CN104991300A - 一种回归反射反光膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回归反射反光膜，包括多个同方向分布的反光阵列，相邻反光阵列之间具有第一V型凹槽；每个反光阵列由多个反光单元交错排列构成，同一反光阵列内的反光单元为在结构和排列上完全相同的立方柱体结构，在同一反光阵列内，立方柱体结构包含三个彼此相互正交的反光面，且相邻立方柱体的底面与另一立方柱体的顶面具有第二V型凹槽，第一V型凹槽与第二V型凹槽分布方向垂直。本发明公开的回归反射反光膜在大角度斜入射光照条件下具有良好的逆反射能力，可用于高速公路中间隔离带、马路人行横道斑马线等应用场所，且本发明的回归反射反光膜制备简单、生产成本低。

Description

一种回归反射反光膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种具有特定几何形状的回归反射反光膜，属于逆反射反光材料领域。

背景技术

回归反射，又称逆反射，所指的是不管光沿什么方向入射，产生的反射光始终逆着入射光路传播的光学现象。这种反射现象不同于漫反射或镜面反射。回归反射的特性被广泛应用于通讯、遥感遥测、摄影、舞台布景等领域，尤其广泛用于制作各种警示标志，如道路上的危险警告标志、交通控制标志、导航标志、广告牌、车牌、各种职业制服上的警示标志等。衡量回归反射特性的最重要的指标参数是回归反射率，其定义是逆反射光能量占入射光总能量的百分比。反射率越大，则反光标牌的可视距离越远。但不管何种逆反射材料，逆反射率都会受入射角和方位角的影响而发生变化。从行业应用需求来看，人们期望反光膜具有最大的广角性及最小的各向异性，但上述二者是一体两面，只能通过结构改进来尽可能最大限度提高反光膜的广角性，减小或改善其各向异性。

目前在照明、光学标志牌、户外发光广告等多种场合广泛应用的反光膜的光学特性为沿着反光膜的法线方向逆反射率最大，由于具有此类特性，适合应用于光源垂直照射的场合下，但如果光源以大角度照射之，则回归反射光强较弱。这也就意味着已有的此类反射膜对于一些特定场合，例如在高速公路中间隔离带、马路人行横道斑马线等特，光源是以大角度照射到反光标牌上，导致传统的反射膜反射光较弱，无法满足实际应用需要。

发明内容

申请人多年来对回归反射反光膜的设计开发进行了深入研究，并惊喜的制成了一种具有逆反射性能的反光膜，所得反光膜具有特殊的回归反射特性：回归反射能力最强的方向不是沿通常的膜面法向，而是沿与膜面成一定倾角的方向，从而使得所得回归反射反光膜尤其适用于马路斑马线、高速公路隔离标线等大角度斜入射光照环境。

具体的说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种回归反射反光膜，包括多个同方向分布的反光阵列，相邻反光阵列之间具有第一V型凹槽；每个反光阵列由多个反光单元交错排列构成，同一反光阵列 内的反光单元为在结构和排列上完全相同的立方柱体结构，在同一反光阵列内，立方柱体结构包含三个彼此相互正交的反光面，且相邻立方柱体的底面与另一立方柱体的顶面具有第二V型凹槽，第一V型凹槽与第二V型凹槽分布方向垂直。

其中，所述回归反射反光膜由热塑性透光塑料材料制成。

上述的热塑性透光塑料材料不受到特别限制，已有的透光性良好的、便于热塑加工的塑料材料均可用于本发明，优选为聚碳酸酯、PMMA。

其中，第一V型凹槽是由相邻反光阵列排列形成，因此其角度不受到特别限制；第二V型凹槽是在与第一V型凹槽垂直方向上将上方的材料加工除去形成，因此为了便于后续加工，所述相邻立方柱体之间的第二V型凹槽夹角优选为5°～60°。

本领域技术人员容易理解，上述的反光阵列结构，可以存在多个平行排列的第一V型凹槽，多个平行分布的第二V型凹槽，在此情况下，多个第一V型凹槽夹角可各不相同或相同，多个第二V型凹槽夹角可各不相同或相同，为了加工生产的方便，通常采用多个相同的第一V型凹槽，多个相同的第二V型凹槽。

如本领域技术人员所知，为了将反光膜应用于箱体、建筑物表面等结构上，反光膜还需要有其它附属结构，此类结构在本领域是广泛所知的，因此本发明的回归反射反光膜，还包括一体成型的相同材料制成的透光薄膜，反光阵列位于透光薄膜下方并内凹于基底薄膜之中，其底部依次叠合密封层、粘接剂、剥离纸。

在上述基础上，本发明还公开了所述回归反射反光膜的制备方法，包括下述步骤：1)制备金属母模：在长方体状金属基板的第一侧面上标识至少一个第一直角三角形，按照第一直角三角形的形状沿着金属基板的顶面加工去除标线上方的金属材料，使其形成沿相同方向延伸的第一V型凹槽；在与金属基板第一侧面垂直相交的第二侧面上标识至少一个第二直角三角形，该第二直角三角形的直角边之一与金属基板的顶面重合，按照第二直角三角形的形状沿着金属基板的顶面加工去除标线上方的金属材料，使其形成沿相同方向延伸的第二V型凹槽；2)通过模压或挤出成型，将金属母模的结构转移给透光薄膜，并在透光薄膜上形成具有与金属母模形状对应的反光阵列结构。

通过采用金属母模结构转移给透光塑料材料制备所述反光膜，可以快速、准确、高精度的生产大量符合不同需要、不同规格的反光膜，母模的加工制作采用整体机械加工的方法即可实现，从而便于提高工艺精度、节省劳动力成本、降低 制造难度。

上述的金属母模，可以采用各种金属材料，包括但不限于但不限于金属铝、铜、铬及其合金。

为了提高金属母模的使用寿命，防止金属母模长期使用的磨损失效，上述制备方法还包括将步骤1)所得金属母模通过镍电铸工艺将其结构转移，形成在结构上与金属母模互为阴阳模的副模。

上述的副模，如本领域技术人员所熟知的，可采用铜、铁、镍、镍钴合金、镍锰合金等常见适合电铸的金属材料，采用电铸的方法来制作副模。

为了获得产品的成品，上述制备方法还包括下述步骤：将具有反光阵列结构的透光薄膜与密封层、粘接剂、剥离纸叠合组装。

由于本发明的回归反射反光膜的光学特性，本发明还公开了所述回归反射反光膜在大角度斜入射光照环境下作为反光膜的应用。

附图说明

图1为用于制作母模的金属基板；

图2为图1的金属基板的“A”面的标线；

图3为图1的金属基板沿“A”面的标线车削加工出第一“V”型槽后的效果图，其中3-a为主视图，3-b为右视图，3-c为俯视图，3-d为立体图；

图4为图1的金属基板的“B”面的标线；

图5为图1的金属基板沿“B”面的标线车削加工出第二“V”型槽后两组垂直交叉“V”型槽后的效果图，其中5-a为主视图，5-b为右视图，5-c为俯视图，5-d为立体图；

图6为金属母模转移结构的副模的立体图；

图7为最终所得回归反射反光膜结构示意图；

图8为实施例1的金属母模结构图，其中，8-a为主视图，8-b为右视图，8-c为俯视图，8-d为立体图；

图9为实施例1中的反光阵列中的一个反光单元的结构图，其中，9-a为主视图，9-b为右视图，9-c为俯视图，9-d为立体图；

图10为分析回归反射反射率所建立坐标系；

图11为不同入射光方向下的回归反射率(实施例1)；

图12为实施例1的最佳食用入射角度；

图13为实施例2的金属母模结构图，其中，13-a为主视图，13-b为右视图，13-c为俯视图，13-d为立体图；

图14为不同入射光方向下的回归反射率(实施例2)；

图15为实施例3的金属母模结构图，其中，15-a为主视图，15-b为右视图，15-c为俯视图，15-d为立体图；

图16为不同入射光方向下的回归反射率(实施例3)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更清晰、更详细的说明。在如下具体实施和附图中公开了本发明的若干较佳实现方式。本领域技术人员可以理解，如下所提供的实施例是示意性的，所提供的附图也非按照比例绘制。本领域技术人员在理解和掌握本发明实质精神的基础上，所进行的大小、形状、角度、参数等的改进依旧属于本发明的保护范围。

本发明所公开的回归反射反光膜，先通过车削加工制作具有特定结构的金属母模，然后通过镍电铸等方法将母模的结构转移给副膜，最后通过副膜来轧制聚碳酸酯、PMMA等透光材料，制作具有逆反射性能的反光膜。

在上述步骤中，设计制作回归反射材料的第一步是在金属基板上通过机械加工制作出所需的几何结构，并将它称之为母模。

图1为用于制作母模的金属基板，为了说明的方便，分别将A、B、C面分别称为正面、侧面和顶面。其长、宽、厚分别为l、w、h，通常其长度、宽度是厚度的10倍以上。

首先，在“A”面进行操作。如图2所示，在“A”面上标记出D₁、D₂、D₃、……点位，将其沿长度方向等分成若干等份。以线段“D₁D₂”为斜边，在其上方任取一点“E₁”，使D₁E₁⊥D₂E₁，也就是说使△D₁E₁D₂为直角三角形，而∠α₁的大小任意。以下进行相似操作，分别选取点E₂、E₃、E₄、……，使得△D₂E₂D₃、△D₃E₃D₄、△D₄E₄D₅、……均为直角三角形，而∠α₂、∠α₃、∠α₄、……的大小任意取值。

然后，对图1的金属基板沿“A”面的标线D₁E₁D₂E₂D₃E₃……进行车削加工，去除标线上方的金属材质，得到一组沿相同方向延伸的第一“V”型槽，如图3所示。

接下来，在金属基板(图1)的“B”面上标线。经过前述操作后，“B”面的向视图为图3-b。如图4所示，在“B”面上标记出F₁、F₂、F₃、……点位，将“B”面沿长度方向等分成若干等份。F₁、F₂、F₃、……处于同一水平面内，且与图3中那些沟槽的底部等高。由F₁、F₂、F₃、……分别向上作垂线F₁G₁、F₂G₂、F₃G₃、……，再分别作射线F₁H₁、F₂H₂、F₃H₃、……，它们与垂线F₁G₁、F₂G₂、F₃G₃、……的夹角分别为β₁、β₂、β₃、……。为便于后续加工，通常控制β₁＝β₂＝β₃＝…＝β，这里β可取5°-60°之间的某个角度。对图4的金属基板沿“B”面的标线G₁F₁H₁、G₂F₂H₂、G₃F₃H₃、……进行车削加工，去除标线上方的金属材质，得到一组沿相同方向延伸的“V”型槽，这组“V”型槽与图3中的“V”型槽垂直交叉。此时的效果图如图5所示。

至此已完成金属母模的制作。

在上述基础上，将金属母模的结构转移给副模，这一步工序通过镍电铸的方法来实现，所得到的副模在结构上与金属母模互为阴阳模，如图6所示。

最后，通过模压或挤出成型工艺将副模的结构转移给聚碳酸酯、PMMA等热塑性透明材料，得到的透明薄膜具有对应于图5的结构，薄膜的一面为光面，另一面为立方角锥型反光单元阵列。将上述模压薄膜按图7的方式进行组装，即完成了回归反射反光膜的制作过程。在组装完成的结构中，70为具有回归反射反光膜结构的透光模压薄膜，71为密封层，密封层与光学膜之间形成了空气间隙72，在密封层的两端为支撑壁73，最后用粘结剂74粘结在剥离纸75上。

实施例1

在图2中取∠α₁＝∠α₂＝∠α₃＝…＝45°，在图4中选择如下参数：∠β₁＝∠β₂＝∠β₃＝∠β＝30°，此时得到的结构如图8所示。该结构具有下列特点：(1)每个反光单元在结构和排列上都完全相同，整个反光阵列由同一种反光单元周期性排列组成；(2)每个反光单元均为立方柱体结构，如图9所示，它包含三个彼此相互正交的反光面，其中345面为等腰直角三角形，2356面、1456面是两个全同的梯形。

为了准确表述上述结构，参考图9用纯粹的结合语言对立方柱体进行描述：该立方柱体的底面345为直角三角形，且纵向垂直于金属基板；侧面2356、1456均为直角梯形，顶面126为直角三角形，该直角三角形所在的面与纵向的角度即为图4中所称的V型凹槽的夹角。由相邻立方柱体的底面与另一立方柱体的顶面构成了第二V型凹槽。以下实施例类同可知。

当外来入射光照射到反光单元阵列时，逆反射光相对于入射光的强度与入射光传播方向有极大关系。为便于定量表达这种定量关系系，如图10所示建立坐标系：将反光膜光面的法线方向选取为z轴，反光单元长度方向方向选取为x轴，宽度方向选取为y轴。外来入射光的传播方向用单位向量r_i表示，逆反射光的传播方向为r_o。入射光与反射光的具体传播方向可用一对参数来表征，其中θ为外来光线对膜面的入射角，为方位角。将逆反射光相对于入射光的强度定义为回归反射率，用R表示。理论研究和工程实践均表明，任何一款回归反射材料的回归反射率都与入射光的传播方向有极大关系，是光线入射方向的函数：

不同结构的反光膜有着不同的回归反射率函数决定它有着不同的回归反射性能。

按本实施例的结构图8，不同入射光方向的回归反射率的变化情况示于图11中。可以看出反射率明显存在一个峰值，该处对应着：

方向，表明在该入射方向反光膜有着最强的反光能力，是本实施例在应用时优先考虑的方向。

将上述入射方向与反光膜的角度关系画出，如图12所示，值得注意的是， 反光膜的最佳应用方向(即反光能力最强的方向)不是沿膜面的法线方向，这一点与通常的反光膜明显不同。通常的反光膜，例如完整立方角锥反光膜或截角角锥反光膜，其反光能力最强的方向都是沿膜面的法线方向，因此这一类的反光材料在垂直照射下的反光能力最强。本实施例的结构适合应用于灯光大角度斜入射的场所，例如用作为马路路标、高速公路中间隔离带标志等。

实施例2

在图2中取∠α₁＝∠α₂＝∠α₃＝…＝30°，在图4中取∠β₁＝∠β₂＝∠β₃＝∠β＝30°，此时得到的结构如图13所示。该结构具有下列特点：(1)每个反光单元在结构和排列上都完全相同，整个反光阵列由同一种反光单元周期性排列组成；(2)每个反光单元均为立方柱体结构，它包含三个彼此相互正交的反光面，其中一个面为直角三角形(内角分别为30°、60°、90°)，另两个面为一大一小的梯形。

按本实施例的结构，不同入射光方向的回归反射率的变化情况示于图14中。可以看出反射率的峰值对应着：

方向，表明在该入射方向反光膜有着最强的反光能力，是本实施例在应用时优先考虑的方向。

实施例3

在图2中交替取∠α₁、∠α₂、∠α₃、…为30°和60°，在图4中取∠β₁＝∠β₂＝∠β₃＝∠β＝30°，此时得到的结构如图15所示。该结构具有下列特点：(1)每个反光单元在结构上完全相同，整个反光阵列由同一种反光单元交错排列构成；(2)每个反光单元均为立方柱体结构，它包含三个彼此相互正交的反光面，其中一个面为直角三角形(内角分别为30°、60°、90°)，另两个面为一大一小的梯形。

按本实施例的结构，不同入射光方向的回归反射率的变化情况示于图16中。可以看出反射率存在三个峰值，分别对应着：

三个方向，表明在这三个入射方向反光膜有着最强的反光能力，是本实施例在应 用时优先考虑的方向。

与实施例1、实施例2相比，实施例3结构的反射特性存在以下特点：(1)在较宽的方位角范围内有着较强的逆反射能力，有利于需要宽视角范围的应用场所；(2)最大回归反射率大约是实施例1和实施例2的一半，这是受总的回光能力限制的缘故。

Claims (8)

1.一种回归反射反光膜，其特征在于包括多个同方向分布的反光阵列，相邻反光阵列之间具有第一V型凹槽；每个反光阵列由多个反光单元交错排列构成，同一反光阵列内的反光单元为在结构和排列上完全相同的立方柱体结构，在同一反光阵列内，立方柱体结构包含三个彼此相互正交的反光面，且相邻立方柱体的底面与另一立方柱体的顶面具有第二V型凹槽，第一V型凹槽与第二V型凹槽分布方向垂直。

2.根据权利要求1的回归反射反光膜，其特征在于由热塑性透光塑料材料制成。

3.根据权利要求1的回归反射反光膜，其特征在于相邻立方柱体之间的第二V型凹槽夹角为5°～60°。

4.根据权利要求1的回归反射反光膜，其特征在于还包括一体成型的相同材料制成的透光薄膜，反光阵列位于透光薄膜下方并内凹于基底薄膜之中，其底部依次叠合密封层、粘接剂、剥离纸。

5.权利要求1的回归反射反光膜的制备方法，其特征在于包括下述步骤：1)制备金属母模：在长方体状金属基板的第一侧面上标识至少一个第一直角三角形，按照第一直角三角形的形状沿着金属基板的顶面加工去除标线上方的金属材料，使其形成沿相同方向延伸的第一V型凹槽；在与金属基板第一侧面垂直相交的第二侧面上标识至少一个第二直角三角形，该第二直角三角形的直角边之一与金属基板的顶面重合，按照第二直角三角形的形状沿着金属基板的顶面加工去除标线上方的金属材料，使其形成沿相同方向延伸的第二V型凹槽；2)通过模压或挤出成型，将金属母模的结构转移给透光薄膜，并在透光薄膜上形成具有与金属母模形状对应的反光阵列结构。

6.根据权利要求5的制备方法，其特征在于还包括下述步骤：将步骤1)所得金属母模通过镍电铸工艺将其结构转移，形成在结构上与金属母模互为阴阳模的副模。

7.根据权利要求5的制备方法，其特征在于还包括下述步骤：将具有反光阵列结构的透光薄膜与密封层、粘接剂、剥离纸叠合组装。

8.权利要求1的回归反射反光膜在大角度斜入射光照环境下作为反光膜的应用。