反光膜的微棱镜反光膜
时间:2018-12-24 16:31来源:和记娱乐

  微棱镜反光膜的逆反射原理与工程级(透镜埋入式)和高强级(透镜密封型)反光膜不同,工程级和高强级反光膜均采用玻璃珠反射原理,而微棱镜反光膜的反射原理是运用微棱镜的折射与反射。微棱镜反光膜的主要代表性产品,从逆反射特点和结构上,主要可以分为四类:注重远距离识别性的截角棱镜、注重近距离大角度识读性的截角棱镜、兼顾远距离识别性能和近距离识读性能的全棱镜,和这些棱镜技术与新型材料技术相结合的新型棱镜型反光膜。他们是顺应应用层次的多元化,而在近些年涌现出来的应对不同层次需求的新型反光材料。 在第一代微棱镜反光膜问世后,人们发现了一个问题,当机动车真正驶入标志的识读距离时,也就是在大观测角度情况下,标志的亮度衰减太大了,以至于在识读距离内,无法阅读标志内容,或是要花更长的时间来阅读。由此,人们又利用大角度截角微棱镜结构,制造了大角度截角微棱镜反光膜(见第二章内容),以解决在识读距离内,保持标志两度的问题。所以,这种大角度反光膜,同样是从反光性能方面来描述的一种特殊的棱镜型反光膜。相对于远距离截角微棱镜反光膜,大角度截角微棱镜反光膜的正面亮度比较低,但在大的入射角和观测角时,它的反光亮度不会有很大的衰减。而大角度对应的是多车道和弯道多的地点,以及标志内容复杂,需要较长阅读时间的标志,所以这种反光膜适合于城市道路和宽阔道路的交通标志。虽然它在远距离的正面反光亮度一般(仅相对于远距离棱镜级,与高强级的正面亮度相比,仍然能高出一倍多),但在近距离时(需要进行标志内容识读的距离),其反光亮度比远距离反光膜要高很多。其方向性要比远距离反光膜要强,可以根据标志设置的位置和方向,进行调整,来适应识读的需要。图6所示是VIP大角度截角微棱镜在显微镜下的结构图。VIP(Visual Impact Prismatic),翻译为视觉影响型棱镜,20世纪80年代晚期问世,曾经一度广泛使用,全棱镜技术出现后停产。 全棱镜反光膜是使用全棱镜结构完成的棱镜型逆反射材料,其特点第二章里已经有所介绍,简单说,就是去除了传统微棱镜结构中不能反光的部分,使反光膜全部由可以实现全反光的棱镜结构组合而成。它结合了远距离和大角度微棱镜反光膜的两种特点,在保持正面亮度大、远距离容易发现的同时,提高了在50-250米距离时的大入射角和观测角下的反光亮度。这种全棱镜反光膜的问世,突破了棱镜型反光膜不能同时兼顾远距离反光能力和近距离反光能力的学术屏障。它根据车灯光传播的路径和方式,找到了在理想距离内的标志视认需要的角度(入射角和观测角),再确定了传统截角微棱镜上的不反光区域,然后将这些不反光区域去掉,从而实现了单位面积反光膜上的反光结构面积100%,也就是所谓的“全反光”。当然,从实际的反光效果看,这只是理论反光效率100%。在实际制作中,由于材料等条件的限制,反射车灯亮度的100%还不能实现,目前,最好的反射效率是58%,这已经大大高于其他类型的反光膜,比如高强级的反射效率,只有23%。而且从观测角0.2开始一直到2,w其逆反射效率可以始终保持在50%以上。图7是全棱镜反光膜的电子显微照片。现在的全棱镜反光膜上,通过每一微晶立方体联结并按一定规律排列后,在一个平方厘米的材料面积上会有930个以上的单元,以控制光线射入和反射出的路径。微晶立方角体下层经密封后形成一空气层,利用光的衍射现象,使入射光线形成内部全反射,从而不需借助金属反射层即可达到最优越的反光效果。使用耐磨高硬度的聚碳酸脂材料和微晶立方体技术制成的这种反光膜与传统的工程级和高强度级反光膜比较,其反光性能不仅成倍增加,而且大角度反光性能亦有很大提高。这种全棱镜反光膜的正面亮度为工程级的六倍以上,白色膜正面亮度(0.2/-4)一般在600 cd/lx/m以上,是高强级的两倍以上,而大观测角下(0.5和2时)的逆反射性能,则要高出大约二到四倍以上。

  全棱镜反光膜是一种适用于所有等级公路和城市道路的交通标志材料。在西方的应用,开始逐渐替代了标志照明的投资和消耗。在制作道路标志时,如果从长期的投资效益和安全效益出发,全棱镜反光膜可以代替任何等级的反光膜。在正常使用状况下,使用十年后的全棱镜反光亮度保留值,至少为初始亮度值的80%,也就是十年后,它仍然能大大超过全新的高强级和工程级反光膜的逆反射性能,是一种从科学发展的角度考察,更节约的选择。同时,如果采用同类别的油墨,结合丝网印刷技术,可以制作各类带有图案的交通标志。

  全棱镜反光膜主要用在指路标志,禁止标志,警告标志和指示标志等,特别是需要较长时间阅读的标志,视觉环境复杂的标志,以及宽阔路面和高等级公路上,其性能表现尤为突出。钻石级反光膜适用的底板是铝板,加工操作温度一般要求在18摄氏度以上进行。

  图8是工程级反光膜、高强级、截角棱镜和全棱镜在各个角度的逆反射亮度值比较。随着科技的进步,全棱镜反光膜各个角度的光度性能有显著的提升。 近年来,棱镜型反光膜,在结构没有大的变化的情况下,将创新的重点,更多地转向了通过不同的材料处理技术,实现更丰富的光控制效果和丰富的材料特性上来,以完成不同的逆反射能力,不同的柔韧性,以便适应不同层面的需要。在市场上俗称为“超强级”、“特强级”、棱镜型工程级(新超工程级)的反光膜,都是棱镜型反光膜的新形式。这些反光膜的截角棱镜结构基本一样,但是材料加工工艺有所区别,形成了不同的反光效果、优越的耐候能力和加工适应性,以应对不同的应用需求。

  其中,尤其是超强级反光膜,由于顺应了市场的需求,在21世纪初问世后,迅速普及开来。其设计初衷,就是发挥棱镜结构的优势,在确保能够超越高强级反光膜所有功能的基础之上,又能在多角度条件下,具有更好的逆反射性能,更优越的性价比。

  这些新型棱镜反光膜具有非常高的强度和厚度,消除了反光膜在标志加工中易撕裂,起皱、气泡、表面蜂窝突起等缺陷,大大简化了施工时的难度,使标志加工过程更加容易控制,减少了加工不良带来的损失。同时,由于反光膜的表面亮度因子大,逆反射性能大大改善。它不仅具备了长距离下的优越逆反射系数,在一般的视认需求下,近距离的大观测角度依然能使标志保持较好的亮度,使驾驶者能更早的发现标志牌,并在近距离更加清楚的阅读标志牌的内容。图9是这些棱镜结构反光膜的结构示意图。通过树脂层、立方晶体表面的材料加工差异,就能形成不同的逆反射效果。

  这类反光膜的表层大多采用聚碳酸酯材料,不仅更加耐磨损,耐刮擦,而且可以配套丝印油墨,还可以应用到热转印打印,制作彩色的交通标志。同时,由于表面亮度因子的提高,使标志牌在白天更加醒目,鲜艳,也具备了更好的耐候性。

  值得一提的是,在各方面都对交通标志有着严格要求的2008年北京奥运会上,北京市交通管理机关就使用了这种反光膜高质高速地完成了赛事准备任务,使中国成为奥运会历史上第一个使用这种反光膜制作专用车道提示标志的国家。这也从一个侧面,展现了中国交通标志制作工艺,已经迅速地和国际先进水平接近。见图10。

  图10(a)是正在安装的超强级反光膜标志,上面的彩色部分,是由打印机打印完成的。图(b)为正在打印的超强级反光膜。超强级反光膜表面最大的与众不同点,是图(c)这种独特的条纹图案。这是其他反光膜所不具备的特征。

  2008年才问世的棱镜型工程级反光膜,也是一个全新的产品概念。它在保证了传统工程级反光膜正面亮度性能的同时,在大角度反光性能上,有了长足的进步,逆反射能力甚至超越了高强级反光膜的参数,同时,由于聚碳酸脂材料的使用,使这种反光膜具备了坚硬和高耐侯的能力,可以大大提高施工效率,为逆反射材料的应用和推广,提供了更多技术选择空间。 在全棱镜结构以后的反光膜,还没有在结构上再有所突破。但在反光膜的成本、材质和化学涂层上,还有很多发展的空间。荧光反光膜就是其中改善涂层技术,以进一步优化反光膜功能的一个典型案例。荧光全棱镜反光膜,是把耐侯性优异的特殊荧光材料(一般荧光材料耐候性很差),和全棱镜技术结合以后的具有特殊光学效果的反光膜。荧光反光膜里有一种独特的耐候性荧光因子,能够在吸收光谱内的可见光和部分不可见光的能量后,增加活跃程度,从而将不可见光的能量转化为可见光的能量,使反光膜的色度和光度在白天发挥得更加强大,从而增加标志的显著性。

  由于荧光反光膜能够吸收光谱内的不可见光的能量并加以转化,这就使其能具有更加好的色度和光度,也就是所谓的更加鲜艳。这种荧光反光膜,在恶劣天气条件下,和当太阳光不那么强烈时,要比普通颜色鲜艳得多,更容易引起人们的注意。将这种荧光反光膜用于交通安全设施产品中,对确保黎明、黄昏或雨、雪、雾等恶劣天气的行车安全具有重大意义。目前荧光全棱镜反光膜在国外的应用已经很普遍,如荧光警示标志、荧光线形轮廓标、道路施工区荧光标志等。黄绿色荧光全棱镜反光膜已经被美国联邦公路局批准用于行人、非机动车和学校区域的交通标志;橙色荧光全棱镜反光膜多应用于施工区域标志。世界各国针对荧光反光膜也出台了相应的标准规范和技术条件。图11是荧光和非荧光反光膜的对比。

  在中国,从2006年开始,荧光黄反光膜和荧光黄绿反光膜等都已经开始有了一些应用。在四川通往峨眉山的高速公路的多雨雾路段,北京八达岭高速公路上的事故多发路段,以及北京五环路上的奥运专用车道上,都能看到中国交通工程界对这种新型技术的细纳和应用发挥。见图12和图13。图3-14北京奥运水上赛场附近的人行道提示标志,使用了荧光黄绿全棱镜型反光材料提高警告标志的视认效果。注意观察旁边使用普通反光膜的警告标志的光度和色度差距。为确保奥运交通,五环路上正在安装带有荧光黄绿全棱镜型反光膜的车速提示设备(图13),值得注意的是,逆光状态下,其他的交通标志色度和光度都不好,但荧光黄绿全棱镜反光膜区域,非常醒目。

  需要注意的是,荧光反光膜是耐侯型荧光因子和棱镜型反光膜结合产物,那种使用柠檬黄印刷的广告材料,不属于这个技术范畴,尽管表面看起来色谱接近,但并没有荧光反光膜的所有技术特性。

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