宽广入射角反射板的制作方法

专利名称：宽广入射角反射板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种宽广入射角反射板，它包括一层基体和一粘附于基体表面的向后反射片(亦称反光片)，这种板用于提高夜晚的能见度。
发明领域在一些出版物中公开了向后反射制品的结构和制造方法，诸如包括多个反射珠的向后反射片，这些反射珠固定在具有凸起表面的支承层上。JP-A-55-65524和JP-A-57-193352公开了包括如下步骤的方法，以点的形式将发泡组分施于一平的基体表面，以及在基体表面之上涂覆树脂形成支承层。在支承层上，撒有透明的玻璃珠，然后干燥固化支承层的涂料，以将玻璃珠固定到支承层上。最后，加热基体，吹胀发泡组分，形成突起。
出版物JP-A-53-46363和JA-A-53-46371公开了包括如下步骤的方法，对一由热塑性树脂制成的基体进行压花，形成一凸起表面，涂覆一层含有树脂的涂料，其厚度足够填满诸凹陷部分、以获得具有平表面的支承层。使透明的玻璃珠嵌入支承层的表面，然后固化支承层中的树脂，以将玻璃珠固定在层中。最后，加热整个片材，使基体表面恢复平的状态，以形成高度对应于基体树脂的涂覆厚度的差异而改变的凸起表面。
出版物JA-A-57-10102公开一种方法，它包括在基体上涂覆一层涂料，该涂料在干燥的过程中能收缩并形成皱纹，将玻璃珠分散在湿的涂料上，然后加热和干燥涂料，以形成玻璃珠固定在其上的许多突起。
美国专利出版物No.4,069,281和JP-A-58-237243公开了用如下的方法制造的向后反射片，在基体上形成含有树脂的涂料突起，在干燥和固化突起之前将玻璃珠嵌入突起中，然后固化突起以固定玻璃珠。
英国专利2,251,091公开了一种将透明的玻璃珠粘附到具有多个凹痕的铝层上的向后反射片。
出版物JP-A-58-208041和JP-B-7-84726公开了包括如下步骤的制造向后反射片的方法用热塑性聚合物形成一支承层，把部分透明玻璃珠嵌入支承层的表面。然后，从已嵌入玻璃珠的那侧、嵌入部分玻璃珠的突起以及完全嵌入玻璃珠的凹陷处对支承层进行压花。
前述参考文献中描述的方法和结构没有使用任何覆盖玻璃珠表面的透光覆盖层。
出版物JP-Y-62-41804公开了一种反射片，它具有防止在其上粘贴纸片的突起。这种反射片是这样制成的，例如，具有覆盖珠子表面的透光覆盖层的向后反射片粘附到基体表面上，从其后面压花基体，从而在基体的表面形成诸突起。但是，总的来讲，形成防止粘住纸片的突起的尺寸是相当小的，例如2毫米宽，1毫米高。此外，该实用新型的公开文本没有公开任何有关在从低入射角(接近反射板的法线的方向)到高入射角(接近反射板的方向)的一宽广入射角中的入射光方面的有利的反射特征，即，具有良好的宽广入射角反射特征的反射片的突起的尺寸和结构。
出版物WO97/01677和WO97/01678公开了向后反射材料，它包括反射壁形式的凸起部分和覆盖有一封闭透镜型的向后反射片的平的部分，尽管它们不是通过压花所产生的。但是，这些出版物没有提出能容易地去除水滴和粘附到平的部分上的固体杂质的改进方法。
鉴于上述方法和结构中的有关的缺点，关于形成具有极宽的入射角反射特征的板状反射材料，对反射突起而言重要的是要有预定的尺寸和图案。针对具有相当高的入射角、例如70度或更高(从反射表面的法线)的光要改进反射特征就更重要了。
当反射板用作用于室外标记的建筑部件时，它们应该具有适合室外使用的特性。即，要求它们所具有的特性是当水滴附到反射板上时，它们的反射亮度几乎没有减弱；如果诸如灰尘的杂质附着在反射板上，它们能够很容易被去除掉；以及，在使用中，它们能够维持足够的反射亮度。
本发明的一个目的是提供一种宽广入射角反射板，它具有良好的宽广入射角反射特征和室外使用的特征。
附图简要说明下面结合附图更详细地描述本发明，图中

图1是本发明反射板的一个实施例的横剖面；图2A，2B和2C示出了反射板突起结构的另一实施例；图3示出了样品1中制造的反射板的突起结构；图4示出了样品2中制造的反射板的突起结构；图5是用于对比样品1的铁道标记材料的横剖面；以及图6是用于对比样品2的反射板的横剖面。
发明的详细说明本发明提供一种宽广入射角的反射板(10)，它包括一具有基体(1)和粘附于基体表面的向后反射片(2)的叠层，它具有覆盖有向后反射片(2)的基本平的基部(3)和许多被平的基部所分离的覆盖有向后反射片的突起(4)，这些突起(4)位于排成有规则重复的图案的规则多边形的角上。在这种结构中，向后反射片(2)包括向后反射单元和覆盖向后反射单元的表面的透光覆盖层，突起(4)的结构满足如下方程式I。
方程式I0.05＜h/P＜0.60其中的P是一个多边形的两最远角之间的距离，h是从基部表面测量的突起高度。
当向后反射片(2)具有覆盖珠子或立体角向后反射单元的表面的透光覆盖层时，室外使用的特征可得到改进。当反射突起(4)的横截面尺寸和结构满足上述方程式时，宽广入射角反射特征和室外使用特征都有了改进。
当突起设置在反射板(10)水平面中的类似正方形或类似等边三角形的角上时，以相当高的入射角入射的光的反射亮度随着设置在水平面中的突起的密度的增加而提高。此外，反射板具有改进的非方向性，即，对于来自水平面中的任何方向的入射光都具有足够的反射亮度的特性。类似等边三角形角(形成菱形)上的突起排列适合于改进非方向性。
当突起(4)的垂直横截面具有一朝上突出的弯拱形弯曲表面时，宽广入射角反射特征得到了有效的改进。此外，当突起(4)通过压花形成，其内具有中空的空间时，能有效防止突起在外力作用下变形。还有，能容易地从反射板的表面去除固体杂质。为此，突起最好具有它们的垂直横截面包括弧形或椭圆弧形的形状。固体形式的这种突起包括一具有圆顶(顶点)的锥形。
当反射板(10)具有设置在基体(1)后面上的粘附层和包括塑料薄膜以保护粘附层的衬垫时，最好以如下方式制造反射板。用一由可延伸的金属或树脂制成的平的基体作为基体，将一向后反射片和用包括一塑料薄膜的一衬垫保护的粘附层分别施加在基体表面和后面而形成一叠层，把一具有多个突起的压花工具压到叠层上，并通过衬垫对叠层压花以形成反射板突起。
这种方法能又精确又容易地形成具有指定形状、尺寸和结构的突起(4)。可用任何传统的施加方法诸如在基体的后面形成凹穴之前进行涂覆来层叠上粘附层。当衬垫包括塑料薄膜时，在压花过程中的衬垫的破裂可得到有效防止。
宽广入射角反射板当反射板水平放置时，宽广入射角反射板(有时称为“反射板”)是一种如下的反射板，即它对于接近反射板水平面的法线方向的入射光有足够程度的反射亮度，对于接近反射板水平面的倾斜方向的入射光具有可视程度的反射亮度(例如1.5CPL或更高)。换句话讲，本发明的反射板对于宽广入射角范围的入射光具有足够的反射特性，即，当入射光的方向从接近水平面法线的方向变到接近水平面的方向时，反射亮度不会明显下降到例如1CPL或更低。使本发明的反射板具有足够反射特性的入射角的范围至少在0到75度之间，在较佳实施例中，该范围在0至86度之间。该角度从反射板基部的法线到平面。
方程式I代表设计突起(4)最佳尺寸和结构所必须的参数间的关系。方程式I中的h/P之比相当于图1角度(90-θ)的正切，即tan(90-θ)。因此，方程式I的上下极限意味着角度θ的上下极限，分别约为60度和87度。
角θ是从一个突起(4)的中心(即形成有图案结构的规则多边形的角)延伸到与所述这个突起相邻的突起(4)顶点(即通过该结构中心的基部的平面的法线和该突起的外周边的交点)的线与基部(3)的从上述结构中心延伸的法线之间的角度(见图1)。该角度θ是设计能获得足够反射亮度的最大入射角的量度。当方程式I中的h/P之比为0.05或更小时，即角θ约为87或更大时，具有相当大的入射角的光的反射亮度下降。当方程式I中的h/P之比为0.60或更大时，即角θ约为60度或更小时，可获得足够反射亮度的入射角不可能很大，例如70度或更大。h/P之比最好在0.07与0.47之间(θ在约86度与65度之间)，尤其是在0.08与0.30之间(θ在约85度与73度之间)。
距离P通常为4毫米或更大。当P小于4毫米时，有大入射角的光的反射特性就可能得不到提高。当P太大时，突起的排列密度则下降，这样，提高大入射角反射特性的效果就会不佳。变量P最好在8至30毫米之间的范围中，尤其是在10至25之间。
高度通常为0.5毫米或更小。当h小于0.5毫米时，有大入射角的光的反射特性可能得不到改进。当h太大时，在形成突起的过程中，向后反射片可能会破裂。变量h最好在1与10毫米之间的范围中，尤其是在1.5与5毫米之间。
图中的变量D是突起(4)与相邻的基部在垂直横截面中的交点之间的突起宽度。D通常至少为2毫米。当尺寸D太小时，有大入射角的光的反射特性可能得不到改进。当D太大时，突起的分布密度(这将在下面详细说明)下降，因此，改进大入射角反射特性的效果就会下降。变量D最好在3与20毫米之间的范围中，尤其是在5与15毫米之间。
突起(4)的排列采用有规则地重复一个或多个规则多边形所形成的图案，诸突起(4)位于多边形的所有的角上。所有的突起都是分散(独立)存在的，突起的这种布局使得它很容易去除粘附于反射板的杂质。各突起最好都是如此设置，使底部轮廓(在与基部交界的水平截面)的重心，例如一圆的中心，基本上与多边形的角(突起的结构中心)一致。几何图形的重心可用已知的数学方法得知。
多边形的形状没有限制，只要它能满足方程式I就行了。例如，图形可以是在包括基部的水平面中的一个等边多边形(例如正方形、五边形、六边形)或由两个各自的一条边相连的等边三角形组成的菱形。
在某些情况下，排列的图案包括两个或更多的不同的多边形，这样，可获得多个P值。在这种情况下，所有的P值最好都满足方程式I，以改进大入射角反射特征。
突起的分布密度取决于上述的D和P值，通常在包括基部的水平面中为5至150个突起/25平方厘米之间，最好是在10至80个突起/25平方厘米之间。当突起分布密度太小或太大时，有大入射角的光的反射特性可能下降。分布密度是完全被包括在25平方厘米的正方形中的突起数量。
突起的立体形状可以是一圆拱顶、其头部被水平割掉的圆拱顶、棱锥形、截头棱锥形、圆锥形、截头圆锥形、棱镜形、圆柱形等等。其中，圆锥形(其顶端可以弄圆)因容易压花而是最佳的。两个或更多的突起可以有不同的立体形状，只要能达到本发明的效果就行了。圆拱顶形状包括具有类似圆形或椭圆形水平截面的形状。
当突起包括具有椭圆形水平横截面的那些突起时，它们如图2A、B和C所示那样排列。图2A的排列较适合于提高入射角较大的光的入射亮度。在图2B中，突起排列成它们最宽的反射面面对箭头方向，在这个方向上两个相邻的突起相隔最远。因此，当光沿该方向照亮反射板时，最有效地获得了宽广入射角反射特性。
基体通常由金属或塑料制成。在这些材料中，具有良好延伸性的软的金属或塑料是较佳的，因为容易对它们进行压花，也能容易地形成精确的突起。软金属的较佳例子有铝、铜、银、金等等，软塑料的较佳例子有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等等。
基体的厚度和抗拉强度没有限制，只要能达到本发明的效果就可以了。如下所述压花形成反射板时，基体的特性最好选择如下。对于金属，基体的厚度最好在0.05至1毫米之间的范围中，而塑料在0.1至5毫米之间的范围中。当厚度太小时，在压花形成突起的过程中，基体可能破裂。当厚度太大时，通过压花形成突起就较难。
抗拉强度最好在1与10公斤/平方毫米之间，更好的是在2与9公斤/平方毫米之间。当抗拉强度小于1公斤/平方毫米时，基体在压花的过程中可能会破裂。抗拉强度超过10公斤/平方毫米时，压花可能较困难。
向后反射片用于本发明的向后反射片是包括一覆盖层和其表面未暴露的反射元件的那种。覆盖层可用丙烯酸树脂、聚酯树脂、氟树脂、聚烯烃树脂、聚氯乙烯树脂等等制成。覆盖层在整个波长范围的光的传播通常至少是80％。
具有覆盖层的向后反射片的例子有SCOTCHLIGHTTM580、#3810H#1570(所有的都可从明尼苏达州圣保罗市的3M公司买到)等等。这些向后反射片包括具有玻璃珠的反射元件和放置在玻璃珠焦点的反射薄膜，玻璃珠表面覆盖有覆盖层。封装透镜类的向后反射片最适用于提高反射亮度。还有，由塑料制成的反射棱镜或立方角最适合用作反射元件。
向后反射片的特性诸如断裂伸度、破裂强度和厚度都不受限制，只要能达到本发明的效果就可以了。当压花形成反射板时，这些特性最好选择如下。断裂伸度较好的在100与300％之间，更好的在120与280％之间。当断裂伸度超过300％时，反射板在压花的过程中会起皱。当断裂伸度小于100％时，压花可能难以进行。
破裂强度较好的在1.0与10.0公斤/25毫米之间，更好的在3.0与7.0公斤/25毫米之间。当破裂强度小于1.0公斤/25毫米时，向后反射片在压花的过程中可能会破裂。当破裂强度超过10公斤/25毫米时，压花可能难以进行。厚度最好在10与750微米之间。当厚度小于10微米时，向后反射片在压花的过程中可能会破裂。当厚度超过750微米时，压花可能难以进行。
用任何传统的粘结剂诸如丙烯酸粘结剂、聚烯烃粘结剂、聚氨酯粘结剂、硅树脂粘结剂、环氧树脂粘结剂等等粘结基体和向后反射片。粘结剂可以是压敏的或热熔化的那种。压敏粘结剂较佳，因为它由于其较高的可流动性而有助于通过压花来制造反射板。粘结剂的厚度通常在5与50微米之间。
形成在基体后面的粘结层用于将反射板粘附到诸如护栏的胶粘体上。用于粘结层的粘结剂可与上述举例说明的相同。还有，压敏粘结剂是较好的，因为它由于其较高的可流动形而有助于压花。基体后面的粘结层的厚度通常在5与50毫米之间。当基体由粘结特性较差的诸如聚乙烯塑料制成时，最好在基体后面与粘结层之间有一底层。
保护粘结层的衬垫最好是一种释放纸，它包括一层纸和一片诸如聚乙烯、聚丙烯等等的树脂和一诸如聚对苯二甲酸乙酯(polyethylene terephthalate)、聚乙烯、聚丙烯等等的树脂薄膜。这些衬垫有助于压花，因为它们难以破裂。尤其是，当压花制造反射板时，具有良好延伸性的聚乙烯树脂薄膜是较佳的。这些聚乙烯树脂的例子有密度低的和很低的聚乙烯树脂、乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物(ethylene-methyl methacrylate copolymers)，聚乙烯和聚丙烯混合物等等。
本发明的反射板最好是压花而成，因为压花能精确形成具有确定形状、尺寸和结构的突起。压花是通过把一具有与所设计的形状、尺寸和结构相适合的突起的压花工具压向基体的后面而进行的。该形状、尺寸和结构设计成与反射板的突起相对应。
在压花过程中，压力通常在1与100公斤/平方厘米之间，最好在20与80公斤/平方厘米之间。压力是由压机动作诸如机械压制、真空压制等等所产生的。作为压花工具，使用一对第一工具和第二工具，第一工具包括其表面上有诸突起的板或滚筒，第二工具与向后反射片的表面接触。第二工具可以是具有凹穴以容纳第一工具的突起那种，或是具有平的表面、由当第一工具从基体的后面压下时会变形的材料制成的那种。第二工具的材料可以是橡胶、弹性体等等。
在包括压花的制造方法中，当形成叠层、而叠层包括其表面和后面上分别带有向后反射片和有衬垫保护的粘结层的基体，然后将具有多个突起的压花工具压向叠层的衬垫上以在叠层上形成突起时，可使用同样的条件和压花工具。可以在将诸如符号、标记等等的显示符号印在向后反射片覆盖层的表面上之后再进行压花。
或者，可将向后反射片放在已形成有突起的基体上，然后在减压状态下将基体和反射片压粘在一起，生产本发明的向后反射板。
反射板的应用本发明的反射板能改进材料在夜晚的能见度，这种材料被汽车前灯以大的入射角照亮，例如放在道路侧旁、隧道拐弯处等等的交通符号，护栏、标记板、显示板。即驾驶员能够从相当远的距离鉴别粘附反射板的材料。
例子例子1用一软的铝板(目录号AIN30H-O，可从TOYO ALUMINUM有限公司购买)作为基体，用一封闭透镜型的反射片(3M的产品#580)作为向后反射片。铝板的厚度为0.08毫米，抗拉强度约为8公斤/平方毫米，向后反射片的厚度为170微米，断裂伸度为200％，断裂强度为4.8公斤/25毫米。用形成在向后反射片后面上的丙烯酸粘附层将向后反射片粘附到基体上。
在基体的后面上，具有一层厚度约为25微米的丙烯酸粘结剂和一层厚度为90微米的由聚乙烯树脂制成的保护衬垫。上述形成的叠层被如下压花，以形成该例子的反射板。
将具有多个突起的压花工具压在基体后面的衬垫上。为了压花，使用一对具有突起的第一工具和具有容纳第一工具突起的凹穴的第二工具。压花压力约为70公斤/平方厘米。突起的尺寸和几何图形如图3所示。在这个例子中，D为6毫米，P为14.1毫米，h为2毫米。这样，方程式I中的h/P之比为0.14。沿箭头B指示的方向测量距离P(正方形的对角线)，X是相邻两列突起之间的距离(在所示的实施例中为10毫米)，Y是相邻两行突起之间的距离(在所示的实施例中为10毫米)。
在表1和2所示的条件下测量反射亮度。可以发现，该例子的反射板具有极宽的入射角反射特征和室外使用特征(防污染)。表1中的反射亮度是按照JIS Z8714用一向后反射仪测量的，而表2中的反射亮度是用TOSHIBA BALLOTINI制造的MIROLUX7测量的。
例子2除了将突起排列成图4所示的几何图形之外，用例子1的方法来制造反射板，即几何图形是D为6毫米、P为20.7毫米和h为2毫米的菱形(由等边三角形组成)。因此，方程式I中的h/P之比为0.10。沿箭头C指示的方向测量距离P。X是相邻两列突起之间的距离(在所示的实施例中为12毫米)，Y是等侧向位置的两行突起之间的距离(在所示的实施例中为20.7毫米)。所测量的反射亮度如表1和2所示。
例子3除了将向后反射片改为封装透镜型反射片(从3M买的产品#3870)之外，用例子2的方法制造反射板。这种封装透镜型反射片的总厚度约为280微米，断裂伸度为200％，断裂强度为5.9公斤/25毫米。所测量的反射亮度如表1和2所示。
例子4除了将突起的尺寸和排列改为D为2.7毫米、P为7.4毫米、h为0.6毫米、从而h/P之比为0.08之外，用例子1的方法制造反射片。当入射和观察角分别86.5°和1.5°时，B方向的反射亮度约为450mcd/m2。
对比例子1使用标记车行道的材料#380(从3M购买)，用例子1的方法测量反射亮度。这种标记车行道的材料具有图5所示的横截面结构。玻璃珠100粘附于突出在基底102之上的突起的侧表面。这种材料是一种没有覆盖层的暴露透镜型。还提供压敏粘附层104和衬垫106。其结果如表1和2所示。
对比例子2使用从3M购头的SCOTCHLANETM#6160材料，用例子1的方法测量反射亮度。这种产品的横截面结构没有突起，玻璃珠100’基本上分散在基底102’上的一层中，使得入射角相当大的光的反射亮度有了提高，如图6所示。这种产品是一种在基底表面之上没有覆盖层的暴露透镜型。其结果如表1和2中所示。
对比例子3使用与例子3相同的封装透镜型向后反射片，用例子1的相同方式测量反射亮度。其结果如表1和2所示。
对比例子4使用与例子1相同的封闭透镜型的反射片，用例子1的方法测量反射亮度。其结果如表1和2所示。在这对比例子中，入射角为75至85°的光的反射亮度小于例子1的十分之一，那是因为这种反射片没有反射突起。
表1单位CPL
表2 单位mcd/m2
注1)括号中的百分数是原状态数值的保留值百分比。
2)表面上有水垂直放置的试样上刚刚浇上水之后测量反射亮度。
撒有石墨 石墨粉末撒在保持水平的试样上之后，试样垂直放置，以去除过多的石墨粉末。然后，测量反射亮度。
撒上石墨之后冲洗用流水冲洗上述试样并使之干燥之后，测量反射亮度。
权利要求
1.一种反射板(10)，它包括(a)一基体(1)；(b)一种向后反射片(2)，它粘附于所述基体的表面，并具有被所述向后反射片(2)所覆盖的基本平的基部(3)，向后反射片具有向后反射单元和透光覆盖层；以及(c)多个覆盖有所述向后反射片的、位于排列成规则重复图案的规则多边形的角上的突起(4)，其中这些突起(4)的结构满足关系式0.05＜h/P＜0.60。
2.如权利要求1所述的反射板，其特征在于，向后反射片包括微小球。
3.如权利要求1所述的反射板，其特征在于，向后反射片包括立体角向后反射元件阵列。
4.一种制造权利要求1的宽广入射角反射板的方法，包括如下步骤(a)提供一种由可延伸的金属或树脂制成的平的基体；(b)将所述向后反射片和一粘附层施加到所述基体的表面上，以形成一叠层；以及(c)将一具有多个突起的压花工具通过所述衬垫压在所述叠层上，来对所述叠层进行压花，从而在反射板上形成所述突起。
全文摘要
一种反射板(10),它包括:一基体(1);一种向后反射片(2),它粘附于所述基体的表面并具有被所述向后反射片(2)所覆盖的基本平的基部(3),向后反射片具有向后反射元件和透光覆盖层;以及多个覆盖有所述向后反射片的、位于排列成规则重复图案的规则多边形的角上的突起(4),其中这些突起(4)的结构满足关系式0.05< h/P< 0.60。
文档编号E01F9/03GK1251631SQ98803750
公开日2000年4月26日 申请日期1998年3月30日 优先权日1997年3月31日
发明者中山直树 申请人:美国3M公司