反光膜是近50年發(fā)展起來(lái)的新型功能性復(fù)合材料。微棱鏡型反光膜是80年代后期才發(fā)展起來(lái)的,由于其亮度高,耐久性好,材料成本低,同時(shí)又克服了以往棱鏡型反光材料的有效入射角小,觀察角小,反射光束不對(duì)稱的缺點(diǎn),因而在需要高亮度的公路交通方面的使用越來(lái)越廣泛。

　　1　反光原理和結(jié)構(gòu)組成

　　1.1　原理

　　微棱鏡型反光膜的反光原理是依據(jù)光線在三維空間中,從一定的角度入射,在相互垂直的3個(gè)平面上發(fā)生3次反射,然后沿著原來(lái)的入射方向反射回去,見圖1。

根據(jù)制造工藝的不同,在棱鏡面上發(fā)生的反射有兩類:一類是空氣-樹脂界面的(全)反射,另一類是鋁-樹脂界面的反射。

　　1.2　按結(jié)構(gòu)不同分類

　　根據(jù)反射種類的不同,微棱鏡型反光膜的結(jié)構(gòu)可以分為兩種(見圖2,圖3):有鍍層型反光膜(ASTM4956中稱為Type V Sheeting)和無(wú)鍍層型反光膜(ASTM4956中稱為TypeⅣSheeting)。由于有鍍層型反光膜顏色灰暗,市場(chǎng)前景暗淡。

　　這兩種反光膜的構(gòu)造不同之處有:

　　(1)無(wú)鍍層型反光膜棱錐后面是空氣,因而反射主要是全內(nèi)反射,這就要求棱錐后必須有穩(wěn)定的空氣層,所以在無(wú)鍍層型反光膜中有一層封閉層(Sealingfilm) (見圖2),以防止?jié)駳?、塵埃等雜質(zhì)進(jìn)入空氣層,造成逆反射系數(shù)下降。

(2)有鍍層型反光膜棱錐后鍍有一層金屬,一般是鋁。反射主要在樹脂-鋁界面上進(jìn)行。有鍍層型反光膜沒(méi)有封閉層。

　　(3)由于無(wú)鍍層型反光膜需要封閉,所以有支撐壁,從正面看,是一個(gè)個(gè)菱形或六邊形的格子。而有鍍層型反光膜則沒(méi)有。

　　2　微棱鏡型反光膜的性能

　　2.1　光學(xué)性能

　　無(wú)論在反光強(qiáng)度、廣角性等方面,微棱鏡型反光膜都比透鏡型反光膜有很大的提高。圖4是3M公司3類產(chǎn)品的反光強(qiáng)度初始值的比較(0.2°觀察角)。

　以前的微棱鏡型反光膜的反射光錐不對(duì)稱,有效入射角小,但是經(jīng)過(guò)對(duì)反射單元及其陣列的設(shè)計(jì),這些問(wèn)題基本得到了解決。

　　2.2　耐候性

　　盡管微棱鏡型反光膜在達(dá)到使用壽命后,逆反射系數(shù)下降50%,但是其逆反射系數(shù)仍能保持在400cd·lx-1·m-2,遠(yuǎn)高于其它兩類反光膜,見圖5 (0.2°觀察角, -4°入射角)。

3　微棱鏡型反光膜的制造技術(shù)關(guān)鍵和最新進(jìn)展

　　3.1　關(guān)鍵技術(shù)

　　微棱鏡型反光膜的反光基本原理雖然簡(jiǎn)單,但制造技術(shù)卻涉及材料學(xué)、光學(xué)、精密機(jī)械制造等多學(xué)科、高技術(shù)領(lǐng)域。歸結(jié)起來(lái),制造微棱鏡型反光膜的關(guān)鍵技術(shù)有以下4種。

　　3.1.1　單元結(jié)構(gòu)和其陣列設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的棱鏡型逆反光材料主要存在以下缺點(diǎn):

　　(1)有效入射角小,當(dāng)入射角大于20°時(shí),由于全內(nèi)反射現(xiàn)象消失,反光亮度幾乎喪失殆盡。

　　(2)觀察角小,即人在遠(yuǎn)處可以看到逆反射光,近處反而不行。

　　(3)由于反射單元的三側(cè)面性質(zhì)使逆向反射光錐有不合要求的不對(duì)稱形狀,結(jié)果從不同的掃描角來(lái)觀察時(shí),有不同的逆反射亮度。

　　解決這些問(wèn)題的方法主要是依靠逆反射單元結(jié)構(gòu)和陣列的設(shè)計(jì),如變換3個(gè)平面的夾角大小,使其有一定分布,或?qū)卧嚵邪匆欢ǖ囊?guī)律排布。但是由于結(jié)構(gòu)和陣列設(shè)計(jì)復(fù)雜,給母板的制作、復(fù)型、成型后的脫模等都造成很大的困難,因而實(shí)施不易。

　　3.1.2　母板的制作及復(fù)型

　　由于微棱鏡型反射單元的高度為0.003~0.015in(即0.078 2~0.381mm),而且形狀不規(guī)則,在平面上的排列也有一定規(guī)律,并對(duì)成型面光潔程度要求很高,因而母板需精密機(jī)械加工。板本身并不直接參與成型,加工價(jià)格昂貴,面積有限,而且模具使用周次并不高?？衫媚赴鍙?fù)型生產(chǎn)出復(fù)制模具,并將其拼接成任意大小,以便于工業(yè)化生產(chǎn)。

　　3.1.3　基材的確定

　　作為微棱鏡型反光膜,其主體材料是工程塑料,根據(jù)其使用性能的不同要求,選擇不同的塑料片基。主要考慮的指標(biāo)和解決的問(wèn)題有:材料的耐候性能、塑料片基的預(yù)熱性能及其流變性能等。3M公司使用的是聚碳酸酯。

　　3.1.4　壓紋技術(shù)

　　由于微棱鏡型反光膜對(duì)光學(xué)性能要求極高,因此它的壓紋精度要求也相當(dāng)高,在壓紋過(guò)程中,不允許出現(xiàn)流動(dòng)不良、氣泡、刮痕等缺陷,對(duì)工藝條件,如溫度、壓力等的要求也很苛刻。

　　3.2　最新進(jìn)展

　　現(xiàn)在能生產(chǎn)微棱鏡型反光膜的供應(yīng)商主要有:美國(guó)3M公司、斯蒂姆公司(Stimsonite)、瑞飛公司(Reflexite)、日本電石株式會(huì)社。其產(chǎn)品都是非鍍層型微棱鏡反光膜,逆反射系數(shù)可達(dá)900cd·lx-1·m-2,而且反射結(jié)構(gòu)單元的形狀和陣列都有獨(dú)特之處,基本上解決了反射光分布不勻、廣角性差的缺點(diǎn)?，F(xiàn)在關(guān)于微棱鏡型反光膜的報(bào)道,主要集中在反射單元及其陣列的設(shè)計(jì)上。

　　4　應(yīng)用前景

　　由于微棱鏡型反光膜的極高反光強(qiáng)度和良好的廣角性能,隨著機(jī)動(dòng)車速的不斷提高,高等級(jí)公路的不斷增長(zhǎng),道路情況的不斷復(fù)雜,微棱鏡型反光膜的應(yīng)用市場(chǎng)將越來(lái)越廣闊。在美國(guó)加州的高速路上,標(biāo)志的邊框和圖案已經(jīng)換為鉆石級(jí)產(chǎn)品。但是,高強(qiáng)度引起的其它問(wèn)題,如炫光,以及實(shí)際應(yīng)用中對(duì)圖案與背景的反差要求,決定了微棱鏡型反光膜不能完全替代玻璃微珠型反光膜。