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@ La présente invention est relative à un agrégat (masse) de particu- les catadioptriques, séparées, résistant à l'écrasement et manipulables. Chaque particule comprend un noyau rigide comportant un revêtement adhérent d'une cou- che de petites lentilles sphériques transparentes et des moyens spéculaires réfléchissant la lumière, qui sont en liaison optique avec les extrémités inter- nes deslentilles sphériques pour produire une réflexion catadioptrique des fais- ceaux incidents de lumière qui frappent les particules, quel que soit l'angle suivant lequel le faisceau incident frappe les particules lorsqu'elles sont sup- portées en position d'utilisation.
L'agrégat réflecteur de la présente invention est spécialement utile pour la réalisation de moyens de signalisation attirant l'attention, très vi- sibles, pour des surfaces horizontales planes, telles que les pistes d'aviation, les-, ressauts ou épaulements de voies routières, les il8ts centraux de voies routières et les éléments départageant les voies de trafic, pour lesquels les conducteurs de véhicules, spécialement les conducteurs d'automobiles et d'avions, désirent une amélioration de la perception visuelle de nuit sur les routes ou les pistes jusqu'à une très grande distance en avant de leur véhicule.
L'agré- gat de l'invention peut également être utilisé pour signaler des pièces ou en- droits, tels que culées de ponts, courbes, bords de trottoirs, poteaux indica- teurs et les éléments de division en pente pour les bandes de trafic, mais on le trouvera le plus intéressant pour signaler des surfaces horizontales, telles que les routes, pour les rendre visibles à de grandes distances en avant; cela peut être obtenu grâce à l'invention même sous des conditions très mauvaises, comme durant des périodes de chute de pluie.
Durant les chutes de pluie, une fine pellicule d'eau se forme sur les surfaces horizontales d'une route, et cette pellicule d'eau réfléchit les faisceaux des phares d'une automobile jusqu'au point que plus d'environ 82% de la lumière venant des phares sont réfléchis à l'écart de la surface de la route à des distances de 100 pieds ou plus en avant de l'automobile, avec le résultant que la surface de la route reste non éclairée pour le conducteur.
Les il8ts centraux.de voies routières signalés avec l'agrégat ré- flecteur de la présente invention restent-cependant visibles au conducteur d'une automobile durant des périodes de chute de pluie sur des distances atteignant 500 pieds ou plus, comme on le montrera.
Les structures connues à surface plane qui agissent pour donner un effet catadioptrique, même lorsqu'elles sont recouvertes d'eau, n'ont pas les caractéristiques angulaires élevées nécessaires pour l'utilisation sur des rou- tes horizontales. Dans les systèmes de signalisation pour routes horizontales, une allure angulaire très importante est nécessaire pour amener un faisceau de lumière incident provenant- d'un véhicule, tel qu'une automobile, à être réflé- chi vers l'arrière en direction des occupants de l'automobile sous forme d'un c8ne brûlant dont l'axe est pratiquement commun avec celui du faisceau inci- dent; ceci est la caractéristique essentielle de la réflexion catadioptrique de la lumière.
Contrairement aux enséignements antérieurs suivant lesquels une structure catadioptrique doit avoir une surface plane pour empêcher une dispari- tion de la lumière, provoquée par l'eau, la présente invention donne une solu- tion au problème de cette disparition de lumière, provoquée par l'eau avec les structures catadioptriques, sans nécessairement employer une surface plane. Au lieu de celle-ci, on a en effet trouvé qu'il est possible d'utiliser une surface caillouteuse ou lenticulaire, telle que celle que présentent une série de perles noyées à peu près à moitié dans un liant, alors même que la technique antérieure signale l'incapacité d'une telle structure de fonctionner pour donner un effet catadioptrique brillant, lorsqu'elle est revêtue d'une pellicule,d'eau.
Les élé- ments du présent agrégat catadioptrique et son agencement grâce auquel le résul- tat précité est obtenu, constituent les caractéristiques importantes de la présen- te invention.
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D'une façon générale, la présente invention permet de procurer pour la première fois un mélange composite pratique d'objets catadioptriques bril- lants, intéressants pour la réalisation de signalisations sur surfaces horizon- tales qui soient visibles aux occupants d'une automobile ou,au pilote d'un avion à de grandes distances sous des conditions à la fois de temps sec ou humide du- rant la nuit. L'invention procure également un nouvel objet qui est manipulé de façon commode et qui a un effet catadioptrique brillant, quelle que soit la direction d'un faisceau incident le frappant.
En outre, l'invention procure un objet comprenant un noyau robuste entouré de'lentilles sphériques transparentes sui sont liées au noyau et qui en outre sont équipées de très petits moyens réflecteurs se situant intérieurement à la structure, de manière à produire une réflexion catadioptrique brillante d'un faisceau incident.
La réflexion de la lumière produite par les très petits moyens ré- flecteurs qui se trouvent sous les lentilles sphériques des particules indi- viduelles qui forment l'agrégat est caractérisée comme étant spéculaire (par op- position à une diffusion ou une dispersion) du fait qu'une réflexion à la maniè- re d'un miroir prédomine'avec la structure de l'objet. La forme préférée pour les petits moyens réflecteurs est un mince revêtement, essentiellement hémis- phérique, d'argent ou métal semblable, prévu sur l'extrémité arrière de la len- tille sphérique, c'est-à-dire, la partie de la lentille sphérique qui se dis- pose à l'intérieur de la structure de la particule.
L'obtention des relations optiques et structurelles nécessaires dans les particules sera aisément réalisée bien que présentant un problème de fabri- cation sérieux. Les lentilles sphériques sont répandues sur la surface d'un é- lément de noyau sous-jacent et sont environ à moitié enfoncées ou noyées dans un liant durable résistant aux produits chimiques, aux intempéries et aux sol- vants.
Comme le noyau peut prendre toute une variété de formes et avoir divers degrés de trous et d'irrégularités à sa surface, un sérieux problème se pose pour ce qui concerne la prévision sur une telle matière de noyau, d'un revête- ment catadioptrique brillant, une série de lentilles sphériques réfléchissant la lumière devant être orientées en ayant chacune un revêtement datadioptrique spéculaire pratiquement hémisphérique sur leur extrémité arrière ou interne.
La réalisation de ce qui précède d'une manière économique de façon que l'agréa gat résultant puisse être produit à un prix raisonnable pour la signalisation très poussée de voies routières compliquera encore le problème. Comme avantage supplémentaire, l'invention donne une solution pratique à ce problème de la fa- brication de l'agrégat d'une manière économique.
Les caractéristiques de l'invention seront expliquées en se référant aux dessins annexés.
Les figures 1 et 2 sont des vues schématiques en coupe de particules suivant l'invention.
La figure 3 est un agrandissement des parties en forme de boucles a-a des figures 1 et 2.
La figure 4 est une vue latérale en élévation schématique montrant un ilot central de voie routière pourvu de l'agrégat catadioptrique de la pré- sente invention.
Plusieurs formes de réalisation particulières de l'invention seront maintenant expliquées par des exemples non limitatifs dans lesquels toutes les parties données sont en poids.
EXEMPLE 1.
De la roche Greystone était broyée et passée 'au tamis jusqu'à une dimension d'environ 10 à 20 mailles, c'est-à-dire en fragments suffisamment pe- tits pour traverser un tamis de 10 mailles et trop grandes pour traverser un tamis de 20 mailles. Environ 100 livres des granules obtenus étaient chargées
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dans un mélangeur de mortier et soumis à une insufflation d'air pour enlever les poussières. Aux granules dans le mélangeur, on ajoutait alors quatre livres d'une solution liante consistant en environ 25 parties de résines époxy et en environ 25 parties de résine polyamide dissoutes dans environ 50 parties de to- luène.
Des résines époxy, c'est-à-dire, des polyéthers glycidyliques rési- neux, sont disponibles dans le commerce et ont en moyenne plus d'un groupe 1,2-époxy dans une molécule. Elles peuvent être produites par la réaction de 2,2-bis(4-hydroxyphénol) propane (bisphénol A) et d'épichlorhydrine dans des milieux alcalins à des températures élevées dans la gamme approximative de 50 à 150 C. Dans la réaction, le bisphénol A peut être remplacé en tout ou en partie par divers autres phénols polyvalents, par exemple le résorcinol ou le 2,2-bis(4- hydroxyphénol)-butane, ou par des composés polyhydroxyliques, tels que du glycol éthylénique. De même, des sources de radicaux époxy autres que l'éRichlorhydri- ne peuvent être employées dans la réaction.
Comme'résine époxy employées dans la préparation de l'agrégat de cet exemple, on utilisait un mélange de parties égales de deux résines époxy vendues respectivement par la Shell Chemical Corpo- ration sous les marques "Epon 828" et "Epon 1001". L'Epon 828" est une résine époxy liquide qui fond à 8-12 C, a une viscosité Gardner-Holt à 25 C de Z5 à Z6, et un équivalent d'époxyde d'environ 190 à 210. En d'autres mots, environ 190 à 210 grammes de cette résine contiennent un gramme équivalent d'époxyde, c'est- à-dire de l'oxirane oxygène. L' "Epon 1001" est une résine époxy solide (prépa- rée par utilisation de moins de matière constituant la source de radical époxy dans le mélange de réaction que dans le cas de préparation de résines époxy li- quides) fondant à environ 64 à 76 C. Elle a un équivalent d'époxyde d'environ 450 à 525.
Sa couleur atteint un maximum de 8 sur l'échelle Gardner.
La résine polyamide de la formule réagit avec les résines époxy pour produire un durcissement de la composition et est le produit d'addition d'acides gras à longue chaîne polymérisés et d'amines, primaires et secondaires polyfonc- tionnelles. La résine polyamide particulière était': une résine obtenue dans le commerce sous la marque "Versamid 125" et préparée par le fabriquant Général Mills Inc. pour avoir un poids moléculaire moyen de 2000, un indice d'acide de 7, et une viscosité Brookfield d'environ 45.000 à 55.000 centistokes à 23 C.
Après addition de la solution liante aux granules dans le mélangeur de mortier, la fournée était soumise à des basculements et était mélangée jus- qu'à ce que pratiquement tout le toluène soit'évaporé. Durant ce mélange, les granules étaient pratiquement complétement revêtus d'une couche du mélange de résines époxy et polyamide. Dans la première phase du mélange, la solution de résines époxy et polyamide circulait sur les granules et tendait même à provo- quer une agglutination des granules revêtus. La poursuitedu mélange servait ce- pendant à rompre les agglomérats des granules révêtus de résine; l'évaporation du solvant laissait les revêtements de résine au degré désiré de viscosité pour les phases de traitement ultérieures mais insuffisante pour provoquer une agglu- tination.
Il sera évident, par conséquent, qu'en employant une composition et une technique de revêtement, telles que décrites, les granules revêtus collants résultants résistent à l'agglutination et restent sous forme de particules sépa- rées, si on le désire.
Aux granules révêtus collants dans le mélangeur, on ajoutait alors environ 100 livres de perles de verre revêtues d'argent. Les perles elles-mêmes étaient formées d'un verre transparent ayant un indice de réfraction d'environ 1,92 et unr poids spécifique d'environ 3,6. Des perles d'un diamètre moyen de l'ordre d'environ 300 à 70 microns étaient utilisées.
Dans la préparation des perles revêtues d'argent, on chargeait 1200 livres d'eau désionisée dans un récipient de mélange en acier inoxydable et on y dissolvait 12 livres de nitrate d'argent. Ensuite, on ajoutait 300 livres de perles propres, puis 25 livres d'une solution ammoniacale aqueuse à 28%, 42 livres
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d'une solution aqueuse à 23,8% de dextrose et 42 livres d'une 'solution aqueuse à 15,8% de potasse caustique. Le contenu était mélangé et on laissait se dérou- ler la réaction pendant environ 15 minutes dans le récipient de réaction. Ensuite, le contenu était versé dans un récipient à filtre où les perles revêtues d'ar- gent étaient recueillies et séparées de la solution des augres ingrédients. Les perles étaient ensuite lavées à l'eau et séchées en les faisant vibrer sur une plaque chauffée.
Normalement, 300 livres de perles peuvent être revêtues d'ar- gent dans la fournée décrite, mais l'importance de la fournée de perles à revê- tir d'argent varie suivant la dimension moyenne des perles de la fournée, de plus petites fournées étaient utilisées lorsque des perles de plus petit diamè- tre moyen sont traitées.
Après addition des perles revêtues d'argent aux granules revêtus de collants, une agitation ou un basculement du mélangeur était poursuivi pendant une période de temps aussi longue que nécessaire pour une répartition des per- les revêtues d'argent sur la surface collante des granules. Les surfaces rési- neuses collantes des granules prenaient rapidement les perles et il fallait très peu de mélange pour revêtir les granules de façon efficace par les perles. Cel- les-ci étaient à peu près à demi enfoncées dans la résine collante.
La fournée venant du mélangeur était ensuite versée sur un tamis de 40 mailles, où les perles libres représentant l'excès étaient enlevées par vibration du tamis avec chute des perles libres à travers celui-ci. Ensuite, l'agrégat était admis à vieillir à la température ambiante pendant au moins 24 hèures pour obtenir au moins une cuisson partielle de la liaison résineuse. Il était ensuite traité avec une solution d'attaque pour enlever le revêtement d'ar- gent, des surfaces de perle exposées extérieures.
Pour l'attaque, l'agrégat était versé dans une solution fournie par addition d'environ 34 livres de bichromate de potassium et de 11,5 livres d'aci- de sulfurique concentré à environ 405 livres d'eau.,Après environ 20 secondes, la solution d'attaque était enlevée de l'agrégat et l'agrégat attaqué était lavé à l'eau. L'agrégat humide était ensuite placé dans un four et chauffé jusqu'à environ 220 F pendant environ 16 heures pour le sécher et pour cuire pratique- ment totalement le revêtement de liaison résineux. Le revêtement cuit.résultant était résistant à l'attaque par les alcalis, tels que ceux que l'on trouve nor- malement sur les surfaces des routes et surfaces adjacentes. Il était insoluble dans tous les solvants courants et résistant à une dégradation par les intempé- ries.
Il retenait de façon efficace en place les très petits éléments catadiop- triques.
EXEMPLE 2
Le processus de l'exemple 1 était suivi sauf que les perles revêtues d'argent employées ici étaient formées en utilisant des perles ou lentilles sphériques de verre transparentes ayant un indice de réfraction de 2,5, un poids spécifique de 6,1 et un diamètre moyen de l'ordre de 30 à 70 microns.
EXEMPLE 3
Un agrégat préparé suivant l'exemple 1 était mélangé avec une quan- tité à peu près égale d'agrégat.préparé suivant l'exemple 2 pour donner une mas- se composée qui réfléchissait de façon brillante les faisceaux de lumière diri- gés sur cette masse sous des conditions climatiques humides ou sèches, quel que soit l'angle du faisceau incident.
Sous des conditions sèches, les particules d'agrégat réflecteur de l'exemple 1 fonctionnent de façon efficace pour donner une réflexion catadioptri que brillante des faisceaux incidents de lumière dirigés sur ces particules, et dans les cas où une féflexion catadioptrique brillante des faisceaux incidents de lumière est nécessaire sous des conditions sèches (par exemple, sur des sur- faces protégées des chutes de pluie, quelles soient horizontales ou à un certain
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angles par rapport à l'horizontale), l'agrégat de l'exemple 1 peut être utilisé seul.
Lorsqu'on désire une réflexion catadptrique brillante sous des con- ditions humides, comme lorsque l'agrégat est revêtu d'une mince pellicule d'eau, l'agrégat formé suivant l'exemple 2,se comporte de façon la plus efficace.
Le mélange complexe d'agrégats de l'exemple 3 fonctionne cependant pour donner une réflexion catadioptrique brillante de lumière sous des condi- tions humides ou sèches, et convient spécialement à l'utilisation pour la signa- lisation d'objets, tels que les bords inclinés des voies routières, les il8ts centraux, les courbes et les culées de ponts.
Il peut être facilement lié sous forme d'une couche dispersée irrégulière sur de telles surfaces en utilisant des pellicules de peinture courantes comme moyen de liaison pour fixer l'agrégat à la surface inclinée; sous des conditions humides ou sèches variables, un faisceau de lumière frappant le mélange d'agrégats à tous angle quelconque d'indicenoe est réfléchi catadoptriquement en un cône brillant dont l'axe coïncide prati- quement avec celui du faisceau incident.
En utilisant un mélange d'agrégats, tel que décrit à l'exemple 3, dans des gammes de dimensions d'environ 20 mailles jusqu'à environ 10 mailles, des pistes d'avions sont rendues visibles aux pilotes sur des distances attein- gant environ 2,5 miles, par réflexion catadioptrique de faisceaux de lumière pro- venant des lumières d'ailes de' l'avion en vol. On ne connaît aucune signalisa- tion réfléchissante capable même d'approcher un tel résultant.
EXEMPLE 4
Certaines exigences critiques en ce qui concerne les dimensions de l'agrégat réflecteur de la présente invention diovent être satisfaisantes lors- qu'on utilise cet. agrégat pour la signalisation de surfaces horizontales, pra- tiquement, planes, telles que des ilôts centraux de voies routières, de manière que ceux-ci restent visibles aux occupants d'une automobile sur de grandes dis- tances en avant sous des conditions humides à la nuit. L'agrégat pour cette uti- lisation doit être d'au moins de 8 mailles ou plus, c'est-à-dire, qu'il doit être d'une dimension suffisamment grande pour qu'il soit retenu sur et ne tra- verse pas un tamis d'environ 8 mailles.
Un agrégat extrêmement grand, par exem- ple un agrégat supérieur à environ 1 pouce de diamètre moyen, peut être employé avec succès pour une signalisation à longue distance de surfaces horizontales durant des chutes de pluie, mais de telles dimensions plus grandes offrent peu ou pas d'avantage sur des dimensions de la gamme allant d'environ 0,125 pouce de diamètre moyen jusqu'à un diamètre moyen approchant 1 pouce. En outre, la facili- té de la manipulation '.est sacrifiée au cas de dimensions supérieures à 1 pouce de diamètre moyen. Des dimensions préférées d'agrégat utilisé pour les besoins signalés se situent dans la gamme d'environ 0,125 à environ 0,5 pouce de diamètre moyen.
On comprendra que l'expression "diamètre moyen", telle qu'utilisée ici, se réfère à la dimension moyenne de particules, telle que déterminée par tamisa- ge et ne désigne pas un diamètre réel ou une forme sphérique récelle pour les particules.
En fait, la matière broyée ou réduite en fragments, utilse dans la fabrication de l'agrégat., peut être de toute forme. irrégulière, comme c'est évident de par les exemples.
L'importance critique de l'utilisation d'agrégats ayant un diamètre moyen d'au moins environ 0,125 pouce pour rendre des surfaces horizontales visi- %Les d'une automobile sur des grandes distances dans la nuit durant les chutes de pluie est illustrée par l'expérience suivante.
Un agrégat des diverses dimensions telles que données au tableau A, préparé suivant les indications données à l'exemple 2, était répandu à diverses concentrations, comme signalé au tableau A, sur des bandes de 100 pieds de lon- gueur sur un pied de largeur sur une voie routière en asphalte, après une première application d'un véhicule de peinture sur l'aire de chaque bande. Des agrégats de
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otites dimensions étaient bien fixés dans ce véhicule de peinture, lorsqu'ils étaient séchés sur la surface horizontale d'asphalte sous-jacente, tandis que des agrégats de plus grandes dimensions étaient mal liés (Pour un agrégat de plus grandes dimensions,, des liaisons solides peuvent être formées par pression de l'agrégat partiellement dans un revêtement d'asphalte fondu).
La concentration d'agrégat pour chaque dimension était modifiée pour produire environ la même brillance de réflexion pour chaque bande sous des conditions pluvieuses à la nuit, comme on l'expliquera. Durant une pluie orageuse la nuit, l'efficacité relative de chaque bande comme moyen de signalisation à longue distance était vérifiée en dirigeant les phares d'une automobile sur ces bandes (comme montré à la figure 4). Les résultats sont donnés au tableau A.
TABLEAU A.
EMI6.1
<tb>
Dimensions <SEP> d'agrégat <SEP> Concentration <SEP> en <SEP> Distance <SEP> à <SEP> partir <SEP> de <SEP> la-
<tb>
<tb> livres <SEP> par <SEP> quelle <SEP> la <SEP> bande <SEP> était
<tb> pouce <SEP> carré <SEP> visible <SEP> au <SEP> conducteur
<tb>
<tb> de <SEP> l'automobile <SEP> dans <SEP> une
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> plue <SEP> orageuse
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> mailles <SEP> 0,10 <SEP> 100 <SEP> pieds
<tb>
<tb> 20 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> " <SEP> 0,22 <SEP> 250 <SEP> "
<tb>
<tb> 10 <SEP> mailles <SEP> à <SEP> 0,125 <SEP> pouce <SEP> 0,41 <SEP> 300 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,125 <SEP> à <SEP> 0,25 <SEP> pouce <SEP> 0,74 <SEP> 750 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,25 <SEP> à <SEP> 0,375 <SEP> pouce <SEP> 1,25 <SEP> 750 <SEP> "
<tb>
Basé sur ce qui précède,
il est évident qu'une dimension d'agrégat d'au moins environ Oel25 pouce de diamètre moyen est nécessaire pour une percep- tion visible sur une surface horizontale par réflexion catadoptrique à une dis- tance de 500 pieds ou plus en avant d'une automobile durant un temps humide. Une perception visible d'objets à une distance de 500 pieds en avant est générale- ment considérée par des experts de sécurité comme une exigence minimum pour une conduite de nuit à grande vitesse en sécurité,
Au tableau B, sont données les proportions approximatives en poids des perles de verre, de la matière résineuse liante et de la substance de noyau pour l'agrégat de chaque dimension de particule employée dans le test ci-avant.
TABLEAU B
EMI6.2
<tb> Dimensions <SEP> d'agrégat <SEP> Perles <SEP> de <SEP> Liaison <SEP> Noyau
<tb>
EMI6.3
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ verre résineuse ¯¯¯¯
EMI6.4
<tb> 40 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> mailles <SEP> 36,3 <SEP> 3 <SEP> 60,7
<tb>
<tb> 20 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> mailles <SEP> 17,7 <SEP> 2 <SEP> 80,3
<tb>
<tb> 10 <SEP> mailles <SEP> à <SEP> 0,125 <SEP> pouce <SEP> 13,6 <SEP> 1,2 <SEP> 85,2
<tb>
<tb> 0,125 <SEP> à <SEP> 0,25 <SEP> pouce <SEP> 7,3 <SEP> 0,8 <SEP> 91,9
<tb>
<tb> 0,25 <SEP> à <SEP> 0,375 <SEP> pouce <SEP> 5,4 <SEP> ' <SEP> 0,6 <SEP> 94
<tb>
Grâce au tableau B,
on voit qu'une plus grande quantité en poids de l'agrégat de plus grandes dimensions est nécessaire pour une brillance catadiop- trique équivalent théoriquement étroitement à celle qui devrait être obtenue en utilisant des quantités relativement plus petites de l'agrégat de plus petites dimensions. Ceci est vrai car la quantité totale de lentilles sphériques, qui régle la quantité de lumière autooolimatée, est relativement plus basse par unité de poids pour l'agrégat de plus grandes dimensions que par unité de poids par l'agrégat de plus petites dimensions. De la sorte, la concentration modifiée d'a- grégats par yard carré, comme signalé au tableau A, est nécessaire pour une ré- flexion catadioptrique théorique, pratiquement équivalente, pour chaque bande.
EXEMPLE 5
Un agrégat réflecteur de grandes dimensions, spécialement conçu pour
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l'utilisation sur des épaulements de voies routières, où il n'est pas lié mais se trouve sous forme de roches libres sur ces épaulements, a été préparé par la méthode suivante.
,Environ 600 gr de roche trappéenne, tamisée à une gamme de dimen- sions d'environ 0,75 à environ 1 pouce étaient versés dans une solution composée d'environ 16,5 parties de la résine époxy "Epon 1001" et de 16,5 parties de la résine polyamide "Versamid 125", dissoutes dans environ 65 parties de toluène.
L'agrégat était retiré de la solution et placé sur un tamis pour être égoutté et séché à l'air jusqu'à ce que pratiquement tout le solvant soit évaporé. La roche revêtue de résine, collante résultante était ensuite mélangée dans un mélangeur culbuteur avec 100 gr de perles revêtues d'argent, préparées comme décrit dans l'exemple 1, après quoi l'excès de perles était enlevé du mélange par tamisage vibrant en utilisant un tamis de 40 mailles. Environ 10 gr de perles adhéraient aux 600 gr d'agrégat. L'agrégat revêtu était ensuite vieilli, attaqué, séché et cuit comme dans l'exemple 1.
Un des principaux avantages de l'agrégat de la gamme de dimensions décrite dans l'exemple réside dans son aptitude à rester en place sur une surfa- ce horizontale, même s'il n'est pas lié à la surface, et dans son aptitude à ré- sister lorsqu'il est recouvert de graviers libres ou analogues. Comme dans l'ex- emple 3, on utilisait des perles d'un indice de réfraction d'environ 1,9 et d'en- viron 2,5 dans la préparation de fournées séparées d'agrégat de la dimension décrite à l'exemple 5, après quoi les fournées étaient mélangés ensemble pour donner un mélange composite d'agrégat capable de réfléchir catadioptriquement et avec brillance une lumière incidente à la fois sous des conditions humides et séches.
L'agrégat de plus grandes dimensions de l'exemple 5 peut également être avantageusement utilisé pour rendre réfléchissant des bandes médianes, spécialement celles qui sont utilisées entre les voies ou bandes de circulation d'une route. Ces bandes consistent essentiellement en petites roches ou similai- res perlées de façon désordonnée.
EXEMPLE 6
Au lieu de la liaison de résine époxy des exemples précédents, on utilisait une liaison de résine de polyuréthane pour fixer les perles de verre à un noyau pierreux sous- jacent. Sauf indications contraires, les conditions de traitement et le processus employé à l'exemple 1 étaient également utilisés dans la préparation des objets de l'exemple 6.
Environ 8 parties d'une solution de liaison à résine et uréthane étaient appliquées à environ 200 parties d'une matière de noyau constant en un gravier du type pois, ayant une gamme de dimensions de 0,125 à 0,375 pouce. La solution de liaison d'uréthane consistait en 14el parties de "Mondur C" et en 18,8 parties de "Multron R-10" dissoutes dans environ 67,1 parties d'acétate d'éthyle.
"Mondur C" est la marque utilisée par la Mobay Chemical Company pour un complexe d'isocyanate polyfonctionnel que l'on croit consister en le produit de réaction formé en faisant réagir des quantités stoechiométriques de diisocya- nate de toluène et de triméthylol propane à environ 60 C et à environ 60% en poids de concentration de solides, dans une solution d'acétate d'éthyle. Les ra- dicaux isocyanate (NCO) dans le "Mondur C" s'élèvent à environ 14,2% du poids de celui-ci. Tel qu'utilisé dans cet exemple 6, le "Mondur C" consistait en environ 75% en poids de solides de résine, dissous dans l'acétate d'éthyle.
"Multron R-10" est la marque utilisée par le fabricant, Molbay Che- mical Company, pour un composé polyester qui réagit à la chaleur avec le "Mondur C" pour produire une masse résineuse cuite non gluante. On croit que le "Multron C-10" consiste principalement en le produit de réaction de l'anhydride phtalique
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@@ de l'acide adipique avec du glycol diéthylénique et du triméthylol propane.
D'après le fabricant, il a un indice de OH de 205 à 220, un indice d'acide de moins de 4, une viscosité à 163 F d'environ 640 à 840 centistokes et une densi- té à 77 F de 1,130 Tel qu'utilisé dans cet exemple 6, le "Multron R-10" compre- nait environ 50% en poids de solides dissous dans de l'acétate d'éthyle.
La solution de liaison était mélangée avec le gravier jusqu'à ce que le solvant formé par l'acétate d'éthyle soit pratiquement totalement évaporé.
Ce mélange avait pour résultat que le gravier était pratiquement totalement re- couvert d'un revêtement d'uréthane gluant. Ensuite, on ajoutait 200 gr de perles revêtues d'argent et l'agitation du mélange était poursuivie pendant une période suffisamment longue pour que le revêtement gluant de la matière de noyau fixe les perles revêtues d'argent et se recouvre d'une surface de ces perles.
Les perles libres étaient ensuite séparées de l'agrégat revêtu et ensuite celui-ci était maintenu à environ 350 F pendant 2 heures pour réaliser la cuisson de la liaison de polyuréthane. Le produit était soumis à une attaque et séché comme à l'exemple la
Deux fournées différentes d'agrégat réflecteur préparé suivant l'exemple 6 étaient formées, comme dans les exemples 1 et 2, en utilisant des perles ayant les deux indices de réfraction signalés, et les fournées étaient ensuite mélangées pour donner une masse composée capable de réfléchir la lumiè- re catadioptriquement sous des conditions humides ou sèches et quel que soit l'angle du faisceau incident.
En se référant maintenant aux figures 1 et 2, l'agrégat réflecteur des exemples précédents, est représenté comme comprenant un élément formant noyau rigide 10 recouvert d'un revêtement de liaison 11 et d'une couche, ren- voyant la lumière, de petites lentilles sphériques transparentes 12 comportant des moyens réfléchissant la lumière 13 se situant sous les extrémités 'intérieu- res des sphères et associées en liaison optique avec celles-ci. Comme spéciale- ment illustré à la figure 3, chaque lentille sphérique, c'est-à-dire, chaque per- le de verre 12 de l'agrégat est orientée dans une position située en avant de la surface hémisphérique réfléchissant la lumière à la manière d'un miroir, for- mée par le revêtement 13, celui-ci étant donc contigu à l'extrémité intérieure ou arrière de la lentille sphérique.
Le revêtement de liaison 11 est interposé entre le revêtement d'argent hémisphérique 13 des lentilles 12 et le noyau cen- tral 10. L'agencement optique, tel qu'illustré à la figure 3, est tel que la brillance de la réflexion lumineuse pour l'agrégat est de loin supérieure à cel- le de surfaces peintes en blanc, des brillances de réflexion aussi élevées que 450 fois la brillance d'une peinture blanche ou plus étant aisément obtenues en utilisant l'agrégat formé par le processus illustré à l'exemple 1.
A la figure 4, les agrégats 20 sont supposés être placés sur un ter- rain horizontal 21 et être revêtus d'une pellicule d'eau 22 ; le faisceau inci- dent est désigné par 23, tandis que le cône de lumière réfléchie catadioptrique- ment est désigné par 24.
Lorsque la brillance peut être sacrifiée jusqu'à un certain point, des paillettes d'aluminium ou analogues peuvent être utilisées comme moyen ré- flecteur spéculaire se disposant sous les lentilles sphériques près du noyau initial rigideo
Les noyaux rigides de l'agrégat de la présente invention peuvent être de forme irrégulière, sphérique ou elliptique. Des matières telles que de la roche broyée et du gravier, tamisées aux dimensions-de particules suivant les principes décrits, conviennent bien.
D'une façon générale, la matière du noyais aura un poids spécifique compris entre environ 2,4 et 2,9, mais certaines matiè- res dilatées ayant un poids spécifique aussi bas que 1,5 environ se sont aussi avérées satisfaisanteso On peut employer encore d'autres matières, même celles ayant encore un plus bas poids spécifique.
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Pour la matière de liaison appliquée sous forme d'un revêtement au- tour du noyau rigide, on a trouvé préférable d'utiliser des compositions rési- neuses pouvant faire prise ou cuire à la chaleur et qui sont dures, non cassan- tes, résistantes aux produits chimiques, aux intempéries et aux solvants, à l'état cuit. D'autres matières convenables peuvent cependant être employées pour fixer en place les lentilles sphériques autour du noyau central pour autant que les caractéristiques optiques essentielles soient maintenues. Sous ce rap- port, il est important de choisir des matières de liaison, qui ne coulent pas par-dessus en n'enferment pas complètement les perles revêtues d'argent, ce qui empêcherait l'accès à l'hémisphère d'argent faisant face vers l'extérieur, qui doit être enlevée des perles avant qu'elles ne puissent servir comme petites lentilles.
C'est ainsi que des matières résineuses pouvant être cuites à la cha- leur, destinées à une telle liaison, doivent être et rester suffisamment vis- queuses et collantes pour retenir les perles revêtues d'argent en place durant tout cycle de cuisson quelconque et durant les phases préliminaires à celui-ci; de telles résines ne devraient pas couler par-dessus les perles revêtues noyées partiellement dans ces résines.
L'indice de réfraction efficace des perles ou lentilles sphériques est, de préférence,.d'environ 1,9, dans les cas où on désire une réflexion catadioptrique brillante de l'ordre le plus élevé sous des conditions sèches, et de préférence d'environ 2,5,dans les cas où une réflexion catadioptrique brillante de l'ordre le plus élevé est désirée sous des conditions humides, com- me dans le cas où les surfaces d'agrégat sont recouvertes, d'une mince pellicule d'eau. D'une façon générale, cependant, des lentilles sphériques d'un indice de réfraction moyen, de même que celles ayant des indices de réfraction variant de 1,7 à 2,9 environ, peuvent être utilisées pour donner des produits de caractère intéressant.
Une caractéristique des produits employant des perles d'un indice de réfraction de 1,9 et 2,5 est la nature lenticulaire de leurs surfaces. Il est impératif, pour une réflexion catadioptrique de caractère le plus brillant, durant des périodes de chute de pluie, lorsque les objets revêtus en employant des perles d'un indice de réfraction de 2,5 sont recouverts d'une mince pelli- cule d'eau, que ces perles ne soient que partiellement noyées dans le revêtement de liaison résineux, et que la partie hémisphérique extérieure des perles soit laissée exposée de manière à être libre de tout contact avec l'eau.
On peut sa- tisfaire facilement cette exigence critique dans des objets en agrégats petits mais massifs, tels que développés ci-avant, en suivant les enseignements donnés par la présente invention, même si des perles extrêmement petites ayant un dia- mètre moyen compris entre environ 15 et 125 microns constituent les dimensions préférées à employer dans la fabrication de l'agrégat. D'autres facteurs étant égaux, on a trouvé que des perles de la gamme de dimensions de 15 à 125 microns donnent la plus grande brillance de réflexion catadioptrique dans les structures d'agrégats.
Si on le désire, l'agrégat peut être réaliser de manière à apparaître coloré le jour ou la nuit, ou bien le jour et la nuit. Par exemple, la couche de liaison peut.être colorée par des pigments ou colorants, et les lentilles sphériques elles-mêmes peuvent être formées de verre coloré. L'agrégat illustré dans les exemples peut être avantageusement formé de manière à présenter l'ap- parence d'une roche ou pierre terne et sale pendant le jour, tout en étant la nuit pleinement efficace pour réfléchir catadioptriquement la lumière qu'elle reçoit.
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@ The present invention relates to an aggregate (mass) of catadioptric particles, separated, resistant to crushing and manipulable. Each particle comprises a rigid core having an adherent coating of a layer of small transparent spherical lenses and specular light reflecting means, which are optically bonded to the inner ends of the spherical lenses to produce catadioptric reflection of the beams. light incident which strikes the particles regardless of the angle at which the incident beam strikes the particles when they are supported in the position of use.
The reflective aggregate of the present invention is especially useful for making attention-drawing, highly visible signage means for flat horizontal surfaces, such as runways, runways, jumps or shoulders. roads, the central islands of roadways and the elements separating the traffic lanes, for which the drivers of vehicles, especially the drivers of automobiles and airplanes, desire an improvement in visual perception at night on the roads or tracks up to a very great distance in front of their vehicle.
The aggregate of the invention can also be used to mark rooms or locations, such as bridge abutments, curves, curbs, sign posts and sloping dividers for traffic lanes. , but it will be found most interesting to mark horizontal surfaces, such as roads, to make them visible at great distances ahead; this can be achieved by the invention even under very bad conditions, such as during periods of rainfall.
During rainfall, a thin film of water forms on the horizontal surfaces of a road, and this film of water reflects the beams of the headlights of an automobile to the point that more than about 82% of light from the headlights is reflected away from the road surface at distances of 100 feet or more in front of the automobile, with the result that the road surface remains unlit for the driver.
The central road lanes marked with the reflector aggregate of the present invention, however, remain visible to the driver of an automobile during periods of rainfall for distances of up to 500 feet or more, as will be shown.
Known flat surface structures which act to give a catadioptric effect even when covered with water do not have the high angular characteristics necessary for use on horizontal roads. In signaling systems for horizontal roads, a very large angular rate is necessary to cause an incident light beam from a vehicle, such as an automobile, to be reflected rearward towards the occupants of the vehicle. the automobile in the form of a hot cone whose axis is practically common with that of the incident beam; this is the essential characteristic of the catadioptric reflection of light.
Contrary to the previous teachings that a catadioptric structure must have a flat surface to prevent light disappearance caused by water, the present invention provides a solution to the problem of this light disappearance caused by water. water with retro-reflecting structures, without necessarily using a flat surface. Instead of this, it has in fact been found that it is possible to use a stony or lenticular surface, such as that presented by a series of pearls embedded almost halfway in a binder, even though the technique Anterior signals the inability of such a structure to function to give a shiny catadioptric effect when coated with a film of water.
The elements of the present catadioptric aggregate and its arrangement by which the above result is obtained constitute the important features of the present invention.
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In general, the present invention makes it possible to provide for the first time a practical composite mixture of shiny catadioptric objects, useful for producing signs on horizontal surfaces which are visible to the occupants of an automobile or, to the pilot of an airplane at great distances under both wet and dry conditions at night. The invention also provides a novel object which is conveniently handled and which has a bright catadioptric effect regardless of the direction of an incident beam striking it.
Further, the invention provides an object comprising a robust core surrounded by transparent spherical lenses which are bonded to the core and which furthermore are provided with very small reflecting means located internally to the structure, so as to produce a bright catadioptric reflection. of an incident beam.
The reflection of the light produced by the very small reflecting means which lie under the spherical lenses of the individual particles which form the aggregate is characterized as being specular (as opposed to scattering or scattering) because that a reflection in the manner of a mirror predominates with the structure of the object. The preferred form for small medium reflectors is a thin, essentially hemispherical coating of silver or the like provided on the rear end of the spherical lens, i.e., the portion of the lens. spherical lens that arises within the structure of the particle.
Obtaining the necessary optical and structural relationships in the particles will be readily accomplished although presenting a serious manufacturing problem. Spherical lenses are spread over the surface of an underlying core element and are approximately halfway embedded or embedded in a durable binder resistant to chemicals, weathering and solvents.
As the core can take a variety of shapes and have varying degrees of holes and irregularities on its surface, a serious problem arises in providing on such core material a bright catadioptric coating. , a series of light reflecting spherical lenses to be oriented each having a specular substantially hemispherical datadioptric coating on their rear or inner end.
Carrying out the above in an economical manner so that the resulting amenity can be reasonably priced for very extensive road signage will further complicate the problem. As a further advantage, the invention provides a practical solution to this problem of manufacturing the aggregate in an economical manner.
The characteristics of the invention will be explained with reference to the accompanying drawings.
Figures 1 and 2 are schematic sectional views of particles according to the invention.
Figure 3 is an enlargement of the loop-shaped parts a-a of Figures 1 and 2.
Figure 4 is a schematic side elevational view showing a central roadway island provided with the catadioptric aggregate of the present invention.
Several particular embodiments of the invention will now be explained by non-limiting examples in which all the parts given are by weight.
EXAMPLE 1.
Greystone rock was crushed and sieved to a size of about 10 to 20 mesh, that is, fragments small enough to pass a 10 mesh sieve and too large to pass through a sieve. 20 mesh sieve. About 100 pounds of the resulting granules were loaded
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in a mortar mixer and subjected to air blowing to remove dust. To the granules in the mixer, four pounds of a binder solution was then added consisting of about 25 parts of epoxy resins and about 25 parts of polyamide resin dissolved in about 50 parts of toluene.
Epoxy resins, ie, resinous glycidyl polyethers, are commercially available and have on average more than one 1,2-epoxy group in a molecule. They can be produced by the reaction of 2,2-bis (4-hydroxyphenol) propane (bisphenol A) and epichlorohydrin in alkaline media at elevated temperatures in the approximate range of 50 to 150 C. In the reaction, the bisphenol A can be replaced in whole or in part by various other polyvalent phenols, for example resorcinol or 2,2-bis (4-hydroxyphenol) -butane, or by polyhydroxy compounds, such as ethylenic glycol. Likewise, sources of epoxy radicals other than eRichlorohydrin can be employed in the reaction.
As the epoxy resin employed in the preparation of the aggregate of this example, a mixture of equal parts of two epoxy resins sold respectively by the Shell Chemical Corporation under the trade names "Epon 828" and "Epon 1001" was used. The Epon 828 "is a liquid epoxy resin which melts at 8-12 C, has a Gardner-Holt viscosity at 25 C from Z5 to Z6, and an epoxy equivalent of about 190 to 210. In other words , about 190 to 210 grams of this resin contains one gram equivalent of epoxy, ie oxirane oxygen. "Epon 1001" is a solid epoxy resin (prepared by using less than a material constituting the source of epoxy radical in the reaction mixture as in the case of preparing liquid epoxy resins) melting at about 64 to 76 C. It has an epoxy equivalent of about 450 to 525.
Its color reaches a maximum of 8 on the Gardner scale.
The polyamide resin of the formula reacts with the epoxy resins to produce curing of the composition and is the adduct of polymerized long chain fatty acids and polyfunctional primary and secondary amines. The particular polyamide resin was: a resin obtained commercially under the trademark "Versamid 125" and prepared by the manufacturer General Mills Inc. to have an average molecular weight of 2000, an acid number of 7, and a Brookfield viscosity. from about 45,000 to 55,000 centistokes at 23 C.
After adding the binder solution to the granules in the mortar mixer, the batch was rocked and mixed until substantially all of the toluene had evaporated. During this mixing, the granules were substantially completely coated with a layer of the mixture of epoxy and polyamide resins. In the first phase of mixing, the solution of epoxy and polyamide resins circulated over the granules and even tended to cause agglutination of the coated granules. Continued mixing, however, served to break up the agglomerates of the resin-coated granules; evaporation of the solvent left the resin coatings at the desired level of viscosity for subsequent processing steps but insufficient to cause clumping.
It will be evident, therefore, that by employing a composition and coating technique, as described, the resulting tacky coated granules resist clumping and remain as separate particles, if desired.
To the sticky coated granules in the mixer, about 100 pounds of silver coated glass beads were then added. The beads themselves were formed of a transparent glass having a refractive index of about 1.92 and a specific gravity of about 3.6. Beads with an average diameter of the order of about 300 to 70 microns were used.
In preparing the silver coated beads, 1200 pounds of deionized water was loaded into a stainless steel mixing vessel and 12 pounds of silver nitrate dissolved therein. Then 300 pounds of clean beads were added, followed by 25 pounds of a 28% aqueous ammonia solution, 42 pounds
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of a 23.8% aqueous solution of dextrose and 42 pounds of a 15.8% aqueous solution of caustic potassium hydroxide. The contents were mixed and the reaction allowed to proceed for about 15 minutes in the reaction vessel. Then the contents were poured into a filter vessel where the silver coated beads were collected and separated from the solution of the other ingredients. The beads were then washed with water and dried by vibrating them on a heated plate.
Normally 300 pounds of beads can be silver coated in the batch described, but the size of the batch of silver coated beads varies with the average size of the beads in the batch, smaller batches. were used when beads of smaller average diameter are processed.
After adding the silver coated beads to the sticky coated granules, agitation or rocking of the mixer was continued for as long a period of time as necessary for distribution of the silver coated beads on the sticky surface of the granules. The sticky resinous surfaces of the granules quickly set the beads and very little mixing was required to effectively coat the granules with the beads. These were roughly halfway into the sticky resin.
The batch from the mixer was then poured onto a 40 mesh sieve, where the loose beads representing the excess were vibrated off the sieve with the free beads falling through it. Then the aggregate was allowed to age at room temperature for at least 24 hours to achieve at least partial curing of the resinous bond. It was then treated with an etching solution to remove the silver coating from the exterior exposed pearl surfaces.
For the attack, the aggregate was poured into a solution provided by adding about 34 pounds of potassium dichromate and 11.5 pounds of concentrated sulfuric acid to about 405 pounds of water. seconds, the etching solution was removed from the aggregate and the etched aggregate was washed with water. The wet aggregate was then placed in an oven and heated to about 220 ° F for about 16 hours to dry it and to substantially cure the resinous bond coat. The resulting baked coating was resistant to attack by alkalis, such as those normally found on road surfaces and adjacent surfaces. It was insoluble in all common solvents and resistant to weathering degradation.
It effectively held very small reflective elements in place.
EXAMPLE 2
The procedure of Example 1 was followed except that the silver coated beads employed herein were formed using transparent glass spherical beads or lenses having a refractive index of 2.5, a specific gravity of 6.1 and a average diameter of the order of 30 to 70 microns.
EXAMPLE 3
An aggregate prepared according to Example 1 was mixed with an approximately equal amount of aggregate prepared according to Example 2 to give a composite mass which brilliantly reflected the light beams directed thereon. mass under wet or dry climatic conditions, regardless of the angle of the incident beam.
Under dry conditions, the reflective aggregate particles of Example 1 function effectively to give a bright catadioptric reflection of the incident light beams directed at these particles, and in cases where a bright catadioptric reflection of the incident beams of light is required under dry conditions (for example, on surfaces protected from falling rain, whether horizontal or at a certain
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angles relative to the horizontal), the aggregate of Example 1 can be used alone.
When a bright catadptric reflection is desired under humid conditions, such as when the aggregate is coated with a thin film of water, the aggregate formed according to Example 2 behaves most efficiently.
The complex mixture of aggregates of Example 3, however, works to give a bright catadioptric reflection of light under wet or dry conditions, and is especially suitable for use in signaling objects, such as edges. inclined roads, central islands, curves and bridge abutments.
It can be easily bonded as an uneven dispersed layer on such surfaces using common paint films as a bonding means to secure the aggregate to the inclined surface; under varying wet or dry conditions, a beam of light striking the mixture of aggregates at any indicenoe angle is catadoptically reflected into a bright cone whose axis substantially coincides with that of the incident beam.
By using a mixture of aggregates, as described in Example 3, in size ranges from about 20 meshes up to about 10 meshes, airplane tracks are made visible to pilots for distances up to. about 2.5 miles, by catadioptric reflection of beams of light from the wing lights of the aircraft in flight. No reflective signage capable of even approaching such a result is known.
EXAMPLE 4
Certain critical requirements with regard to the dimensions of the reflective aggregate of the present invention must be satisfied when this is used. aggregate for the signaling of horizontal, practically flat surfaces, such as central road blocks, so that these remain visible to occupants of an automobile over great distances ahead under wet conditions at the night. The aggregate for this use must be at least 8 meshes or more, that is, it must be of a size large enough that it is retained on and not tra- pour a sieve of about 8 mesh.
An extremely large aggregate, eg, one greater than about 1 inch in average diameter, can be used successfully for long distance signage of horizontal surfaces during rainfall, but such larger dimensions provide little or no more over sizes ranging from about 0.125 inch in average diameter to an average diameter approaching 1 inch. Further, ease of handling is sacrificed in the case of dimensions greater than 1 inch in average diameter. Preferred sizes of aggregate used for the stated purposes are in the range of about 0.125 to about 0.5 inch in average diameter.
It will be understood that the term "average diameter", as used herein, refers to the average size of particles, as determined by sieving, and does not mean an actual diameter or actual spherical shape for the particles.
In fact, the crushed or fragmented material used in the manufacture of the aggregate can be of any shape. irregular, as is evident from the examples.
The critical importance of using aggregates having an average diameter of at least about 0.125 inch to make horizontal surfaces visible from an automobile over great distances at night during rainfall is illustrated by the following experience.
An aggregate of the various sizes as given in Table A, prepared according to the directions given in Example 2, was spread at various concentrations, as reported in Table A, on strips 100 feet long by one foot wide. on an asphalt roadway, after a first application of a paint vehicle on the area of each strip. Aggregates of
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Dimensional ear infections were well fixed in this paint vehicle, when dried on the underlying horizontal asphalt surface, while larger sized aggregates were poorly bonded (For larger aggregate, bonds solids can be formed by pressing the aggregate partially into a molten asphalt pavement).
The aggregate concentration for each dimension was changed to produce approximately the same reflective brightness for each band under rainy conditions at night, as will be explained. During a stormy rain at night, the relative effectiveness of each strip as a means of long-range signaling was verified by directing the headlights of an automobile to these strips (as shown in Figure 4). The results are given in Table A.
TABLE A.
EMI6.1
<tb>
Dimensions <SEP> of aggregate <SEP> Concentration <SEP> in <SEP> Distance <SEP> to <SEP> from <SEP> of <SEP> la-
<tb>
<tb> books <SEP> by <SEP> what <SEP> the <SEP> tape <SEP> was
<tb> inch <SEP> square <SEP> visible <SEP> to the <SEP> conductor
<tb>
<tb> from <SEP> the automobile <SEP> in <SEP> a
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> most <SEP> stormy
<tb>
<tb>
<tb> 40 <SEP> to <SEP> 20 <SEP> meshes <SEP> 0.10 <SEP> 100 <SEP> feet
<tb>
<tb> 20 <SEP> to <SEP> 10 <SEP> "<SEP> 0.22 <SEP> 250 <SEP>"
<tb>
<tb> 10 <SEP> meshes <SEP> to <SEP> 0.125 <SEP> inch <SEP> 0.41 <SEP> 300 <SEP> "
<tb>
<tb> 0.125 <SEP> to <SEP> 0.25 <SEP> inch <SEP> 0.74 <SEP> 750 <SEP> "
<tb>
<tb> 0.25 <SEP> to <SEP> 0.375 <SEP> inch <SEP> 1.25 <SEP> 750 <SEP> "
<tb>
Based on the above,
it is evident that an aggregate size of at least about 0.125 inches in average diameter is required for perception visible on a horizontal surface by catadopter reflection at a distance of 500 feet or more in front of a automobile during wet weather. A visible perception of objects at a distance of 500 feet ahead is generally considered by safety experts as a minimum requirement for safe high-speed night driving,
In Table B are given the approximate proportions by weight of glass beads, resinous binder material and core substance for the aggregate of each particle size employed in the above test.
TABLE B
EMI6.2
<tb> Dimensions <SEP> of aggregate <SEP> Beads <SEP> of <SEP> Link <SEP> Core
<tb>
EMI6.3
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ resinous glass ¯¯¯¯
EMI6.4
<tb> 40 <SEP> to <SEP> 20 <SEP> meshes <SEP> 36.3 <SEP> 3 <SEP> 60.7
<tb>
<tb> 20 <SEP> to <SEP> 10 <SEP> meshes <SEP> 17.7 <SEP> 2 <SEP> 80.3
<tb>
<tb> 10 <SEP> meshes <SEP> to <SEP> 0.125 <SEP> inch <SEP> 13.6 <SEP> 1.2 <SEP> 85.2
<tb>
<tb> 0.125 <SEP> to <SEP> 0.25 <SEP> inch <SEP> 7.3 <SEP> 0.8 <SEP> 91.9
<tb>
<tb> 0.25 <SEP> to <SEP> 0.375 <SEP> inch <SEP> 5.4 <SEP> '<SEP> 0.6 <SEP> 94
<tb>
Thanks to table B,
it is seen that a greater amount by weight of the larger size aggregate is required for a reflective sheen closely equivalent in theory to that which should be achieved using relatively smaller amounts of the smaller size aggregate . This is true because the total amount of spherical lenses, which controls the amount of autooolimated light, is relatively lower per unit weight for the larger size aggregate than per unit weight for the smaller size aggregate. Thus, the modified concentration of aggregates per square yard, as shown in Table A, is necessary for a theoretical, substantially equivalent, catadioptric reflection for each band.
EXAMPLE 5
A large reflective unit, specially designed for
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the use on road shoulders, where it is not bonded but is found as loose rock on these shoulders, was prepared by the following method.
About 600 grams of Trappean rock, sieved to a size range of about 0.75 to about 1 inch was poured into a solution composed of about 16.5 parts of the epoxy resin "Epon 1001" and 16 , 5 parts of the polyamide resin “Versamid 125”, dissolved in approximately 65 parts of toluene.
The aggregate was removed from the solution and placed on a sieve to drain and air dry until substantially all of the solvent had evaporated. The resulting sticky, resin-coated rock was then mixed in a tumbler mixer with 100 g of silver coated beads, prepared as described in Example 1, after which the excess beads were removed from the mixture by vibrating sieving using a 40 mesh sieve. About 10 g of pearls adhered to the 600 g of aggregate. The coated aggregate was then aged, etched, dried and fired as in Example 1.
One of the main advantages of the size range aggregate described in the example is its ability to stay in place on a horizontal surface, even if it is not bound to the surface, and its ability to resist when covered with loose gravel or the like. As in Example 3, beads with a refractive index of about 1.9 and about 2.5 were used in preparing separate batches of aggregate of the size described in Fig. Example 5, after which the batches were mixed together to give a composite aggregate blend capable of catadioptrically and brilliantly reflecting incident light both under wet and dry conditions.
The larger size aggregate of Example 5 can also be advantageously used to reflect median bands, especially those which are used between lanes or lanes of traffic on a road. These bands consist essentially of small rocks or similar pearls in a disorderly fashion.
EXAMPLE 6
Instead of the epoxy resin bond from the previous examples, a polyurethane resin bond was used to attach the glass beads to an underlying stony core. Unless otherwise stated, the processing conditions and process employed in Example 1 were also used in the preparation of the objects of Example 6.
About 8 parts of a resin urethane binder solution was applied to about 200 parts of a pea-type gravel constant core material, having a size range of 0.125 to 0.375 inch. The urethane binding solution consisted of 14.1 parts of "Mondur C" and 18.8 parts of "Multron R-10" dissolved in about 67.1 parts of ethyl acetate.
"Mondur C" is the trademark used by the Mobay Chemical Company for a polyfunctional isocyanate complex believed to be the reaction product formed by reacting stoichiometric amounts of toluene diisocyanate and trimethylol propane at about 60 ° C and about 60% by weight solids concentration, in ethyl acetate solution. The isocyanate (NCO) radicals in "Mondur C" amount to about 14.2% by weight thereof. As used in this Example 6, "Mondur C" consisted of about 75% by weight resin solids, dissolved in ethyl acetate.
"Multron R-10" is the trade mark used by the manufacturer, Molbay Chemical Company, for a polyester compound which reacts with heat with "Mondur C" to produce a non-sticky baked resinous mass. It is believed that "Multron C-10" consists primarily of the reaction product of phthalic anhydride.
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@@ adipic acid with diethylenic glycol and trimethylol propane.
According to the manufacturer, it has an OH number of 205 to 220, an acid number of less than 4, a viscosity at 163 F of about 640 to 840 centistokes and a density at 77 F of 1.130 Tel. As used in this Example 6, "Multron R-10" comprised about 50% by weight solids dissolved in ethyl acetate.
The binding solution was mixed with the gravel until the solvent formed by the ethyl acetate was almost completely evaporated.
This mixing resulted in the gravel being almost completely covered with a sticky urethane coating. Then, 200 grams of the silver coated beads were added and the stirring of the mixture continued for a period long enough that the sticky coating of the core material fixed the silver coated beads and covered with a surface of. these pearls.
The loose beads were then separated from the coated aggregate and then this was held at about 350 F for 2 hours to cure the polyurethane bond. The product was subjected to attack and dried as in the example above.
Two different batches of reflective aggregate prepared according to Example 6 were formed, as in Examples 1 and 2, using beads having the two reported refractive indices, and the batches were then mixed to give a composite mass capable of reflecting. light catadioptrically under wet or dry conditions and regardless of the angle of the incident beam.
Referring now to Figures 1 and 2, the reflective aggregate of the preceding examples is shown as comprising a rigid core member 10 covered with a tie coating 11 and a light-reflecting layer of small pieces. Transparent spherical lenses 12 having light reflecting means 13 located under the inner ends of the spheres and associated in optical connection therewith. As specially illustrated in Figure 3, each spherical lens, i.e., each glass bead 12 of the aggregate is oriented in a position forward of the hemispherical surface reflecting light to the like a mirror, formed by the coating 13, the latter therefore being contiguous with the inner or rear end of the spherical lens.
The bond coating 11 is interposed between the hemispherical silver coating 13 of the lenses 12 and the central core 10. The optical arrangement, as illustrated in FIG. 3, is such that the brightness of the light reflection for the aggregate is far superior to that of white painted surfaces, reflection brightnesses as high as 450 times the gloss of a white paint or higher being readily obtained using the aggregate formed by the process illustrated in l example 1.
In Figure 4, the aggregates 20 are assumed to be placed on a horizontal ground 21 and to be coated with a film of water 22; the incident beam is designated by 23, while the cone of catadioptrically reflected light is designated by 24.
When the gloss can be sacrificed to a certain extent, aluminum flakes or the like can be used as a specular reflector means disposed under the spherical lenses near the initial rigid core.
The rigid cores of the aggregate of the present invention may be irregular, spherical or elliptical in shape. Materials such as crushed rock and gravel, sieved to particle sizes according to the principles described, are well suited.
Generally, the core material will have a specific gravity of between about 2.4 and 2.9, but certain expanded materials having a specific gravity as low as about 1.5 have also been found to be satisfactory. still other materials, even those having a still lower specific weight.
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For the bonding material applied as a coating around the rigid core, it has been found preferable to use resinous compositions which can set or cook with heat and which are hard, non-brittle, strong. chemicals, weathering and solvents, when cooked. Other suitable materials, however, may be employed to secure the spherical lenses in place around the central core as long as the essential optical characteristics are maintained. In this connection, it is important to choose binding materials, which do not flow over or completely enclose the silver coated beads, which would prevent access to the silver hemisphere making facing out, which must be removed from the beads before they can serve as small lenses.
Thus, heat-cookable resinous materials intended for such bonding must be and remain sufficiently viscous and tacky to hold the silver-coated beads in place during any firing cycle and during the preliminary stages thereof; such resins should not flow over coated beads partially embedded in these resins.
The effective refractive index of the spherical beads or lenses is preferably about 1.9, in those cases where a bright highest order catadioptric reflection is desired under dry conditions, and more preferably. 'about 2.5, in cases where a bright catadioptric reflection of the highest order is desired under humid conditions, such as where the aggregate surfaces are covered, with a thin film of water. Generally, however, spherical lenses of an average refractive index, as well as those having refractive indices varying from about 1.7 to 2.9, can be used to provide products of interesting character.
A feature of products employing refractive index beads of 1.9 and 2.5 is the lenticular nature of their surfaces. It is imperative for a catadioptric reflection of the brightest character during periods of rainfall, when the objects coated using beads with a refractive index of 2.5 are covered with a thin film of water, that these beads are only partially embedded in the resinous bond coating, and that the outer hemispherical portion of the beads is left exposed so as to be free from contact with water.
This critical requirement can easily be met in small but massive aggregate objects, as discussed above, by following the teachings of the present invention, even though extremely small beads having an average diameter of between about. 15 and 125 microns are the preferred sizes to be employed in the manufacture of the aggregate. Other factors being equal, beads in the size range of 15 to 125 microns have been found to give the greatest catadioptric reflective brightness in aggregate structures.
If desired, the aggregate can be made so as to appear colored day or night, or day and night. For example, the tie layer can be colored with pigments or dyes, and the spherical lenses themselves can be formed of colored glass. The aggregate illustrated in the examples can be advantageously formed to have the appearance of a dull and dirty rock or stone during the day, while being fully effective at night in reflecting catadioptrically the light it receives.
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