回射片材及其制造方法技术

本发明专利技术申请总体涉及回射片材以及用于制备回射片材的方法。回射片材包括：立体角元件阵列，其在入射角为-4°和观测角为0.2°的情况下，根据ASTM?D4596-09在0°和90°取向的平均亮度介于约70坎德拉/勒克斯/m2和250坎德拉/勒克斯/m2之间，其中所述片材的颜色为白色或银色中的一种。

【技术实现步骤摘要】

本专利申请涉及回射片材以及用于制备回射片材的工具和方法。
技术介绍
回射材料的特征在于能够将入射到材料上的光重新导向使其反射回初始光源。该性能已使回射片材广泛用于多种交通和个人安全应用。回射片材常用于多种制品，例如交通标志、路障、车牌、路面标记和标志带，以及车辆和衣物的反光带。两种已知类型的回射片材为微球基片材和立体角片材。微球基片材有时也称为“珠状”片材，采用大量微球体，这些微球体通常至少部分地嵌入粘合剂层中，并具有相关的镜面反射或漫反射材料(例如颜料颗粒、金属薄片或蒸镀层等。)以回射入射光。由于含珠回射器具有对称的几何形状，因此不管其取向如何，即当围绕垂直于片材表面的轴旋转时，基于微球的片材均会显不出对光的完全反射。因此，这种基于微球的片材对片材在表面上的布置取向较不敏感。然而，一般来讲，这种片材的回射效率低于立体角片材的回射效率。立体角回射片材(有时称为“棱柱”片材)通常包括薄的透明层，该透明层具有基本上平的第一表面和结构化第二表面，该结构化第二表面包括多个几何结构，这些几何结构的一些或全部包括构成立体角元件的三个反射表面。立体角回射片材一般通过首先制造具有结构化表面的母模来制备，该结构化表面要么对应成品片材中期望的立体角元件的几何形状，要么对应期望的几何形状的负(反向)拷贝，这取决于成品片材是否要具有立体角棱锥或立体角空腔(或两者都要具有)。然后，采用任何合适的技术(例如传统的镍电铸)复制模具，以便通过诸如压花、挤出或浇铸并固化等工艺生产用来形成立体角回射片材的模具。美国专利No. 5，156，863 (Pricone等人)提供了形成用于制造立体角回射片材的模具的工艺的示例性概述。用于制造母模的已知方法包括销集束技术、直接加工技术以及采用薄层的技术。制备微复制型棱柱片材的市售方法包括(例如)美国专利 No. 7，410，604 (Erickson)、PCT 专利公布 No. 2007124217 (Thakkar)、美国专利No. 6，200，399 (Thielman)，以及美国专利No. 5，691，846 (Benson)。这些微复制工艺可制备具有棱柱结构的回射片材，其中棱柱结构已通过具有所需棱柱结构的负像的微结构化工具精确可靠地复制。已知棱柱回射片材用于将入射光的大部分反射回光源(Smith, K. Driver-FocusedDesignofRetroreflective Sheeting For Traffc Signs (用于交通标志的回射片材的以驾驶员为中心的设计)，选自美国运输研究学会第87届年会论文集DVD提纲，WashingtonDC，2008年)。很多市售产品依靠棱柱立体角微结构提供的相对高的回射率(光反射回光源)来达到高回射规格(如对于O. 2度的观测角和-4度的入射角，回射率(Ra)或亮度在300至1000坎德拉/勒克斯/平方米(cpl)范围内)，例如ASTM D4956-04中所述的ASTM II1、VII, VIII, IX、X 型和 XI 型。然而，棱柱立体角微结构尚未用于为满足较低回射规格而设计的产品(如对于O. 2度的观测角和-4度的入射角，白色片材的Ra在70至250cpl范围内)，例如ASTM D4956-04中所述的ASTM I型和II型。相反，市售的ASTM I型和II型产品使用嵌入聚合物材料多层的玻璃微珠作为光学元件。镜面反射涂层(通常为真空沉积铝)位于靠近光焦点的玻璃微珠后面，以进行回射。
技术实现思路
制备满足较低回射规格(例如ASTM I型和II型)的珠状片材所涉及的制造工艺通常涉及溶剂浇铸，并且整个工艺涉及耗时的溶剂和真空复合镀膜操作。这些复合操作可导致滚动良品率损失增大和固体废料增多。另外，从聚合物型涂层移除的溶剂有时会释放到大气环境中。更经常地，这些溶剂的环境不容性要求制造商先通过加热将其转化为二氧化碳和水蒸汽，然后再释放到大气中，此过程既耗时又昂贵。虽然这样做相比直接排放初始溶剂而言更加环保，但二氧化碳是一种越来越不受欢迎的温室气体。总的来说，制备使用玻璃微珠的回射片材的常规工艺耗时、耗能，并且会生成大量对环境有害的固体和气体废料。相比之下，常用于商业生产微复制型棱柱片材的工艺概念上更简单，并且对环境危害更小。特别地，这些工艺具有缩短的工艺周期和增大的滚动良品率。微复制工艺通常还不含溶剂，基本上不用担心大气排放以及制造过程中能耗过度。不管从环境角度还是生产效率角度，这些优点使微复制成为了优选工艺。因此，本专利申请专利技术人试图使用更高效的微复制工艺来形成满足较低回射规格(例如ASTM I型和II型)或同等全球性规格的片材。本专利申请专利技术人还试图通过引入表面结构或使用于微复制工艺的模具具有纹理,来控制棱柱片材的回射率(Rt和Ra)的降低。该表面结构微复制到棱柱片材中，并且尤其适用于降低大范围观测角内的回射率。该受控的回射率降低可实现符合例如ASTM I型和II型规格的棱柱片材，同时保持微复制工艺的相关优点。在一些实施例中，表面结构还被引入到片材的顶部表面，以进一步修改观测角度和回射率。使用(例如)两种不同方法将受控制的表面结构或雾度引入微复制模具。第一种方法是将工具表面化学蚀刻，第二种方法是短时电锻。本专利申请的一些实施例涉及包括立体角元件阵列的回射片材，其中在入射角为-4度和观测角为约O. 5度时，该片材具有介于约3%和约15%之间的分数回射率斜率。本专利申请的一些实施例涉及包括立体角元件阵列的回射片材，该立体角元件阵列在入射角为-4°和观测角为0.2°下根据ASTM D4596-09在0°和90°取向显示出介于约70坎德拉/勒克斯/m2和约250坎德拉/勒克斯/m2之间的平均亮度，其中该片材的颜色为白色或银色中的一种。本专利申请的一些实施例描述了回射片材，其包括立体角元件阵列，该立体角元件阵列的平均表面粗糙度介于约O. 0005微米和约O. 0060微米之间。本专利申请的一些实施例涉及包括至少一种截短的立体角元件的制品，该立体角元件经纹理化以包括表面纹理。在一些实施例中，该制品包括工具。在一些实施例中，该制品是工具的复制阳模或复制阴模。在一些实施例中，复制品为包括立体角元件阵列的回射片材。在一些实施例中，复制品为包括立体角空腔阵列的回射片材。本专利申请的一些实施例涉及制备在入射角为-4°和观测角为O. 2°下根据ASTM D4596-09在0°和90°取向的平均亮度介于约70坎德拉/勒克斯/m2和250坎德拉/勒克斯/m2之间的回射片材的方法，所述方法包括使用于复制形成该回射片材的工具表面具有纹理。在一些实施例中，该纹理化步骤通过蚀刻实现。在一些实施例中，蚀刻通过化学蚀刻实现。在一些实施例中，该纹理化步骤通过镀覆实现。在一些实施例中，镀覆涉及电镀。在一些实施例中，片材为白色或银色。本专利申请的一些实施例涉及制备降低了光在整个观测角范围内的反射的回射片材的方法。本文所述的新型方法和工具可形成具有新型光学和物理特性的片材。附图说明图la、lb、Ic和Id为示出根据比较例A、G、H和I制备的模具的一部分的扫描电子显微照片(SEM)，分别放大3，000倍。图2a、2b、2c和2d为示出根据比较例A、G、H和I制备的模具的一部分的S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回射片材，包括：立体角元件阵列，其在入射角为?4°和观测角为0.2°的情况下，根据ASTM?D4596?09在0°和90°取向的平均亮度介于约70坎德拉/勒克斯/m2和250坎德拉/勒克斯/m2之间，其中所述片材的颜色为白色或银色中的一种。

【技术特征摘要】
2008.10.22 US 61/107,5861.一种回射片材，包括立体角元件阵列，其在入射角为-4°和观测角为O. 2°的情况下，根据ASTM D4596-09在O°和90°取向的平均亮度介于约70坎德拉/勒克斯/m2和250坎德拉/勒克斯/m2之间，其中所述片材的颜色为白色或银色中的一种。2.根据权利要求1所述的回射片材，其中所述平均亮度介于约80坎德拉/勒克斯/m2和约200坎德拉/勒克斯/m2之间。3.根据权利要求1所述的回射片材，其中所述立体角元件是截短的立体角元件。4.根据权利要求1所述的回射片材，其中所述立体角元件的横向尺寸小于O.020英寸。5.根据权利要求1所述的回射片材，还包括与所述回射片材相邻设置的密封膜。6.根据权利要求1所述的回射...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思·L·史密斯，詹姆斯·R·英伯特森，约翰·C·凯利赫，约翰·A·沃雷尔，悉尼·A·埃林斯塔德，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：