CN101395497A - 阻燃回射膜结构 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种阻燃耐热回射结构。大体来说，所述回射结构包括：透明塑化聚氯乙烯膜、在所述透明塑化聚氯乙烯膜下方的回射立方角元件阵列、在所述回射立方角元件阵列下方的阻燃耐热粘接剂、以及与所述阻燃耐热粘接剂粘合的阻燃编织物。

Description

阻燃回射膜结构
背景技术
回射材料用于各种安全和装饰目的。特别是在夜间，当在低光照条件下可见度十分重要时，这些材料极为有用。利用优良的回射材料，光线可以基本上沿回射轴以实质上平行的路径朝光源的方向反射。回射材料可以用作服装(例如防护衣和腰带)的反光带和贴片。此外，回射材料还可以用在立柱、圆筒、交通路锥环、高速公路标志、车辆、警示反射器等上。回射材料可以包括随机定向的微米直径球阵列或密集的立方角(棱形)阵列。
立方角或棱形回射器例如描述于1973年1月23日颁予施塔姆(Stamm)的美国专利第3,712,706号中，所述专利的教示内容在此引作参考。通常，可以通过在金属板或其它适当材料的平整表面上形成主阴模(master negativedie)来制造棱镜。为了形成立方角元件，将三组呈60度分开的平行等距的交叉V形沟槽刻在平板上。随后使用所述主阴模将所需立方角阵列加工成刚性平整的塑性表面。
有关立方角微棱镜的结构和操作的其它细节可见于1972年8月15日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第3,684,348号，其教示内容在此引作参考。用于制造回射薄板的方法也揭示于1972年9月5日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第3,689,346号中，其教示内容在此引作参考。举例来说，可以在合作配置的模具(cooperatively configured-mold)中形成立方角微棱镜。可以将棱镜与薄片粘合，将棱镜施用于其上，以提供立方角元件从所述薄片的一个表面突出的复合结构。
当例如在紧急情况下可见度至关重要时，回射材料尤其有用。举例来说，可以将回射材料用于消防员的外衣和防护衣。然而，消防员的暴露条件极为苛刻，尤其涉及过热和极端温度条件。许多回射材料是由在约100℃的温度下软化的塑料制品制成。软化的塑料制品在所述材料中可以开始流动，致使所述材料丧失其回射性并由此削弱可见度。美国国家防火协会(The National FireProtection Association，NFPA)已经建立可用于评估适于消防员穿戴的服装和回射结构的标准。
发明内容
本发明针对阻燃耐热回射结构。在一个实施例中，所述回射结构包括：透明塑化聚氯乙烯膜；在所述透明塑化聚氯乙烯膜下方的回射立方角元件阵列；在所述回射立方角元件阵列下方的阻燃耐热粘接剂；以及与所述阻燃耐热粘接剂粘合的阻燃编织物。
在其它实施例中，回射结构包括：透明塑化聚氯乙烯膜；在所述透明塑化聚氯乙烯膜下方的回射立方角元件阵列；沉积于所述回射立方角元件上的金属化反射层；与所述金属化反射层粘合的阻燃耐热交联丙烯酸粘接剂；以及与所述丙烯酸粘接剂粘合的阻燃编织物。
本文所述的回射结构可以满足或超过由NFPA所制定的有关消防员服装应用的标准。有利地是，本发明的回射结构可以包括塑化聚氯乙烯膜，而其无需含有阻燃添加剂来满足NFPA标准。因此，可使用常规的成品(off-the-shelf)塑化聚氯乙烯膜来制造回射结构。此外，回射结构可以包括立方角元件阵列，而其也无需含有阻燃添加剂来满足NFPA关于所述回射结构的标准。另外，在一些实施例中，回射结构可以满足NFPA标准，而不具有含有阻燃添加剂的附加层，例如塑化聚氯乙烯膜的覆盖层。
本发明的阻燃特征使得所述产品能够用于需要或希望具有耐燃性的应用中。
在一些实施例中，本发明的耐热特征可以例如在高达约260℃的温度下历时约5分钟防止熔融或滴落。另外，可以将本发明的回射结构加热到约140℃达约10分钟，而同时保持至少约100 SIA的回射性。
可以将本发明用于消防员的消防战斗服以提高例如在潮湿条件下或在拂晓、黄昏和夜间的醒目性。具体来说，可以将本发明切割成带子，从而将所述带子缝合到消防员的消防战斗服中。另外，可以将所述产品用于希望或需要醒目性、耐热性和阻燃性的其它应用中。
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征和优势将从下文根据随附图(其中在不同视图中，相同标记是指相同部件)所示对本发明优选实施例更为具体的描述中显而易见。所述图未必按比例绘制，重点在于说明本发明的原理。
图1为根据本发明一个实施例形成的回射结构的截面图。
图2为根据本发明另一个实施例的含有可选透明涂层的回射结构的截面图。
具体实施方式
本发明优选实施例的描述如下。
总的来说，本发明的回射结构包括：透明塑化聚氯乙烯膜、在所述透明塑化聚氯乙烯膜下方的回射立方角元件阵列、在所述回射立方角元件阵列下方的阻燃耐热粘接剂、以及与所述阻燃耐热粘接剂粘合的阻燃编织物。
图1和2说明本发明的实施例。回射结构10和22包括透明塑化聚氯乙烯膜12。可以例如通过压延、挤压、溶剂浇铸或所属领域已知的其它方法制造适当的透明塑化乙烯基膜。聚氯乙烯膜12可以含有所属领域技术人员众所周知的各种着色剂和性能添加剂。在优选实施例中，所述膜为压延膜。由于压延工艺灵活，因此压延对于混合着色剂和性能增强添加剂是一种特别有用的方法。
聚氯乙烯膜12实质上为透明的。在一些实施例中，聚氯乙烯膜12实质上对可见光是透明的。聚氯乙烯膜12可以是透明的或透明着色的。在一些实施例中，聚氯乙烯膜包括荧光染料。本发明的回射结构可以包括塑化聚氯乙烯膜，而其无需含有阻燃添加剂来满足NFPA标准。因此，在一些实施例中，塑化聚氯乙烯膜基本上无阻燃添加剂。
聚氯乙烯膜12可以具有例如约0.001到约0.022英寸(约0.025毫米到约0.56毫米)的厚度，例如约0.004到约0.020英寸(约0.1毫米到约0.51毫米)、约0.004到约0.01英寸(约0.1毫米到约0.25毫米)、约0.006到约0.01英寸(约0.15毫米到约0.25毫米)或约0.006到约0.018英寸(约0.15毫米到约0.46毫米)的厚度。可以根据任何特定应用所需的柔性、抗撕裂性和颜色稳定性来选择此基膜的厚度。此外，还可以根据所述结构所需的长期耐候特征来选择结构的选定膜厚度。一般说来，优选较薄的聚氯乙烯膜层以进一步限制回射结构的可燃性。举例来说，在优选实施例中，所述聚氯乙烯膜具有约0.004到约0.01英寸(约0.1毫米到约0.25毫米)的厚度。
举例来说，透明塑化聚氯乙烯膜具有约25到约60，例如约30到约50、约30到约45或约35到约40的邵氏A型硬度(Shore A hardness)。在一个特定实施例中，透明塑化聚氯乙烯膜具有约36的邵氏A型硬度。邵氏A型硬度是材料相对硬度的量度，并且可以用叫做邵氏A型硬度计的仪器测定。
适当聚氯乙烯膜实例包括可从美国雷诺丽特(Renolit)公司(新泽西州惠帕尼(Whippany，NJ))以商标
Figure A200780007699D00091
购得的聚氯乙烯膜，或可从美国华盛顿州埃弗里特的阿基里斯公司(Achilles USA，Everett，WA)购得的压延塑化聚氯乙烯膜。
除聚氯乙烯膜12之外，回射结构还包括回射立方角元件阵列。通常，回射结构包括在透明塑化聚氯乙烯膜12下方的回射立方角元件阵列14。“在...下方”是指回射立方角元件与透明塑化聚氯乙烯膜的相对方位。
聚氯乙烯膜可以提供回射立方角元件阵列的衬底。在一个实施例中，将回射立方角元件阵列附着于聚氯乙烯膜。一般说来，回射立方角元件阵列具有暴露给入射光线的透光窗侧(window side)和相对的小面侧(facet side)。可以定向回射立方角元件阵列从而使透光窗侧面向聚氯乙烯膜。举例来说，回射立方角元件阵列的透光窗侧可附着于聚氯乙烯膜。在一些实施例中，使用透明粘接剂将回射立方角元件阵列附着于聚氯乙烯膜。或者，可以使用下文进一步描述的透明涂层(例如由辐射可固化或者溶剂或水基涂料调配物形成的透明涂层)将回射立方角元件阵列附着于聚氯乙烯膜。在一个实施例中，可以将回射立方角元件阵列直接铸于聚氯乙烯膜上。
回射立方角元件阵列14可以由聚合物(例如实质上透明的聚合物)形成。优选所述聚合物在形成回射立方角元件阵列后，在室温下呈刚性或是实质上不可弯曲的。在所述阵列中的所述聚合物的刚性使得立方角元件能够保持其光学特征。所述聚合物还可以是不可伸长的，这是定义为不能够实质上伸展而不发生断裂。所述聚合物可以选自多种聚合物，其包括(但不限于)氨基甲酸酯、丙烯酸酯、纤维素酯、烯系不饱和腈类、硬环氧丙烯酸酯...等。其它聚合物包括聚碳酸酯、聚酯和聚烯烃、丙烯酸酯硅烷、硬聚酯氨基甲酸酯丙烯酸酯。也可以使用不具备如此刚性的其它聚合物。这些聚合物包括聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯。优选所述聚合物是利用单体或低聚物于棱形模具中浇铸而成。单体或低聚物的聚合反应可以通过例如紫外线辐射等辐射引发。本发明的回射结构可以包括回射立方角元件阵列，而其无需含有阻燃添加剂来满足NFPA关于所述回射结构的标准。因此，在一些实施例中，立方角元件阵列基本上无阻燃添加剂。
在一些实施例中，聚氯乙烯膜和回射立方角元件阵列可以由例如以下专利中所揭示的方法形成：1972年8月15日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第3,684,348号；1972年9月5日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第3,689,346号；1974年5月21日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第3,811,983号；1974年8月20日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第3,830,682号；1976年8月17日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第3,975,083号；1982年6月1日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第4,332,847号；1989年1月31日颁予马丁(Martin)的美国专利第4,801,193号；1993年7月20日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第5,229,882号；1993年8月17日颁予马丁(Martin)等人的美国专利第5,236,751号；1992年11月23日颁予马丁(Martin)的美国专利第5,264,063号；1994年12月27日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第5,376,431号；1996年2月13日颁予菲利普斯(Phillips)的美国专利第5,491,586号；1996年4月30日颁予罗兰(Rowland)的美国专利第5,512,219号；1996年9月24日颁予伯纳德(Bernard)等人的美国专利第5,558,740号；1997年1月7日颁予伯纳德(Bernard)的美国专利第5,592,330号；和1997年6月10日颁予马丁(Martin)等人的美国专利第5,637,173号。各专利的完整内容在此引作参考。
阵列中的立方角元件可以沿各立方侧边具有例如在约0.0015到约0.02英寸(约0.038到约0.51毫米)范围内的长度。优选各立方侧边具有约0.003到约0.008英寸(约0.076到约0.2毫米)、例如约0.0035到约0.006英寸(约0.089到约0.15毫米)的长度。在一个实施例中，各立方侧边具有约0.0035英寸(约0.089毫米)的长度。一般说来，优选含有相对较小的立方角元件的回射结构。在不受任何特定理论的限制的情况下，含有相对较小立方角元件的回射结构通常比含有较大立方角元件的回射结构不易燃。
优选所述阵列在立方角元件交叉的凹谷中的厚度足够薄，以致当将最小力施加到回射结构时，所述阵列可以沿所述凹谷破裂和分开。在一些实施例中，所述阵列的厚度(即透光窗侧到立方角元件顶部的距离)为约0.001到约0.009英寸(约0.025到约0.23毫米)，例如约0.001到约0.005英寸(约0.025到约0.13毫米)、约0.001到约0.003英寸(约0.025到约0.076毫米)或约0.0015到约0.003英寸(约0.038到约0.076毫米)。在一个特定实施例中，所述阵列的厚度为约0.0017英寸(约0.043毫米)。
除聚氯乙烯膜和回射立方角元件阵列之外，回射结构还包括阻燃耐热粘接剂。通常，回射结构包括在立方角元件阵列14下方的阻燃耐热粘接剂18。“在...下方”是指回射粘接剂与立方角元件阵列的相对方位。
可以将阻燃耐热粘接剂18涂布于立方角元件的棱镜小面(facet)以与织物20粘接。然而，如果将粘接剂直接涂布于棱镜小面，那么粘接剂会使棱镜表面变湿，从而破坏空气界面且减弱乃至消除棱镜回射的能力。因此，优选首先将反射涂层沉积于二面角小面(dihedral facet)的表面上。用于形成反射涂层的适当材料的实例包括(但不限于)铝、银、金、钯和它们的组合。通常，反射涂层是利用溅镀或真空沉积形成。举例来说，可以对立方角元件进行铝气相沉积来产生金属反射层。在一个实施例中，铝气相沉积是通过在真空下加热铝并将铝蒸气冷凝在立方角元件上形成铝层(例如，连续铝层)来完成。或者，可以使用金属漆、电介质涂料和其它镜面涂层材料在立方角元件上形成反射涂层。铝层的厚度可以在约200到约600埃(Angstrom)的范围内，例如为约200到约500埃或者约200到约400埃。在一个实施例中，将粘接剂直接涂布于立方角元件阵列的金属化表面。
可以根据粘接剂与织物和与立方角元件阵列(例如金属化立方角元件阵列)粘接性结合的能力来选择粘接剂18。另外，粘接剂应提供足够的粘接强度，以致在清洗或使用之后，立方角元件阵列不会与聚氯乙烯膜或织物分离。此外，粘接剂应向回射结构提供阻燃性以及耐热性。如国家防火协会(NFPA)EN471规范所述，可以将耐热性定义为将样品放入260℃的烘箱中达5分钟而不发生熔融、滴落、点燃或分离的情形。根据NFPA EN471规范，可以将阻燃性定义为在将样品垂直燃烧后的续焰(afterflame)时间小于2秒的情形。
粘接剂18可以包括聚硅氧粘接剂和丙烯酸粘接剂(例如丙烯酸基压敏粘接剂或聚硅氧压敏粘接剂)。在一个优选实施例中，粘接剂为丙烯酸基粘接剂，因为其具有较宽的可用度和相对较低的成本。一般说来，丙烯酸粘接剂具有优良的抗紫外线能力、对非极性溶剂的优良抗性，因此为此应用提供一种极佳的选择。然而，并非所有的丙烯酸粘接剂都展现耐高温性。众所周知的增加耐热性的一个方法实例是使粘接剂交联。使粘接剂交联可以降低丙烯酸分子的移动性，并因此可以通过减少或防止在高温下熔融及/或滴落而对回射结构提供优良的耐热性。在优选实施例中，所述粘接剂是交联的丙烯酸压敏粘接剂。通常优选两阶段交联系统。在此实施例中，第一交联阶段允许部分交联，同时仍保持重要的粘接剂特性(例如粘性)。这通常是在涂覆溶剂基粘接剂期间在干燥温度下发生。第二交联阶段可以在较高温度下发生以允许粘接剂在涂布过程中交联，从而使粘接剂在高温暴露时不会熔融或滴落。在一些实施例中，第二交联阶段包括三聚氰胺或环氧系统。
粘接剂的厚度可以为约0.001英寸(约0.025毫米)到约0.008英寸(约0.2毫米)，例如为约0.002英寸(0.051毫米)到约0.006英寸(约0.15毫米)、约0.002英寸(0.051毫米)到约0.0045英寸(0.11毫米)、约0.003英寸(约0.076毫米)到约0.004英寸(约0.1毫米)或约0.0035英寸(约0.089毫米)。
丙烯酸粘接剂可能是易燃的。因此，可能必需将阻燃添加剂引入粘接剂中。最有效的阻燃系统包括卤基添加剂，例如溴化或氯化添加剂。在一个实施例中，阻燃耐热粘接剂含有至少一种选自由氯化阻燃添加剂、溴化阻燃添加剂和其组合组成的群组的添加剂。例如三氧化锑、五氧化二锑、亚锑酸钠、硼酸锌和其组合等增效剂可用于改善粘接剂的阻燃性。因此，在一些实施例中，阻燃耐热粘接剂含有至少一种选自由三氧化锑、五氧化二锑、亚锑酸钠、硼酸锌和其组合组成的群组的阻燃增效剂。所述粘接剂中还可以包括其它阻燃系统，例如磷基添加剂、硼基添加剂、三氢氧化铝、氮基添加剂和它们的组合。优选的阻燃系统为卤化阻燃剂与三氧化锑增效剂的组合。
阻燃耐热粘接剂可以从多种来源获得。适当丙烯酸粘接剂的一个实例是从斯塔克涂覆产品公司(Syntac Coated Products，LLC)(康涅狄格州布卢姆菲尔德(Bloomfield，CT))获得。此丙烯酸粘接剂是两阶段交联的丙烯酸粘接剂。在涂覆粘接剂期间，当蒸发溶剂而留下固体涂料时，发生第一阶段交联。第二阶段交联是在约200与约250℉之间(约93与约121℃之间)发生。这种特殊粘接剂使用了环氧基二次交联系统。
在另一实施例中，可使用丁腈橡胶/酚醛树脂共混物粘接剂，例如在高温下交联的丁腈橡胶/酚醛树脂共混物粘接剂。丁腈橡胶/酚醛树脂共混物粘接剂的一个实例为购自思卡帕(北美)公司(Scapa North America)(康涅狄格州温莎(Windsor，CT))的H206U。丁腈橡胶/酚醛树脂共混物粘接剂还可包括例如同上文所述的阻燃添加剂。
就某一方面而言，本发明包括：透明塑化聚氯乙烯膜、在所述透明塑化聚氯乙烯膜下方的回射立方角元件阵列、经由所述立方角元件阵列密封到所述透明塑化聚氯乙烯膜的聚合膜层、在所述回射立方角元件阵列下方的阻燃耐热粘接剂、以及与所述阻燃耐热粘接剂粘合的阻燃编织物。在一个实施例中，将阻燃耐热粘接剂与聚合膜层粘合且还与所述阻燃编织物粘合。聚合膜层例如可以为塑化聚氯乙烯膜。所述聚合膜层的组成可以与上文所述的透明塑化聚氯乙烯膜12类似。但是，聚合膜层可以是透明的或是不透明的。可以通过例如射频或者超声波密封或焊接等技术，将聚合膜层经由立方角元件阵列密封到透明塑化聚氯乙烯膜。在一些实施例中，所述聚合膜层可以排除对立方角元件做金属化的任何需要。
本发明的回射结构还包括与阻燃耐热粘接剂粘合的阻燃编织物。许多阻燃编织物都是适合的。阻燃编织物20可以例如包括玻璃纤维织物、改性聚丙烯腈织物(modacrylic fabric)、诺梅克斯织物(Nomex fabric)、诺梅克斯和凯夫拉尔共混物(Nomex and Kevlar blend)、聚苯并咪唑织物、具有玻璃纤维芯以及由棉和阻燃改性聚丙烯腈纤维形成的鞘的编织包芯复合纱(woven corespuncomposite yarn)。在一些实施例中，阻燃编织物选自由以下物质组成的群组：玻璃纤维织物、阻燃改性聚丙烯腈织物、诺梅克斯织物、诺梅克斯-凯夫拉尔织物、聚苯并咪唑织物、包括具有玻璃纤维芯以及由棉和阻燃改性聚丙烯腈纤维形成的鞘的包芯复合纱的织物、以及它们的组合。在一个优选实施例中，所述织物是由包芯复合纱构成，所述包芯复合纱具有玻璃纤维芯以及以所述织物的经纱和纬纱方向环绕并覆盖所述芯的由棉和阻燃改性聚丙烯腈纤维形成的鞘。
所述织物可以包括玻璃纤维和阻燃改性聚丙烯腈纤维。举例来说，编织物可以包括约20到约90重量百分比的玻璃纤维，例如约25到约80、约30到约70、约30到约60或约35到约45重量百分比的玻璃纤维。编织物例如可以包括约5到约80重量百分比的改性聚丙烯腈纤维，例如约10到约70、约15到约50或约20到约30重量百分比的改性聚丙烯腈纤维。所述织物还可以包括棉纤维的共混物。在一些实施例中，编织物包括不超过约60重量百分比的棉纤维，例如不超过约50、约40或约30重量百分比的棉纤维。举例来说，织物可以包括约10到约50重量百分比的棉纤维，例如约20到约40或约30到约40重量百分比的棉纤维。在特定实施例中，编织物包括约35到约45重量百分比的玻璃纤维、约30到约40重量百分比的棉纤维和约20到约30重量百分比的改性聚丙烯腈纤维。举例来说，编织物可以包括约40％的玻璃纤维、约35％的棉和约25％的改性聚丙烯腈纤维(均以重量计)。在其它实施例中，编织物包括约35到约45重量百分比的玻璃纤维和约55到约65重量百分比的改性聚丙烯腈纤维。举例来说，编织物可以包括约41重量百分比的玻璃纤维和约59重量百分比的改性聚丙烯腈纤维。
改性聚丙烯腈纤维是一种由主要包含丙烯腈的聚合物制成的丙烯酸合成纤维。改性聚丙烯腈通常是由聚丙烯腈与其它聚合物(例如氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯或偏二溴乙烯)的共聚物制成。适用于本发明中的改性聚丙烯腈纤维的实例可从锺渊(美国)公司(Kaneka America Corporation)(纽约州纽约市(New York，N.Y))以商标
Figure A200780007699D00141
C购得。
用于本发明中的织物可以对回射结构提供阻燃性、抗撕裂性、耐热性和空间稳定性。织物的重量例如可以为约1到约35盎司/平方码(oz/yd2)(约34到约510克/平方米(g/m2))，例如为约2到约10oz/yd2(约68到约340g/m2)、约3到约8oz/yd2(约100到约270g/m2)或约3到约6oz/yd2(约100到约200g/m2)。在一个实施例中，所述织物具有相对稀松的编织，从而允许粘接剂渗入所述织物中以达到所需的与所述织物的粘接。举例来说，编织物可以具有每英寸(每25.4毫米)约40到约70(经纱)乘以约25到约45(纬纱)根细丝的编织密度，例如所述编织物具有每英寸(每25.4毫米)约55到约65(经纱)乘以约30到约40(纬纱)根细丝的编织密度。在一些实施例中，所述织物具有每英寸(每25.4毫米)小于约60(经纱)乘以约35(纬纱)根细丝的编织密度。
适当编织物的一个实例为5.7oz/yd2(约190g/m2)的包芯复合纤维，其具有玻璃纤维芯以及由棉和阻燃改性聚丙烯腈形成的鞘，并且含有约40重量百分比的玻璃纤维、约35重量百分比的棉和约25重量百分比的改性聚丙烯腈纤维，且具有每英寸(每25.4毫米)约60(经纱)乘以约35(纬纱)根细丝的编织密度。所述织物可从春天工业公司(Spring Industries，Inc.)(南卡罗来纳州福特米尔(Fort Mill，SC))以
Figure A200780007699D00151
商标购得。适当编织物的另一实例包括约41重量百分比的玻璃纤维和约59重量百分比的阻燃改性聚丙烯腈纤维，并且具有每英寸(每25.4毫米)约44(经纱)乘以34(纬纱)根细丝的编织密度。所述织物还可从春天工业公司(Spring Industries，Inc.)(式样编号4-7091-114)以
Figure A200780007699D00152
商标购得。
适用于本发明中的织物的实例包括以下专利中所述的织物：1990年5月1日颁予托尔伯特(Tolbert)等人的美国专利第4,921,756号；2000年11月14日颁予兰德(Land)的美国专利第6,146,759号；2001年9月11日颁予兰德(Land)的美国专利第6,287,690号；2002年6月25日颁予兰德(Land)等人的美国专利第6,410,140号；2003年4月29日颁予兰德(Land)等人的美国专利第6,553,749号；2003年8月19日颁予兰德(Land)的美国专利第6,606,846号；和1996年7月30日颁予托尔伯特(Tolbert)等人的美国专利第5,540,980号，各专利的完整内容都在此引作参考。举例来说，美国专利第4,921,756号描述一种用于形成耐火织物和涂层织物轻质衬底的耐火非扭结包芯纱(fireresistant nonlively corespun yarn)，所述非扭结包芯纱包含无任何明显S或Z型扭结的喷气纺单股纱(air jet spun unplied yarn)，且具有耐高温连续丝纤维玻璃芯和环绕并覆盖所述芯的耐低温短纤维(staple fiber)鞘。
重要的是，所述织物应不含任何可能影响粘接剂与织物的粘合的涂层(例如上浆剂(sizing agent))。常见的上浆剂包括淀粉基和合成的聚合物，例如聚丙烯酸酯、聚乙烯醇和丙烯酸。通常需要上浆剂以在编织期间防止经纱磨损。但是，可以通过退浆操作去除上浆剂来使粘接剂与织物的粘合最大化。因此，在一些实施例中，基本上使编织物的任何上浆剂(例如可能在编织期间利用的上浆剂)退浆。举例来说，编织物可以基本上无淀粉基和合成的聚合物，例如聚丙烯酸酯、聚乙烯醇和丙烯酸。
就某一方面而言，本发明的回射结构包括：透明的塑化聚氯乙烯膜；在所述透明塑化聚氯乙烯膜下方的回射立方角元件阵列；沉积于所述回射立方角元件上的金属化反射层；与所述金属化反射层粘合的阻燃耐热交联丙烯酸粘接剂；以及与所述丙烯酸粘接剂粘合的阻燃编织物。适当的透明塑化聚氯乙烯膜、金属化反射层、阻燃耐热交联丙烯酸粘接剂和阻燃编织物同上文所述。
在一些实施例中，将一种或一种以上可选透明涂层(例如透明涂层24和26)邻近聚氯乙烯膜12涂布。举例来说，回射结构22可以在聚氯乙烯膜12的两侧包括透明涂层。或者，所述回射结构可以仅在所述聚氯乙烯膜的一侧包括透明涂层。在一个实施例中，可以在透明涂层26的表面上形成回射立方角元件阵列。
优选而言，选择用于透明涂层的涂料调配物，以致所得涂层有弹性，提供与塑化聚氯乙烯膜的坚实粘合并且提供与任何可选印刷油墨层(见下文所述)的坚实粘合。对于回射结构包括两个或两个以上透明涂层的情况来说，所述透明涂层可以具有相同或不同的组成。可以通过将各种涂料调配物施加在聚氯乙烯膜上来涂布透明涂层。举例来说，所述涂料调配物可以为辐射可固化调配物、溶剂基涂料调配物或水基涂料调配物。
在一个实施例中，透明涂料的基础化学品是氨基甲酸酯丙烯酸酯预聚物。适当的涂料调配物可以例如包括以下预聚物中的一种或多种：脂肪族氨基甲酸酯丙烯酸酯、脂肪族氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯、芳香族氨基甲酸酯丙烯酸酯、芳香族氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯、酰亚胺/酯/酰胺氨基甲酸酯丙烯酸酯、苯氧基氨基甲酸酯丙烯酸酯、苯氧基氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚酯甲基丙烯酸酯、氯化聚酯丙烯酸酯、氯化聚酯甲基丙烯酸酯、树枝状聚酯丙烯酸酯、树枝状聚酯甲基丙烯酸酯、环氧基丙烯酸酯、环氧基甲基丙烯酸酯、聚丁二烯丙烯酸酯和聚丁二烯甲基丙烯酸酯。在优选实施例中，所述涂料的基础化学品是脂肪族氨基甲酸酯丙烯酸酯预聚物。通常希望所述预聚物的分子量大于500克/摩尔，但在一些实施例中，所述预聚物的分子量可以小于500克/摩尔。在优选实施例中，所述预聚物的分子量介于500与3000克/摩尔之间。在一些实施例中，所述预聚物具有例如介于1与6个之间(例如介于1.2与3个之间)的丙烯酸酯部分官能度。
透明涂料调配物还可以含有用于例如起改变粘度、促进粘接、降低粘性和其它目的等作用的其它预聚物。可用于改变粘度的单官能预聚物的实例包括(但不限于)丙烯酸异莰酯、丙烯酸2(2-乙氧基乙氧基)乙酯、丙烯酸十三酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、烷氧化丙烯酸月桂酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸硬脂酰酯和甲基丙烯酸硬脂酰酯。可用于改变粘度的多官能预聚物的实例包括(但不限于)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和丙氧基化甘油基三丙烯酸酯。可用于其它功能益处的其它预聚物包括(但不限于)环氧基丙烯酸酯、溴化环氧基丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚硅氧丙烯酸酯、氟丙烯酸酯和聚丁二烯丙烯酸酯。
在一些实施例中，透明涂料是辐射可固化的。一般来说，需要光引发剂以使所述涂料调配物固化。可使用的光引发剂的实例包括(但不限于)苯甲基二甲基缩酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、α-羟基环己基苯基酮、二苯甲酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基氧化膦、异丙基噻吨酮、乙基-4-二甲基氨基苯甲酸酯、2-乙基-4-二甲基胺基苯甲酸酯、低聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]、双官能α-羟基酮、1-[4-94-苯甲酰基苯基硫基)苯基]-2-甲基-2-(4-甲基苯磺酰基)丙-1-酮、2-甲基-1[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙-1-酮、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-氧化膦)、2，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙-1-酮、和它们的组合。
由于上述许多丙烯酸酯预聚物是易燃的，故在一些情况下使用薄透明涂层。在一些实施例中，回射结构包括一个或一个以上厚度为约0.0001英寸(约0.0025毫米)到约0.0008英寸(约0.02毫米)、例如约0.0001英寸(约0.0025毫米)到约0.0005英寸(约0.013毫米)、约0.0001英寸(约0.0025毫米)到约0.0003英寸(约0.0076毫米)或约0.0002英寸(约0.0051毫米)的透明涂层。另外或替代地，所述透明涂层中可以包括阻燃添加剂。阻燃添加剂和将其并入涂层中的方法都在所属领域技术人员的知识范围内。
在一些情况下，回射结构还可以包括印刷油墨，例如不透明的白色印刷油墨。回射结构中可以包括印刷油墨以例如帮助达到适当的Cap Y从而满足工业白度规格。可以例如将印刷油墨涂布于聚氯乙烯膜12与透明涂层之间。或者，可以将印刷油墨涂布于透明涂层与回射立方角元件阵列之间。举例来说，可以将印刷油墨涂布于透明涂层24与回射立方角元件阵列14之间。印刷油墨可以增强Cap Y性能，但也会降低其所覆盖的棱镜的回射性。因此，印刷油墨通常是不连续的。印刷油墨可以呈各种形式。举例来说，印刷油墨可以为图案、商标、字母等形式。在一些实施例中，已使用丝网印刷法来涂布印刷油墨。
在一些实施例中，回射结构包括：具有第一侧面与第二侧面的透明塑化聚氯乙烯膜；附着于所述透明塑化聚氯乙烯膜的第一侧面上的辐射固化的透明涂层；形成于所述透明塑化聚氯乙烯膜的第一侧面上的不连续白色不透明印刷层；附着于所述白色不透明印刷层上的回射立方角元件阵列；形成于所述回射立方角元件上的金属化反射层；层叠于金属化反射层上的阻燃耐高温粘接剂；和层叠于所述阻燃耐高温粘接剂上的阻燃编织物。
用于制造回射结构的方法包括将透明塑化聚氯乙烯膜附着到回射立方角元件阵列上，并使用阻燃耐热粘接剂将阻燃编织物附着到所述回射立方角元件阵列上。在一些实施例中，在使用阻燃耐热粘接剂将阻燃编织物附着到回射立方角元件阵列之前，将金属化反射层沉积于所述回射立方角元件上。
在用于制造回射结构的另一种方法中，将透明涂层(例如辐射固化的透明涂层)涂布于透明塑化聚氯乙烯膜的第一侧面。将不连续白色不透明印刷油墨附着于透明涂层上。随后将回射元件阵列附着于白色不透明印刷油墨。将金属化反射层涂布于回射立方角元件阵列上，由此形成金属化回射立方角元件。最后，将阻燃耐热粘接剂涂覆于阻燃编织物上并层叠于金属化回射立方角组件上。
可以通过所属领域中已知的技术将本发明的回射结构附着于一件适当的服装(例如消防员外套)或例如消防头盔或空气罐等其它结构上。举例来说，可以通过粘接剂(例如耐增塑剂、压敏性或加热活化的粘接剂)来附着回射结构。或者，可以将回射结构缝合到服装上。
实施例
实例1
本实例描述根据本发明制造的阻燃耐热回射结构。
将回射立方角元件阵列附着于0.008英寸(约0.2毫米)的塑化PVC膜上。将0.0035英寸(约0.089毫米)厚的阻燃、耐高温丙烯酸压敏粘接剂涂布于所述回射立方角元件上。所使用的粘接剂为RA196FR(康涅狄格州新哈特福德的斯塔克涂覆产品公司(Syntac Coated Products，LLC；New Hartford，CT))。将织物(南卡罗来纳州福特米尔的春天工业公司(Spring Industries，Inc.；Fort Mill，SC))层叠于所述压敏粘接剂上。所述织物是由包芯复合纱编织物构成，所述包芯复合纱具有玻璃纤维芯以及以所述织物的经纱和纬纱方向环绕并覆盖所述芯的由棉和阻燃改性聚丙烯腈形成的鞘。编织物的整个共混物为41％的玻璃纤维、35％的棉和25％的改性聚丙烯腈纤维。在平织构型中所述织物具有每英寸(每25.4毫米)52(经纱)乘以36(纬纱)根细丝的编织密度且织物重量为4.7oz/yd2(约160g/m2)。
实例2
本实例描述类似于实例1的结构但用非阻燃非耐高温粘接剂制成的回射结构。
将回射立方角元件阵列附着于8mil塑化PVC膜上。将0.0035英寸(约0.089毫米)厚的Scapa Unifilm U604X丙烯酸压敏粘接剂(康涅狄格州温莎的思卡帕(北美)公司(Scapa North America；Windsot，CT))涂布于回射立方角元件上。与实例1相同，将
Figure A200780007699D00191
织物(春天工业公司(Spring Industries，Inc.))层叠于所述压敏粘接剂上。
实例3
本实例描述类似于实例1的结构但使用全棉编织物制成的回射结构。
将回射立方角元件阵列附着于0.008英寸(约0.2毫米)的塑化PVC膜上。将0.0035英寸(约0.089毫米)厚的阻燃、耐高温丙烯酸压敏粘接剂RA196FR(康涅狄格州新哈特福德的斯塔克涂覆产品公司(Syntac Coated Products，LLC；New Hartford，CT))涂布于所述回射立方角元件上。将100％的棉织物层叠于所述压敏粘接剂上。呈斜纹编织构型的所述棉织物具有80(经纱)乘以48(纬纱)的编织密度和8.7oz/yd2(约290g/m2)的织物重量。
实例4
本实例描述对如实例1-3中所述形成的回射结构执行的测试。
测试是根据NFPA 1971的建筑灭火和近距离灭火整体防护标准(Standardon Protective Ensembles for Structural Fire Fighting and Proximity Fire Fighting)(2007版)、耐燃试验(Flame Resistance Test)(§8.2)和260℃耐热试验(260℃Heat Test)(§8.6.4.1)进行。表1显示耐燃试验的结果。表2显示260℃耐热试验的结果。
表1
Figure A200780007699D00201
*实例2的整个回射结构燃尽，试验失败。
表2
 
回射结构 通过/失败 说明
实例1 通过 样品不会熔融、滴落、点燃或分离。
实例2 失败 样品不会熔融、滴落或点燃。样品的粘接剂与棱镜分离。  
实例3 通过 样品不会熔融、滴落、点燃或分离。
根据260℃耐热试验(§8,6.4.1)和耐燃试验(§8.2)，含有包芯复合纱和阻燃耐高温丙烯酸粘接剂的回射结构性能最佳，通过两项试验。用全棉编织物制成的回射结构，即实例3，性能最差，在两项试验中都失败。
尽管已经参照本发明的优选实施例特定地显示和描述本发明，但所属领域技术人员将了解，在不偏离随附权利要求书所涵盖的本发明的保护范围的情况下，可对形式和细节进行各种修改。

Claims (35)

1.一种回射结构，其包含：
a)透明塑化聚氯乙烯膜；
b)回射立方角元件阵列，其在所述透明塑化聚氯乙烯膜下方；
c)阻燃耐热粘接剂，其在所述回射立方角元件下方；和
d)阻燃编织物，其与所述阻燃耐热粘接剂粘合。
2.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述透明塑化聚氯乙烯膜具有约30到约45的邵氏A型硬度(Shore A hardness)。
3.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述透明塑化聚氯乙烯膜具有约0.001到约0.022英寸(约0.025到约0.56毫米)的厚度。
4.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述透明塑化聚氯乙烯膜具有约0.006到约0.018英寸(约0.15到约0.46毫米)的厚度。
5.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述透明塑化聚氯乙烯膜包括荧光染料。
6.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述回射立方角元件阵列涂覆有金属。
7.根据权利要求6所述的回射结构，其中所述金属选自由铝、银、金和钯组成的群组。
8.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述阻燃耐热粘接剂选自由聚硅氧粘接剂和丙烯酸粘接剂组成的群组。
9.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述阻燃耐热粘接剂为交联丙烯酸粘接剂。
10.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述阻燃耐热粘接剂含有至少一种选自由氯化阻燃添加剂、溴化阻燃添加剂和其组合组成的群组的添加剂。
11.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述阻燃耐热粘接剂含有至少一种选自由三氧化锑、五氧化二锑、亚锑酸钠、硼酸锌和其组合组成的群组的阻燃增效剂。
12.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述阻燃编织物选自由以下物质组成的群组：玻璃纤维织物、阻燃棉织物、阻燃改性聚丙烯腈(modacrylic)织物、诺梅克斯织物(Nomex fabrics)、诺梅克斯-凯夫拉尔织物(Nomex-Kevlarfabrics)、聚苯并咪唑织物、包括具有玻璃纤维芯以及由棉和阻燃改性聚丙烯腈纤维形成的鞘的包芯复合纱的织物、和它们的组合。
13.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述编织物具有每英寸(每25.4毫米)约40到约70(经纱)乘以约25到约45(纬纱)根细丝的编织密度。
14.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述编织物具有每英寸(每25.4毫米)约55到约65(经纱)乘以约30到约40(纬纱)根细丝的编织密度。
15.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述编织物在编织期间利用的任何上浆剂基本上已被退浆。
16.根据权利要求1所述的回射结构，其中所述织物包括具有玻璃纤维芯以及由棉和阻燃改性聚丙烯腈纤维形成的鞘的包芯复合纱。
17.根据权利要求16所述的回射结构，其中所述编织物包括约30到约60重量百分比的玻璃纤维。
18.根据权利要求16所述的回射结构，其中所述编织物包括不超过约40重量百分比的棉纤维。
19.根据权利要求16所述的回射结构，其中所述编织物包括约10到约70重量百分比的改性聚丙烯腈纤维。
20.根据权利要求16所述的回射结构，其中所述编织物包括约35到约45重量百分比的玻璃纤维、约30到约40重量百分比的棉纤维和约20到约30重量百分比的改性聚丙烯腈纤维。
21.根据权利要求1所述的回射结构，其另外包括经由所述立方角元件阵列密封到所述透明塑化聚氯乙烯膜的聚合膜层。
22.根据权利要求21所述的回射结构，其中所述阻燃耐热粘接剂与所述聚合膜层粘合且也与所述阻燃编织物粘合。
23.一种回射结构，其包含：
a)透明塑化聚氯乙烯膜；
b)回射立方角元件阵列，其在所述透明塑化聚氯乙烯膜下方；
c)金属化反射层，其沉积于所述回射立方角元件上；
d)阻燃耐热交联丙烯酸粘接剂，其与所述金属化反射层粘合；和
e)阻燃编织物，其与所述丙烯酸粘接剂粘合。
24.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述透明塑化聚氯乙烯膜具有约30到约45的邵氏A型硬度。
25.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述透明塑化聚氯乙烯膜具有约0.001到约0.022英寸(约0.025到约0.56毫米)的厚度。
26.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述透明塑化聚氯乙烯膜具有约0.006到约0.018英寸(约0.15到约0.46毫米)的厚度。
27.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述透明塑化聚氯乙烯膜包括荧光染料。
28.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述金属化反射层包括至少一种选自由铝、银、金和钯组成的群组的金属。
29.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述金属化反射层为铝层。
30.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述丙烯酸粘接剂包括至少一种选自由氯化阻燃添加剂、溴化阻燃添加剂和它们的组合组成的群组的添加剂。
31.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述丙烯酸粘接剂含有至少一种选自由三氧化锑、五氧化二锑、亚锑酸钠、硼酸锌和它们的组合组成的群组的阻燃增效剂。
32.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述阻燃编织物选自由以下物质组成的群组：玻璃纤维织物、阻燃棉织物、阻燃改性聚丙烯腈织物、诺梅克斯织物、诺梅克斯-凯夫拉尔织物、聚苯并咪唑织物、包括具有玻璃纤维芯以及由棉和阻燃改性聚丙烯腈纤维形成的鞘的包芯复合纱的织物、和它们的组合。
33.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述阻燃编织物包括具有玻璃纤维芯以及由棉和阻燃改性聚丙烯腈纤维形成的鞘的包芯复合纱。
34.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述编织物具有每英寸(每25.4毫米)约40到约70(经纱)乘以约25到约45(纬纱)根细丝的编织密度。
35.根据权利要求23所述的回射结构，其中所述编织物在编织期间利用的任何上浆剂基本上已被退浆。
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