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  1、j ou rnal o f hi ghwa y and transpor ta t ion r esearch and d ev el o pm en t微棱镜型反光膜及其应用前景王智和王涪新单明正(北京航空材料研究院 北京 100095)(1) 无镀层型反光膜棱锥后面是空气 , 因而反射主要是全内反射 , 这就要求棱锥后必须有稳定的空气 层 , 所以在无镀层型反光膜中有一层封闭层 ( sealing film) (见图 2) , 以防止湿气 、尘埃等杂质进入空气反光膜是近 50 年发展起来的新型功能性复合材料 。微棱镜型反光膜是 80 年代后期才发展起来的 , 由于其亮度高 , 耐久性好 ,

  2、 材料成本低 , 同时又克服 了以往棱镜型反光材料的有效入射角小 , 观察角小 ,反射光束不对称的缺点 , 因而在需要高亮度的公路交 通方面的使用愈来愈普遍 。层 ,造成逆反射系数下降 。1反光原理和结构组成111原理微棱镜型反光膜的反光原理是依据光线在三维空 间中 , 从一定的角度入射 , 在相互垂直的 3 个平面上 发生 3 次反射 , 然后沿着原来的入射方向反射回去 , 见图 1 。图 2 无镀层的微棱镜型反光膜图 3 有镀层的微棱镜型反光膜(2) 有镀层型反光膜棱锥后镀有一层金属 ,一般图 1 反射单元的反射原理根据制造工艺的不同 , 在棱镜面上发生的反射有 两类 : 一类是空气树脂界

  3、面的 ( 全) 反射 , 另一类 是铝树脂界面的反射 。112按结构不同分类是铝 。反射主要在树脂铝界面上进行 。有镀层型反光膜没有封闭层 。(3) 由于无镀层型反光膜需要封闭 , 所以有支撑 壁 , 从正面看 , 是一个个菱形或六边形的格子 。而有 镀层型反光膜则没有 。根据反射种类的不同 ,微棱镜型反光膜的结构可2微棱镜型反光膜的性能以 分 为 两 种 ( 见 图 2 , 图 3 ) : 有 镀 层 型 反 光 膜(a s tm4956 中称为 type v sheeting) 和无镀层型反 光膜 (a s tm4956 中称为 type sheeting) 。由于有 镀层型反光膜颜色灰暗

  4、 , 未来市场发展的潜力暗淡 。这两种反光膜的构造不同之处有 :211光学性能无论在反光强度 、广角性等方面 , 微棱镜型反光 膜都比透镜型反光膜有很大的提高 。图 4 是 3m 公司3 类产品的反光强度初始值的比较 (012观察角) 。 收稿日期 19961105第一作者 男 , 1970 年生 , 助理工程师公路交通科技 1998 年 第 1 期31112母板的制作及复型由于微棱镜型反射单元的高度为 0100301015in (即 01078 201381 mm) , 而且形状不规则 , 在平面 上的排列也有一定规律 , 并对成型面光洁程度要求很 高 , 因而母板需精密机械加工 。母板本身并不直接参

  5、与成型 , 加工价格昂贵 , 面积有限 , 而且模具使用周 次并不高 。可利用母板复型生产出复制模具 , 并将其 拼接成任意大小 , 以便于工业化生产 。31113基材的确定作为微棱镜型反光膜 , 其主体材料是工程塑料 ,根据其使用性能的不一样的要求 , 选不一样的塑料片基 。 主要考虑的指标和解决的问题有 : 材料的耐候性能 、 塑料片基的预热性能及其流变性能等 。3m 公司使用 的是聚碳酸酯 。31114压纹技术由于微棱镜型反光膜对光学性能要求极高 , 因此 它的压纹精度要求也相当高 , 在压纹过程中 , 不允许 出现流动不良 、气泡 、刮痕等缺陷 , 对工艺条件 , 如 温度 、压力等的要求

  6、也很苛刻 。312最新进展现在能生产微棱镜型反光膜的供应商主要有 : 美 国 3m 公 司 、斯 蒂 姆 公 司 ( stimso nite ) 、瑞 飞 公 司 ( reflexite) 、日本电石株式会社 。其产品都是非镀层图 4 很多类型反光膜的初始反光强度以前的微棱镜型反光膜的反射光锥不对称 , 有效入射角小 , 但是经过对反射单元及其阵列的设计 ,些问题基本得到了解决 。212耐候性这尽管微棱镜型反光膜在达到常规使用的寿命后 ,逆反射系数下降 50 % , 但是其逆反射系数仍能保持在 400cdlx - 1 m - 2 , 远高于其它两类反光膜 , 见图 5 ( 012 观察角 , - 4

  7、入射角) 。图 5 很多类型反光膜的耐候性能- 1- 2型微棱镜反光膜 , 逆反射系数可达 900cdlxm,而且反射结构单元的形状和阵列都有独特之处 , 基本 上解决了反射光分布不匀 、广角性差的缺点 。现在关于微棱镜型反光膜的报道 , 大多分布在在反射单元及其阵列的设计上 。3微棱镜型反光膜的制造技术关键和最新进展311关键技术微棱镜型反光膜的反光基础原理虽然简单 ,但制造技术却涉及材料学 、光学 、精密机械制造等多学科 、高技术领域 。归结起来 , 制造微棱镜型反光膜的 关键技术有以下 4 种 。31111单元结构和其阵列设计传统的棱镜型逆反光材料主要存在以下缺点 :(1) 有效入射角小

  8、, 当入射角大于 20时 , 由于4应用前景由于微棱镜型反光膜的极高反光强度和良好的广角性能 , 随着机动车速的逐步的提升 , 高速公路的不 断增长 , 道路情况的不断复杂 , 微棱镜型反光膜的应 用市场将越来越广阔 。在美国加州的高速路上 , 标志 的边框和图案已经换为钻石级产品 。但是 , 高强度引 起的其它问题 , 如炫光 , 以及实际应用中对图案与背景的反差要求 , 决定了微棱镜型反光膜不能完全替代 玻璃微珠型反光膜 。全内反射现象消失 ,(2) 观察角小 ,近处反而不行 。反光亮度几乎丧失殆尽 。即人在远处能够正常的看到逆反射光 ,(3) 由于反射单元的三侧面性质使逆向反射光锥有不合要求的

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