CN103688197A - 通过将印刷图案应用于后向反射膜控制后向反射性的方法和由此生产的片材 - Google Patents

Abstract

后向反射片材，其可以是珠状后向反射片材或棱形后向反射片材，由基底和印刷图案组成，基底具有第一和第二表面，其中多种后向反射元件布置在基底第二表面上，以形成具有初始性能标准的后向反射片材，以及印刷图案布置在第二表面上，所述图案被提供的量在第二表面区域的30%至约100%的范围内，以使后向反射片材的性能水平从初始性能标准变至选择的性能标准。提供生产后向反射片材的方法和通过改变后向反射片材表面控制后向反射片材的后向反射性的系统。

Description

通过将印刷图案应用于后向反射膜控制后向反射性的方法和由此生产的片材

相关申请的交叉参考

本申请要求2011年1月25日提交的美国临时申请第61/435,860号的优先权，其通过引用全部并入本文。

发明领域

本发明涉及后向反射材料领域，更具体地涉及控制或操作后向反射片材或膜的性能，以符合具体性能标准。

发明背景

其上形成后向反射性微立方体或其上沉积玻璃珠的材料具有入射光以其来源方向反射回去的性质。这使该材料普遍用于多种需要后向反射属性的产品。该材料尤其可用于安全应用目的，包括标志、建筑屏障、路障、个人防护装备及类似物。

赋予材料后向反射性有两种不同的方法。一种方法利用微小（microscopic）珠形成常被称为“珠状片材（beaded sheets）”的材料。微小珠可具有金属化涂层以提高性能，并且微小珠可沉积在片材或膜表面上，或部分地或完全地嵌入片材。第二种方法利用微棱柱，常被称为棱形片材（prismatic sheeting）。棱形片材利用立方隅角型（cube-cornered）、三角形、六角形、正方形和矩形弹回反射光。

通常，棱形片材比珠状片材更明亮。在珠状片材和棱形片材的互换性方面，使棱形片材表现如同珠状片材将是非常困难的。同样，使珠状片材表现如同棱形片材将是不可能的。

用珠状片材制成的公路标志可被棱形片材的第二标志替代，但会存在差异，因为棱形片材会在昼间和夜间都略微明亮。有时，公路标志用珠状片材制成标志背景，而棱形片材用于切割出文字。但是，珠状片材和棱形片材不组合作为标志背景材料，并且很少应用珠状片材文字和棱形片材文字的混合体。在某些角度下，珠状片材和棱形片材的差异将非常明显，并且可造成混乱。

在后向反射领域，应用于后向反射片材的标准由道路管理部门设置的规定决定，如联邦公路管理局（the Federal Highway Administration，FHWA）、运输部（Department of Transportation，DOT）等。此外，还考虑美国测试和材料协会（theAmerican Society for Testing and Materials，ASTM）设定的标准。ASTM是为多种产品和材料建立技术标准的国际标准组织。规定主要基于后向反射性性能，即从后向反射片材返回的后向反射光量。

后向反射片材被制造以通过这些规定，并且一般制造的后向反射片材具有远远高于规定或标准的值。然后处理片材，以制成公路、城市道路的路边交通标志或用于其他安全应用如背心、圆锥体或障碍物。

后向反射片材的性能由于自然元素如阳光、紫外光、热和灰尘而退化。此外，后向反射片材由于在使用中维护不善而退化。在其寿命期间，后向反射片材的后向反射性可降低。随着性能降低，道路部门和安全检查员检查标志和安全装置以及将后向反射片材与相关规定或标准进行比较以确保后向反射片材仍然起作用和安全，是非常重要的。

最准确的检查方式是通过使用手持后向反射仪，其读取标志和显示每单位比强度的值。这种方法耗时且耗财。

因此，这种检查几乎一直通过比较标志或安全装置与相关规定或标准而在视觉上进行。主要困难是制定可用的准确匹配规定的标准。

因此，需要的是更好地控制和提高珠状和棱形片材的性能而无需混合不同类型的反射材料和提供可经改变或操作以常规符合相关规定或选定标准的后向反射片材的方法。

发明概述

下文描述的本发明实施方式不意为是穷尽的或将本发明限制于下文详细描述公开的具体形式。相反，实施方式被选择和描述以使本领域其他技术人员可理解和了解本发明的原理和实践。

后向反射片材通常由玻璃珠状材料或立方隅角棱形元件组成，以使光反射回其来源。后向反射光——反射回其来源的光——的量取决于多种因素。例如，玻璃珠状材料可取决于玻璃珠的类型和玻璃珠的折射率。

本发明的一个目的是提供后向反射片材，其具有基底，该基底具有第一表面和第二表面，并且基底的第二表面上布置多种后向反射元件，以形成后向反射片材。片材具有或符合初始性能标准和布置在第二表面上的印刷图案。提供图案的量在第二表面区域的30%至约100%的范围内，以使后向反射片材的性能标准从初始性能标准变至具体性能标准。

本发明的另一目标是至提供生产后向反射片材的方法，所述方法包括如下步骤：提供材料供应体（supply），其中所述材料具有第一和第二表面和在材料第二表面上提供的多种后向反射元件，以形成后向反射片材。后向反射片材具有初始性能标准。接着，确定后向反射标准；和最终操作后向反射片材以使后向反射片材从初始性能标准变至更改后的不同于初始性能标准的性能标准，从而匹配具体性能标准。

此外，所述方法还可包括如下进一步的步骤：比较操作后的后向反射片材与具体性能标准；以及在比较操作后的向反射片材的步骤后改变后向反射片材以符合具体性能标准的进一步的步骤。

本发明的另一目标是提供控制后向反射片材的后向反射性的系统，所述系统包括具有初始性能标准的后向反射片材的供应体；第一数据集，其具有多种后向反射性性能标准；第二数据集，其包含多种图案和覆盖层组合，用于操作后向反射片材供应体，以提供更改后的性能标准；分配请求，其提出第一数据集中包含的具体后向反射性能标准；制造模块，其利用多种图案和覆盖层组合中的至少一种，使后向反射片材供应体的初始性能标准变至分配请求中提出的具体性能标准；和测量工具，其用于在利用第二数据集操作后向反射片材供应体后测量后向反射片材供应体更改至分配请求的具体性能标准的性能标准。

本发明的其他特征和优势从下文详细描述看对于本领域技术人员将变得明显。但是要理解，各种实施方式和具体实例的详细描述，虽然显示本发明的优选和其他实施方式，但被给出仅为示例而非限制。在本发明范围内的多种改变和改动可进行，而没有脱离其精神，并且本发明包括所有这些改动。

附图简述

本发明的这些以及其他目标和优势通过结合附图参考下文对本发明当前优选示例性实施方式的更详细描述将得到更充分的了解和理解，在附图中：

图1显示微珠的反射光路；

图2显示微棱柱的反射光路；

图3A提供后向反射膜，显示在示例性棱形膜中的后向反射光图案；

图3B提供图3A的膜，其中印刷或成像图案布置在膜表面上，并且显示光图案的变化；

图3C显示具有成像或印刷图案和进一步的层压材料的后向反射膜，该成像或印刷图案被提供在后向反射膜上，并且该进一步的层压材料被提供在图案上，以进一步改变光；

图4示例印刷图案上的变化；

图5提供后向反射性标志的侧视图；和

图6提供显示实践本发明的示例性方法的框图。

发明详述

本文公开的设备和方法通过实例和参考附图进行详细描述。除非另外说明，贯穿全部附图，图中同样的编号表示指代相同、相似或相应元件。要理解，可针对具体应用进行和预期对公开和描述的实例、布置、构造、组件、元件、设备、方法、材料等的改动。在本公开中，任何具体形状、材料、技术、布置等的确定均与所示的具体实例相关，或仅仅是这种形状、材料、技术、布置等的一般性描述。具体细节或实例的确定不意图并且不应被解释为强制性或限制性，除非特别如此说明。选择的设备和方法实例在下文中参考附图进行公开和详细描述。

后向反射片材可包括珠状后向反射片材和棱形后向反射片材。珠状后向反射片材由具有金属化涂层的微小珠或微珠（microbeads）组成，而棱形后向反射片材利用立方隅角型几何使光后向反射。

参考图1，显示微珠10的光图案。光源11将光导向微珠10的前表面14。光进入微珠10的前表面14，如箭头F所示。前表面14使光折射至微珠10的后表面13。后表面13抵靠镜12，镜12使光后向反射至光源11，如箭头R所示。

参考图2，显示微棱柱或立方隅角20的反射图案。光源11将光导向微棱柱20的前侧15，如箭头G所示。微棱柱20的前侧15使光在微棱柱20中折射。光随后被后向反射穿过微棱柱20的前侧15回到光源11，如箭头S所示。

对于棱形后向反射片材而言，存在若干因素影响性能，如棱柱的形状和尺寸以及折射率。此外，片材性能还受构造或制造所用的材料类型及其透射能力影响。例如，某些丙烯酸材料相对于用于反射片材的聚酯基材料呈现优异的透明性。

标准棱形后向反射片材或膜30的实例显示在图3A中。标准棱形后向反射片材30由覆盖层35和微棱柱层34组成。光路32穿入覆盖层35，由箭头A指示，并且进入微棱柱层34。虽然光路32处于微棱柱层34内，但光路32被微棱柱层34反射回去。如箭头B所示，光路32从标准棱形后向反射片材30被后向反射。

在图3B中，显示具有墨层42的后向反射片材40。后向反射片材40由覆盖层35和微棱柱层34组成。墨层42，其可充当一种类型的覆盖层，沉积在后向反射片材40的顶表面41上。墨层42在性质上可具有透射性、部分透射性或不透明性。墨层42的印刷图案可人工印制、丝网印刷或通过喷墨或热转印带进行数字印制。墨层42的覆盖可在1%至约100%之间（部分至完全覆盖），其中优选约30%至约100%。最佳地，墨层42可具有50%至约100%之间的覆盖。印刷图案以及所用墨的类型可部分或完全阻挡光。

图3B提供三个实施方式。在第一实施方式中，第一光路44A进入覆盖层35，由箭头D所示，并被后向反射出微棱柱层34，如箭头E所示。第二实施方式显示第二光路44B，其进入覆盖层35，如箭头F所示。第二光路44B反射出微棱柱层34，但不能离开反射片材40，因为第二光路44B被墨层42阻挡，由箭头G所示。由此，第二光路44B被反射片材40吸收。最后一个实施方式显示第三光路44C，其不能穿入覆盖层35，因为墨层42阻挡第三光路44C，如箭头H所示。

在图3C中，显示印刷的后向反射片材50。印刷的后向反射片材50由覆盖层35和微棱柱层34组成。此外，印刷的后向反射片材50可被覆盖层压材料或有色膜覆盖层52覆盖或层压。覆盖层压材料52可过滤和选择某种颜色波长穿过覆盖层压材料52。在此实施方式中，后向反射光当时将被过滤，并且仅选择的光波长或颜色将被允许穿过印刷的后向反射片材50。印刷的后向反射片材50可与覆盖层压材料52呈现相同的颜色。

覆盖层压材料52可暂时粘合于印刷的后向反射片材50。如图3C所示，可用可移除压敏粘合剂54粘合覆盖层压材料52。通过利用可移除压敏粘合剂54，覆盖层压材料52可从印刷的后向反射片材50完全移除，从而使印刷的后向反射片材50恢复其原有性质。此外，也可利用永久压敏粘合剂代替暂时粘合覆盖层压材料52。

覆盖层压材料52可完全覆盖印刷的后向反射片材50的表面，或可仅覆盖部分印刷的后向反射片材50。可选地，覆盖层压材料52可根据终端用户的要求仅被提供在印刷图案上。除针对覆盖层压材料52和印刷图案描述的实施方式外，还可利用其他构造和组合。

覆盖层压材料52或墨层42（图3B）可由于其他原因而应用于后向反射片材。例如，覆盖层压材料52可应用于本发明的后向反射片材，用于防护紫外光、防护气候和保护后向反射片材免于油脂、灰尘及其他环境因素。由于上述原因，覆盖层压材料52可以是半透明的。也可由于相同目的应用半透明墨层。

除覆盖层压材料52外，还可在后向反射片材上应用粘合剂覆盖层。还可将剥离衬垫粘合于粘合剂覆盖层，从而保持粘合剂覆盖层的粘合性。粘合剂覆盖层的应用允许在后向反射片材上有不同颜色或类型的覆盖层材料。

返回图3C，第四光路55A穿过覆盖层压材料52、可移除压敏粘合剂54和覆盖层35，如箭头J所示。第四光路55A反射出微棱柱层34，并且被印刷的后向反射片材50吸收，如箭头K所示。在另一实施方式中，第五光路55B穿过覆盖层压材料52、可移除压敏粘合剂54和覆盖层35，如箭头L所示，但第五光路55B被后向反射出印刷的后向反射片材50，如箭头M所示。在又一实施方式中，第六光路55C不能穿过覆盖层压材料52和可移除压敏粘合剂54，如箭头N所示，因为第六光路55C不是被选择的可穿过覆盖层压材料52的波长。

图4示例可应用于后向反射片材上的印刷图案的两个实例。印刷图案可以是点阵56或正方形的网板盘57所示的任何种类的形状。虽然仅显示两个实施方式，但印刷图案可以是具有几何元素或形状的任何图案，包括但不限于圆形、正方形、矩形、三角形、菱形和线栅形（wire-grids）。但是，几何元素在性质上必须是均匀的和对称的。此外，印刷图案可通过改变几何元素的尺寸而变化。而且，印刷图案可包括某些标记，如后向反射片材的制造商或购买者的商标或名称。

参考图5，可利用后向反射片材制作后向反射性标志60或安全装置。显示了后向反射性标志60的侧视图。后向反射性标志60由标志栏（blank）61、基底62和墨图案63组成。基底62具有第一表面64和第二表面65。标志栏61可由包括金属的多种材料组成。基底62的第一表面64附于标志栏61，而基底62的第二表面65可具有多种后向反射元件作为其墨图案63，该后向反射元件可包括珠状或棱形片材组件。墨图案63可被提供的量在第二表面区域的约30%至约100%的范围内。

现转至图6，提供框图，显示实施当前描述的发明的示例性方法。所述方法起始于步骤100，并且在步骤110提供材料的供应体。接着，在步骤120，将多种后向反射元件加入材料供应体，以生成具有初始性能水平的后向反射片材。这些元件可包括微棱柱或微珠——取决于具体终端用途应用。

在步骤130，确定或选择应用后向反射片材的具体性能标准。然后在步骤140，操作后向反射片材，以使后向反射片材的性能从初始性能水平变至不同于初始性能水平的更改后的性能水平。可通过印制点或正方形图案或任何其他方法操作后向反射片材，以改变性能。

在步骤150，将后向反射片材的更改后的性能水平与步骤130选择的具体性能标准进行比较。如果后向反射片材的更改后的性能标准不符合步骤130选择的具体性能标准，则可在步骤160进一步改变或更改后向反射片材——如通过进一步印刷或应用覆盖层以确保后向反射片材当时匹配所要求的具体性能标准。此步骤可多次实施，直到后向反射片材最终达到具体性能标准。

实施本发明的示例性系统包括计算机以及第一数据集和第二数据集。第一和第二数据集可被包含在计算机中，或可位于不同地点。第一数据集可包括多种后向反射性性能标准，而第二数据集可包括关于操作后向反射片材的后向反射性性能标准所应用的印刷图案和/或覆盖层。系统进一步包括后向反射片材的供应体，其可被提供为片材集合体或卷的形式。后向反射片材的供应体具有初始性能水平。

制造商或消费者可提出后向反射片材请求，该请求将包括关于具体性能标准的信息。制造模块被包括，以将至少一种图案和/或覆盖层应用于后向反射片材的供应体，从而使初始性能水平变至该请求提出的具体性能标准。测量模块用于确认图案和/或覆盖层已充分调节后向反射片材，使其符合所述请求提出的具体性能标准。

提供的系统和方法关注于操作后向反射片材以使其能够符合相关规定或标准的方便和经济的方法。本发明的主要目的是获取现有片材片并以可控方式降低后向反射性，以使每单位面积的比强度（SIA）值等于具体性能标准。制造商可以通过操作后向反射片材使其符合终端用户的要求而减少库存后向反射片材的总量。

因此，根据本发明可见，已提供了非常有利的后向反射片材和系统及制造方法。虽然本发明已结合当前被认为是最具实践性和最优选的实施方式进行了描述，但对于本领域技术人员而言明显的是，本发明不限于公开的实施方式，并且可在本发明范围内对其进行多种改动和等同的布置，该范围符合所附权利要求的最宽的解释，从而包括所有等同的结构和产品。

在此发明人阐述其意图，以根据等同原则将其发明的合理公正的范围确定和评定为其属于未实质上超出所附权利要求提出的发明文字范围的任何设备、系统、方法或制品。

Claims (20)

1.后向反射片材，包括：

基底，其具有第一表面和第二表面，其中多种后向反射元件布置在所述基底的所述第二表面上，以形成具有初始性能标准的后向反射片材；和

印刷图案，其布置在所述第二表面上，所述图案被提供的量在所述第二表面区域的30%至约100%的范围内，以使所述后向反射片材的性能标准从所述初始性能标准变至具体性能标准。

2.权利要求1所述的后向反射片材，其中所述多种后向反射元件是微棱柱。

3.权利要求1或权利要求2所述的后向反射片材，其中所述后向反射元件选自三角形、六角形、正方形、矩形及其组合。

4.权利要求1-3中任一项所述的后向反射片材，其中所述多种后向反射元件是微珠。

5.权利要求1-4中任一项所述的后向反射片材，其中覆盖层压材料被提供在所述印刷图案的部分所述第二表面上。

6.权利要求5所述的后向反射片材，其中所述覆盖层压材料可被定位以选择性地选择可穿过所述覆盖层压材料的光波长。

7.权利要求5或权利要求6所述的后向反射片材，其中所述覆盖层压材料可被暂时或永久地粘合于所述后向反射片材。

8.权利要求1-7中任一项所述的后向反射片材，其中所述印刷图案以网板盘图案或点、三角形或其他几何形状图案印刷。

9.权利要求1-8中任一项所述的后向反射片材，其中所述反射片材附于标志栏，并生成后向反射标志。

10.生产后向反射片材的方法，所述方法包括如下步骤：

提供材料的供应体，其中所述材料具有第一和第二表面并且多种后向反射元件提供在所述材料的所述第二表面上，以形成后向反射片材，所述后向反射片材具有初始性能水平；

确定后向反射性标准；和

操作所述后向反射片材，以使所述后向反射片材从所述初始性能水平变至不同于所述初始性能水平的更改后的性能水平，从而符合具体性能标准。

11.权利要求10所述的方法，其中所述操作步骤包括在所述材料供应体的所述第二表面上印刷图案。

12.权利要求10或权利要求11所述的方法，包括进一步的步骤：比较所述操作的后向反射片材与所述具体性能标准。

13.权利要求10-12中任一项所述的方法，包括进一步的步骤：在所述比较步骤后，改变所述后向反射片材以符合所述被选择的性能标准。

14.权利要求10-13中任一项所述的方法，其中所述操作步骤包括将有色层压材料应用于所述材料供应体的所述第一表面上。

15.权利要求10-14中任一项所述的方法，其中所述图案是一系列点或网板盘图案。

16.权利要求10-15中任一项所述的方法，其中所述后向反射片材被应用于道路标志上。

17.权利要求10-16中任一项所述的方法，其中所述后向反射片材被应用于安全装置上。

18.控制后向反射片材的后向反射性的系统，所述系统包括：

后向反射片材供应体，所述后向反射片材具有初始性能水平；

第一数据集，其具有多种具体性能标准；

第二数据集，其包含多种图案和覆盖层组合，用于操作所述后向反射片材供应体，以提供所述具体性能标准；

分配请求，其提出所述第一数据集中包含的具体后向反射性性能标准；

制造模块，其利用所述多种图案和覆盖层组合中的至少一种，使所述后向反射片材供应体的所述初始性能水平变至所述分配请求中提出的所述具体性能标准；和

测量工具，其在利用所述第二数据集操作所述后向反射片材供应体后测量所述后向反射片材供应体更改至所述分配请求的具体性能标准的性能标准。

19.权利要求18所述的系统，其中所述后向反射片材供应体具有基底，所述基底具有第一表面和第二表面，其中多种后向反射元件布置在所述基底的所述第二表面上，以形成具有所述初始性能水平的后向反射片材；和

印刷图案，其布置在所述第二表面上，所述图案被提供的量在所述第二表面区域的30%至约100%的范围内，以使所述后向反射片材的性能水平从第一性能水平变至具体性能标准。

20.权利要求18或权利要求19所述的系统，其中所述第一和第二数据集被包含在计算机中。

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