbereichen im retroreflektiven Bahnenmaterial sichtbar, das über der Netzware verformt war. Verständlich ist, daß ein metallisiertes retroreflektives Bahnenmaterial mit einem geeigneten Kleber alternativ über der Netzware geprägt sein kann. Ein möglicher Einsatzbereich wären zeitweilige Fahrbahnmarkierungen, die eine andere Winkligkeit als gewöhnliches retroreflektives Bahnenmaterial sowie eine Polsterung benötigen, wenn ein Fahrzeug über sie hinweg fährt.

Beispiel 9

Das retroreflektive Bahnenmaterial von Beispiel 1 wurde auf einer Form vakuumgeformt, die ein Symbol ® mit etwa 6,35 mm Durchmesser trug. Fig. 21 ist ein Mikrofoto (50fach vergrößert) von der Überzugsseite des retroreflektiven Bahnenmaterials. Die Würfeleckenelemente sind schwarz und die Zwischenräume weiß dargestellt. Die Asymmetrie des Symbols ® verhinderte ein gleichmäßiges Ziehen, was im wesentlichen zu einer Zufallsanordnung der Würfeleckenelemente führte.

Beispiel 10

Ein nicht abgedichtetes retroreflektives Bahnenmaterial gemäß Beispiel 5 mit 0,086 mm (0,0034 Inch) hohen Würfeleckenelementen wurde über beschichtetem Schleifpapier mit einer Schleifkornzahl von 60, 100, 150 und 220 von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN mit Hilfe des zuvor diskutierten Applikators "ScotchliteTM Heat Lamp Vacuum Applicator" wärmegeformt. Die Würfeleckenelemente waren gegenüber dem beschichteten Schleifpapier positioniert. Im Wärmebehandlungszyklus wurde der Applikator auf etwa 118ºC erwärmt, und die thermische Einwirkung erfolgte etwa 1,5 bis 2,5 Minuten. Am Ende des Wärmebehandlungszyklus wurde die Lampengruppe angehoben, um die retroreflektiven Artikel abzukühlen.
Fig. 22A ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für die resultierenden retroreflektiven Artikel. Fig. 22B ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels. Die Kontrollkurve zeigt das nicht verformte retroreflektive Bahnenmaterial. Der retroreflektive Artikel hatte ein glitzerndes Aussehen, vermutlich infolge hohen Grads der Zufallsanordnung der Basiskanten der Würfeleckenelemente.

Beispiel 11

Ein nicht abgedichtetes retroreflektives Bahnenmaterial gemäß Beispiel 5 mit 0,086 mm (0,0034 Inch) hohen Würfeleckenelementen wurde durch Aufdampfen von Aluminiummetall auf die Würfeleckenelemente metallisiert. Das metallisierte retroreflektive Bahnenmaterial wurde über beschichtetem Schleifpapier mit Schleifkornzahlen von 60, 100, 150 und 220 gemäß dem Verfahren von Beispiel 10 warmgeformt. Die Schleifkornbezeichnungen beziehen sich auf Schleifteilchen mit Durchmessern von höchstens 551 Mikrometern, 336 Mikrometern, 169 Mikrometern bzw. 100 Mikrometern. Die Würfeleckenelemente waren gegenüber dem beschichteten Schleifpapier positioniert. Fig. 23A ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für die resultierenden retroreflektiven Artikel. Fig. 23B ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels. Die Kontrollkurve zeigt das nicht verformte metallisierte retroreflektive Bahnenmaterial.
Der retroreflektive Artikel hatte ein glitzerndes Aussehen, vermutlich infolge des hohen Grads der Zufallsanordnung der Basiskanten der Würfeleckenelemente. Außerdem erfolgte ein Warmformen des retroreflektiven Bahnenmaterials über einer Kugel- bzw. Perlfahrbahnmarkierung, zu beziehen unter der Produktbezeichnung 5160 ScotchlaneTM Folienrückenband von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN, gemäß dem Verfahren von Beispiel 10. Fig. 23C ist ein Balkendiagramm der Weißezunahme des retroreflektiven Bahnenmaterials nach dem Warmformverfahren für die vier beschichteten Schleifpapierproben und die Perlfahrbahnmarkierung. Die Weißemessung erfolgt unter Verwendung eines Spektrophotometers mit einem optischen Zweirichtungsmeßsystem nach ASTM E 1349- 90. Es wird davon ausgegangen, daß die Weiße ein ungefähres Maß für das glitzernde Aussehen von retroreflektivem Bahnenmaterial ist. Angenommen wird, daß der Weißegrad für den retroreflektiven Artikel, der über beschichtetem Schleifpapier mit Schleifkornzahl 100 warmgeformt wurde, eine Funktion der Größe der Würfeleckenelemente relativ zur Schleifkornzahl des beschichteten Schleifpapiers ist. Somit erzeugte das beschichtete Schleifpapier mit der Schleifkornzahl 100 den größten Grad an Zufallsanordnung der Basiskanten von 0,086 mm hohen Würfeleckenelementen.

Beispiel 12

Ein nicht abgedichtetes retroreflektives Bahnenmaterial gemäß Beispiel 5 mit 0,086 mm (0,0034 Inch) hohen Würfeleckenelementen wurde über einer Reihe von Proben mit dem Verfahren von Beispiel 10 warmgeformt. Zu den Proben zählten eine Perlfahrbahnmarkierung, Produktbezeichnung 5160 ScotchlaneTM Folienrückenband, und eine erhöhte Fahrbahnmarkierung, Produktbezeichnung A381 StamarkTM Hochleistungsband, beide von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN; ein Werkzeug zur Herstellung von retroreflektivem Bahnenmaterial mit 0,178 mm (0,007 Inch) hohen Würfeleckenelementen; und ein Lichtdiffusor mit der Produktbezeichnung Clear Prismatic von Plaskolite, Inc., Columbus, OH. Die Würfeleckenelemente waren gegenüber den Proben positioniert.
Fig. 24A ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für die resultierenden retroreflektiven Artikel. Fig. 24B ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels. Die Kontrollkurve zeigt nicht verformtes retroreflektives Bahnenmaterial. Variationen im glitzernden Aussehen der retroreflektiven Artikel waren vermutlich Folge der verschiedenen Grade von Zufallsanordnung der Basiskanten der Würfeleckenelemente.

Beispiel 13

Ein nicht abgedichtetes retroreflektives Bahnenmaterial gemäß Beispiel 5 mit 0,086 mm (0,0034 Inch) hohen Würfeleckenelementen wurde durch Aufdampfen von Aluminiummetall auf die Würfeleckenelemente metallisiert. Das metallisierte retroreflektive Bahnenmaterial wurde über der Perlfahrbahnmarkierung, der erhöhten Fahrbahnmarkierung und dem Lichtdiffusor von Beispiel 12 mit dem Verfahren von Beispiel 10 warmgeformt. Die Würfeleckenelemente waren gegenüber den Proben positioniert.
Fig. 25A ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für die resultierenden retroreflektiven Artikel. Fig. 25B ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels. Die Kontrollkurve zeigt das nicht verformte retroreflektive Bahnenmaterial.

Beispiel 14

Ein retroreflektives Bahnenmaterial gemäß Beispiel 5 mit 0,086 mm (0,0034 Inch) hohen Würfeleckenelementen wurde durch Aufdampfen von Aluminiummetall auf die Würfeleckenelemente metallisiert. Das metallisierte retroreflektive Bahnenmaterial wurde mit dem Verfahren von Beispiel 10 über gewerblicher Polypropylen-Maschennetzware mit einem Sechseckmuster von 1,27 cm (0,5 Inch) warmgeformt, die unter der Produktbezeichnung N0916 von Sterling Net Co., Montclair, NJ vertrieben wird. Beim Warmformverfahren erweichte die Netzware und blieb so mit dem retroreflektiven Bahnenmaterial verbunden. Die Würfeleckenelemente waren gegenüber den Proben positioniert.
Fig. 26A ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für die resultierenden retroreflektiven Artikel. Fig. 26B ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels. Die Kontrollkurve zeigt das nicht verformte retroreflektive Bahnenmaterial.

Beispiel 15

Drei Proben des nicht abgedichteten retroreflektiven Bahnenmaterials gemäß Beispiel 5 mit Würfeleckenelementen unterschiedlicher Größen wurden über einer Perlfahrbahnmarkierung warmgeformt, die unter der Produktbezeichnung 5160 ScotchlaneTM Folienrückenband von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN zu beziehen ist. Die Würfeleckenelemente waren 0,0625 mm (0,0025 Inch), 0,086 mm (0,0034 Inch) bzw. 0,178 mm (0,007 Inch) hoch. Der stärkste Glitzereffekt war auf dem retroreflektiven Bahnenmaterial sichtbar, das über den 0,178 mm hohen Würfeln warmgeformt wurde. Der geringste Glitzereffekt war auf dem retroreflektiven Bahnenmaterial sichtbar, das über den 0,0625 mm hohen Würfeln warmgeformt wurde.

Beispiel 16

Ein retroreflektives Bahnenmaterial gemäß Beispiel 5 mit 0,086 mm (0,0034 Inch) hohen Würfeleckenelementen wurde durch Aufdampfen von Aluminiummetall auf die Würfeleckenelemente metallisiert. Das metallisierte retroreflektive Bahnenmaterial wurde über der Würfeleckenseite dreier handelsüblicher Reflektoren warmgeformt. Reflektor A war ein kreisförmiger Reflektor mit 7,62 cm (3 Inch) Durchmesser, der in sechs tortenstückförmige Würfeleckenkeile unterteilt war und als Modell V472R von Peterson Manufacturing, Grandview, MO vertrieben wird. Reflektor B war ein kreisförmiger Reflektor mit 7,62 cm (3 Inch) Durchmesser mit etwa 20 rautenförmigen Mustern von 1,27 · 2,54 cm (0,5 · 1,0 Inch) Größe, die Würfeleckenelemente enthielten, vertrieben als Modell Sate-lite-30 von KyKu Products, Beford Heights, OH. Der rechtwinklige Reflektor mit 6,35 · 7,62 cm (2,5 · 3,0 Inch) Größe hatte senkrechte Reihen aus Würfeleckenelementen, die voneinander versetzt waren, und wird als Modell PEC 4200C von The Refractory, Newburgh, NY vertrieben.
Fig. 27A ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für die resultierenden retroreflektiven Artikel. Fig. 27B ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels. Die Kontrollkurve zeigt das nicht verformte retroreflektive Bahnenmaterial. Fig. 27C ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Eintrittswinkels für die handelsüblichen Reflektoren von Fig. 27A und 27B. Fig. 27D ist ein Diagramm der relativen Helligkeit als Funktion des Betrachtungswinkels für die handelsüblichen Reflektoren.
Alle oben zitierten Patentschriften und Patentanmeldungen sind im vorliegenden Dokument insgesamt durch Verweis auf genommen.
Zuvor wurde die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsformen beschrieben. Dem Fachmann wird klar sein, daß zahlreiche Änderungen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Somit sollte der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen Strukturen, sondern nur durch clie in den Ansprüchen beschriebenen Strukturen und die Äquivalente dieser Strukturen begrenzt sein.

Claims

1. Retroreflektiver Artikel mit einem retroreflektiven Bahnenmaterial (60), das eine Anordnung von Würfeleckenelementen (30) mit Basiskanten (35) aufweist, wobei die Anordnung von Würfeleckenelementen auf einem transparenten Polymerüberzugsfilm (58) an Ort und Stelle gehärtet ist, um ein sich gegenseitig durchdringendes Netz zwischen einem wärmehärtenden Material der Würfeleckenelemente und dem Polymerüberzugsfilm zu bilden, wobei die Anordnung von Würfeleckenelementen so zu einer dreidimensionalen Struktur verformt ist, daß die Basiskanten (35) mehrerer Würfeleckenelemente (30) nicht in derselben Ebene liegen, wenn das Bahnenmaterial flach ausgelegt ist.

2. Artikel nach Anspruch 1, wobei die Basiskanten (35) mehrerer Würfeleckenelemente (30) zueinander geneigt sind und wobei die Basiskanten eines oder mehrerer Würfeleckenelemente nicht parallel zu einer Frontfläche (51) des Überzugsfilms (58) sind.

3. Artikel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Würfeleckenelemente (30) eine variable Dichte über einen Abschnitt des retroreflektiven Artikels haben, wobei benachbarte Würfeleckenelemente über einen Abschnitt des retroreflektiven Artikels variabel beabstandet sind und wobei der Überzugsfilm (58) eine Dicke hat, die über einen Abschnitt des retroreflektiven Artikels variiert.

4. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die Anordnung von Würfeleckenelementen (30) des retroreflektiven Artikels auf der Rückseite des Bahnenmaterials befindet und mit einer Beschichtung hinterfüllt ist.

5. Artikel nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung eine oder mehrere Farben aufweist.

6. Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Würfeleckenelemente des retroreflektiven Bahnenmaterials so angeordnet sind, daß ein Winkel α zwischen Flächen benachbarter Würfeleckenelemente über das gesamte Bahnenmaterial zwischen ihnen variiert.

7. Verfahren zur Herstellung eines retroreflektiven Artikels mit mindestens einer optischen Solleigenschaft, das die folgenden Schritte aufweist:

Herstellen eines retroreflektiven Würfeleckenbahnenmaterials, das eine Anordnung einzelner Würfeleckenelemente aufweist, die Basiskanten haben, wobei die Anordnung von Würfeleckenelementen auf einem transparenten Polymerüberzugsfilm an Ort und Stelle gehärtet wird, um ein sich gegenseitig durchdringendes Netz zwischen einem wärmehärtenden Material der Würfeleckenelemente und dem Polymerüberzugsfilm zu bilden; und

Verformen der Anordnung, so daß die Basiskanten mehrerer Würfeleckenelemente nicht in derselben Ebene liegen, wenn das Bahnenmaterial flach ausgelegt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Verformungsschritt dazu führt, daß die Basiskanten der mehreren benachbarten Würfeleckenelemente zueinander geneigt sind.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Verformungsschritt aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Warmformen, Vakuumformen, Prägen und deren Kombinationen besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Verformungsschritt ein dreidimensionales Symbol im retroreflektiven Bahnenmaterial erzeugt.