CN1134676C - 穿孔的回射薄膜 - Google Patents

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Abstract

一种视觉穿透回射结构，包括：透明的聚合物薄膜、附着在该聚合物薄膜上的回射元件阵列、以及在该回射元件阵列中贯穿该回射结构的孔。在一个实施方案中，该回射结构包括在透明的棱镜元件上成型的金属化反射层，以及附着到该金属化反射层上的支撑层(例如，织物)。其方法包括：提供透明的聚合物薄膜，使回射元件阵列附着到该聚合物薄膜上。刺穿回射元件阵列和透明的聚合物薄膜，形成贯穿该回射结构的孔阵列，从而构成回射结构。这些孔具有足以提供视觉穿透能力的尺寸和间隔。在一个实施方案中，金属化的反射层可应用于回射元件和附着在该金属化反射层上支撑层上(例如，织物)。

Description

穿孔的回射薄膜
本发明的背景技术
回射材料可以用于各种安全和装饰目的。这些材料特别适用于低照度条件下、能见度很重要的夜间。好的回射材料，光线大体上朝着光源的方向、沿着基本上平行于回射光轴的路径被反射。
许多类型的回射材料用于各种不同的目的。这些回射材料可以用于作为衣服的带子和补缀，例如背心和腰带。同时，回射材料可以用于标杆、桶、交通路标、高速公路标记、警告反射装置等等。回射材料可以包括随机定位的微米直径球体阵列或密集的立方体角(棱镜)阵列。
立方体角(或棱镜)回射片已在1973年1月23日授予Stamm的美国专利第3,712,706号中得到描述。通常，这些棱镜是通过主副模具，在金属板或其他适当材料的平整表面上制成的。为了形成立方体角，在该平整的金属板内刻有三个系列的平行、等距、交叉、呈60度角的V形沟槽，随后，该模具将所需的立方体角阵列加工成刚性平整的塑料表面。
对立方体角微棱镜的结构和操作的进一步详细的描述可以在1972年8月15日授予Rowland的美国专利第3,684,348号中找到。在1972年9月5日授予Rowland的美国专利第3,689,346号中还揭示了一种用于制造回射片的方法，所揭示的方法是在一个协同的成型模具中形成该立方体角微棱镜的。这些棱镜被粘接到覆盖在其上的片材上，提供了一种复合结构，使该立方体角形成在该片材的一个表面上。
1987年12月15日授予Tung等人的美国专利第4,712,868号中，揭示能以大入射角回射的回射片材料，该材料优选将回射片层压到基片上，以非连续的、间隔开的狭缝阵列中纵切层压的片材组件，同时展开该层压的片材组件，以便在狭缝处打开，并且在各狭缝之间的层压片材组件的各部分弯曲，离开它们最初占据的平面。
在1997年10月21日授予Andriash的美国专利第5,679,435号中，揭示了一种回射视觉控制板，包括涂覆有可回射光线的回射元件的不透明片材，以及在其背面的黑色不透明颜料，而后，利用带颜色的光线可透过的半透明墨水或薄膜，在该回射元件的顶层形成图案。
在1997年6月10日授予Martin等人的美国专利第5,637,173号中，揭示了一种回射结构，其中自由放置的回射棱镜阵列是在适当的衬底上形成的，与已经在适当的织物上形成的在先结构相配合。
本发明的概要
本发明涉及一种“视觉穿透”回射结构及其成型方法。该视觉穿透的回射结构包括：透明的聚合物薄膜、附着在该聚合物薄膜上的回射元件阵列、以及在该回射元件阵列中穿透该回射结构的孔的阵列。在一个实施方案中，该回射结构包括在回射结构元件上形成的金属化反射层，以及附着在该金属化反射层上的支撑层(例如，织物)。所述结构的视觉穿透特征，允许车内或建筑物内的人能够看到窗外，同时，外面的人在白天和夜间都可以在该结构上看到所显示出的图象。
所述方法包括：将回射元件阵列附着到透明聚合物薄膜上，透过该回射结构，回射元件阵列以及透明的聚合物薄膜被穿孔，形成孔的阵列，从而形成视觉穿透的回射结构。在一个实施方案中，金属化的反射层可以应用在该回射元件、以及附着在该金属化反射层上的支撑层(例如，织物)上。
本发明可以用于衣服服装上的装饰，例如运动服和跑鞋。更特别的是，本发明可以显示网纹图案。还有，本发明可以用在窗户上，部分地反射入射光线，同时允许某人可以透过该窗户部分地看到窗户的另一侧。进一步，本发明可以用于作为窗户上的广告显示板面，或作为车窗上的日光反射屏等等。更进一步，该结构可以适用于以白色作为背景的喷墨或数据印刷或打印上。
附图简要说明
图1是本发明的回射结构第一实施方案的断面示意图。
图2是本发明回射结构第一实施方案的顶视图。
图3是本发明回射结构第二实施方案的断面示意图。
图4是用于形成本发明第二实施方案方法的原理图。
图5是以第一点形成本发明第三实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图6是以第二点形成本发明第三实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图7是以第一点形成本发明第四实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图8是以第二点形成本发明第四实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图9是某一点形成本发明第五实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图10是某一点形成本发明第六实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图11是以第二点形成本发明第六实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图12是以第一点形成本发明第七实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图13是以第二点形成本发明第七实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图14是以第三点形成本发明第七实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
图15是以某个点形成本发明第八实施方案中，用于形成替代的回射结构的方法的断面示意图。
本发明的详细叙述
本发明的前述以及其他的发明目的、特征和改进，将从随后对本发明优选实施方案更详尽的描述得以展现，在相应的附图中用于说明的相同的参考符号在所有各视图中都代表相同的部件。这些附图并不是为了限制、强调的目的，而只是为了说明本发明的原理。所有的百分比和等份都是按重量计，除非另有说明。
如图1所示，回射结构10具有底膜12，该底膜是由透明的热塑薄膜构成的，例如聚氯乙烯薄膜、聚偏二氯乙烯薄膜、聚氨酯薄膜、多氟烃聚合物等等。在另一实施方案中，热塑塑料是乙烯和四氟乙烯的共聚物。底膜12对可见光是透明的，并且既可以是无色的也可以是着色的。一种适当的底膜12的例子是购自Renoliot公司的RenoliotTM H1W系列聚氯乙烯薄膜。底膜12可以具有范围在大约0.001至0.002英寸之间(0.025至0.56毫米)的厚度。在某优选的实施方案中，该厚度是在大约0.008至0.02英寸(0.2至0.51毫米)的范围内。厚度的选择取决于制作方法(例如：加热、射频高频焊接、超声焊接)、选定的热塑材料以及所需的回射结构的性能。
可能包括立方体角棱镜回射元件16的棱镜阵列14是在底膜12上形成的。棱镜阵列14具有暴露于入射光线R的视窗侧18和刻面侧20，该棱镜阵列14以视窗侧18附着在底膜12上。棱镜阵列14由透明的聚合物制成。成形后，该聚合物优选在室温下是刚性的，被视为大体上不易弯曲的。在棱镜阵列中的聚合物的刚性允许棱镜元件保持其光学特性。该棱镜阵列聚合物还可以是非延展的，被定义成不能在不断裂的情况下伸长的。该聚合物选自广泛的多种聚合物，包括如下各种聚合物：聚氨酯、丙烯酸酯、纤维素酯、含烯键的不饱和腈、硬环氧丙烯酸酯等等。其他的聚合物包括：聚碳酸酯、聚酯和聚烯烃、丙烯酸化的硅烷、硬聚酯聚氨酯丙烯酸酯。其他不作为刚性聚合物的聚合物也可以使用。这些聚合物包括聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯。优选的是，把聚合物浇铸在棱镜模具中，通过紫外线辐照射引发单体或低聚物的聚合。
棱镜阵列14的棱镜元件16可以呈立方体角的形状，并沿着每个立方体角的侧边具有在大约0.004至0.02英寸(0.1至0.51毫米)之间的长度。在一个实施方案中，每个立方体角的侧边具有大约0.006英寸(0.15毫米)的长度。优选的是，每个立方体角的侧边(cube-side edge)的长度在大约0.004至0.008英寸(0.1至0.2毫米)之间。
在谷底22(刚性棱镜元件在此相交)处的棱镜阵列14厚度优选足够薄，以便当最小的力作用于回射结构10时，该棱镜阵列14可以沿着谷底22撕开和劈裂。在一个实施方案中，棱镜阵列14的厚度，即从视窗侧18起到棱镜顶端21的距离在大约0.002至0.009英寸(0.05至0.23毫米)的范围之间。
底膜12为棱镜阵列14提供了衬底，以便提供这些棱镜元件可以附着其上的光滑表面。棱镜元件16的视窗侧18附着在该底膜12上，该棱镜阵列14可以用透明的粘合剂层压在该底膜12上。用另一种方法，可以在底膜12上直接浇铸该棱镜阵列14。
粘合剂24可以应用于棱镜的刻面20，以便将背衬层附着到该回射结构上，如果粘合剂施加在棱镜的刻面上，粘合剂可能导致棱镜的表面润湿，从而破坏了空气界面并使棱镜丧失回射能力。因此，优选将反射涂层26淀积在V型刻面20的表面上。通常，反射涂层是借助溅射铝、银或铜，或者借助真空金属化而形成的。另外，金属漆、介电涂层以及其它的镜面涂层材料都可以使用。
背衬层28放置在棱镜阵列14的刻面侧20，该背衬层28可以用热塑材料制成。例如，背衬膜28可以由热变形温度低的热塑材料制成，例如，聚氯乙烯薄膜、聚偏二氯乙烯薄膜、聚氨酯薄膜、多氟烃聚合物(包括乙烯和四氟乙烯的共聚物)等。背衬层28的热塑材料对可见光可以透明的，并且既可以是无色的也可以是着色的。此外，背衬层28可以是衣服或织物，例如聚酯面料。在一个优选的实施方案中，该底膜12和背衬层28都包括聚氯乙烯。背衬层24的厚度范围可以从大约0.005至0.02英寸(0.12至0.51毫米)。
按照本发明，大量的孔30在回射片10上形成并且贯穿回射结构10的厚度。这些孔的尺寸以及孔间的间隔足够大，足以允许正常人通过反方向不透明的结构窥视。孔30可以形成，例如利用适当的工具在该结构上打出各种形状(包括圆形、椭圆形、长方形、正方形等)的孔。孔30可以在该结构上均匀地或随机地排成阵列。通常，孔30可以是圆形的、直径范围大约在6.0至18毫米(0.25至0.75英寸之间。孔的阵列可以覆盖大约50％回射结构表面。这些孔为该结构提供透气性。该回射结构叠放在另一个穿孔结构上时可能导致莫阿效应。这种结构可以用于加入服装或鞋类，以便在提供用于安全的回射性的同时提供装饰性图案。
回射结构10的一个实施方案中，所述底膜和棱镜阵列部分可以用下述专利揭示的方法之一制成：1972年8月15日授予Rowland的美国专利第3,684,348号、1972年9月5日授予Rowland的美国专利第3,689,346号、1974年5月21日授予Rowland的美国专利第3,811,983号、1974年8月20日授予Rowland的美国专利第3,830,682号、1976年8月17日授予Rowland的美国专利第3,975,083号、1982年6月1日授予Rowland的美国专利第4,332,847号、1989年1月31日授予Martin的美国专利第4,801,193号、1993年7月20日授予Rowland的美国专利第5,229,882号、1993年8月17日授予Martin等人的美国专利第5,236,751号、1992年11月23日授予Martin的美国专利第5,264,063号、1994年11月27日授予Rowland的美国专利第5,376,431号、1996年2月13日授予Phillips的美国专利第5,491,586号、1996年4月30日授予Rowland的美国专利第5,512,219号、1996年9月24日授予Bernar等人的美国专利第5,558,740号、1997年1月7日授予Bernar的美国专利第5,592,330号、以及1997年6月10日授予Martin等人的美国专利第5,637,173号。
在一个实施方案中，6密尔(6mil，0.15毫米)的聚氯乙烯薄膜被层压到2密尔(0.05毫米)的聚对苯二甲酸乙酯(PET)载体上。该聚氯乙烯薄膜被涂上粘接层，而回射棱镜就浇铸在该涂有粘接层的聚氯乙烯薄膜上。回射棱镜是金属化的。该金属化层可以根据使用的要求确定是否需要用某种类型的涂层保护。在一些不优选银色金属化外观的实施方案中，颜色(与顶层表面相同的颜色或另一种颜色)可以被印刷在或涂覆到该金属层上。这种回射结构的俯视图图示于图2。
现在参照图4，进一步的详细描述构成本发明的优选方法。如上所述制成的金属化的回射结构薄膜100从料卷102放出后被引向设备104(例如，某种重复步进的模具打孔***)，以便在回射结构薄膜100上打孔。该金属化的回射结构薄膜100在收卷工位106被卷起来。前面曾详细描述过并示于图3的回射薄膜穿孔后的颗粒物50落在自动工作台105上并从工作台110上收集起来。另一种办法如图4所示，颗粒50可以在设备104处直接施加在涂过粘合剂的衬底110(例如，织物)上，该衬底110从织物料辊112处被展开(如图4所示)。颗粒50还可以利用颗粒分散装置114分散到涂有粘合剂的衬底110的粘合剂侧113。夹辊116朝涂有粘合剂的衬底110按压颗粒。当涂有粘合剂的衬底和颗粒离开夹辊116时，松动的颗粒由托盘118捕集。顶膜122从顶膜辊124处放卷，并借助层压辊126层压到涂有粘合剂的衬底上把颗粒夹在两层之间。层压结构127被卷在收卷辊128上。
这些颗粒适合作为装饰或显明性颗粒用在衣服、T恤衫上的标记、人行道线、交通标志、自行车头盔、或油布衣等上。这些颗粒还可以被混入凝胶涂敷到衬底上。
就在低温加工(在PET或聚氯乙烯的熔融温度以下)中的应用而言，在层压期间，颗粒在塑料衬底中保持原封不动。就在聚合物加工温度超过PET的熔点的应用而言，该薄膜使棱镜变形和熔融熔化，但反射涂层被完整地保留下来。
在另一个实施方案中，穿孔的回射结构可以用于窗户的内侧。如图5所示，聚乙烯薄膜140被层压到载体膜142上，并且在聚乙烯膜140上涂有粘结层144。棱镜146被浇铸在粘结层144上。该棱镜是用银金属化的，以致金属化部分148变黑。该结构用模压设备打孔，从而形成孔150。阻挡层152(例如，纸或聚丙烯)被加到涂过粘合剂151的金属化侧，以便提供尺寸稳定性和允许将该薄膜用于喷墨印刷。如图6所示，载体膜被去除，聚乙烯薄膜可以利用塑性油墨(plasticol inks)154进行丝网印刷或是喷墨印刷。使用这种油墨时，聚乙烯薄膜140的表面具有静态抗滑性能，因此允许该结构可以用在窗户156的里侧。丝网印刷对于长期使用或防紫外线的应用是优选的实施方案，在另一个实施方案中，PET薄膜可以用作印刷的顶层。
穿孔的回射结构可用于窗户的外侧。如图7所示，制备该结构的方法包括将粘结层160涂在PET薄膜162上。将棱镜164浇铸在粘结层160上，随后完成金属化，以形成金属化层166。该金属化的棱镜被涂覆上可去除的丙烯酸基粘合剂168(优选的是在其中混入黑色颜料)，并且把涂有硅树脂的纸制可剥离放衬层施加到该丙烯酸基粘结剂上。该薄膜用穿孔装置穿孔，以形成孔172。阻挡膜(例如纸张或聚丙烯)174被附着到可剥离衬层170上，以提供额外的尺寸稳定性。随后，该薄膜可以在暴露的PET侧用丝网176、喷墨印刷或其它适当的方法完成印刷。喷墨印刷剂可以是加颜色的溶剂，它可以提供持续大约12个月的耐紫外线性能。如图8所示，将临时的可剥离衬层去除，而后可以把该回射结构附着到窗户180的外侧。
如图9所示，在另一个实施方案中，聚乙烯薄膜可以被层压到载体膜(例如2密尔，0.05毫米的PET薄膜)162上，随后在该聚乙烯薄膜182上涂粘接层。回射棱镜元件浇铸在粘结层160上，并被金属化。借助类似于前面段落所讨论的步骤，对金属化的棱镜进行涂覆和完成对载体膜的印刷。该结构可以用于窗户的外侧。
用于机场标记的透射材料(a transflecor material)通常是背面光(back lit)，但在能源中断时仍需要回射。在一个实施方案中，图10所示的反射材料是通过将聚乙烯薄膜200层压到载体膜(例如PET)202上制成的，并且在该聚乙烯薄膜上涂有粘结层206。棱镜208被浇铸在该粘结层206上，棱镜208金属化后带有金属层210。该薄膜被穿孔，形成孔212。穿孔后的薄膜被层压到白色的漫射膜214上。如图11所示，载体膜随后从聚乙烯膜上去除。将透明的粘合剂216施加在该聚乙烯薄膜上，随后，将该薄膜施加在聚氯乙烯丝网印刷片218上，作为标记使用。
图12所示的无缝图形薄膜220可以被制成，以便隐藏或去除模具形成的接逢线。接逢线是通过尽可能多地切除接逢线并用玻璃微珠224代替它们被除去的。带有被层压到PET载体膜232上的棱镜228的聚乙烯微棱镜内部的反射元件薄膜226通过穿孔形成孔234。PET载体膜232从穿孔的乙烯微棱镜膜226上被去除。该穿孔的回射微棱镜薄膜226被涂覆上可去除的弱粘性粘结剂，以便反射表面(窗户表面)与该粘结剂接触。微珠224(优选高反射指数的玻璃珠)被涂覆到薄膜220上。在图13中，暴露的微珠224在乙烯微棱镜薄膜220的孔234中附着在粘合剂236上。棱镜228的刻面和附着的玻璃珠通过金属化形成金属层230。如图14所示，底层粘合剂238(优选白色粘合剂)以及背衬薄膜240施加在该金属层230上。除去低粘性的粘合剂236，并且在该薄膜上涂覆易变形的透明耐侵蚀油墨接纳***242。所形成的结构提供了一组平衡的性能，包括：良好的远距离视觉观察效果，以及近距离良好的视觉倾斜角度。
如图15所示，在另一个实施方案中，带棱镜252的易曲薄膜经过穿孔形成孔256，其中所述棱镜被浇铸在粘结层253上并且在棱镜刻面上带有金属化层254。利用粘合剂257将该穿孔的薄膜层压到织物背衬材料258上。该薄膜随后被涂上防紫外线材料260，例如聚氯乙烯或聚氨酯。在另一个实施方案中，在层压前，将彩色的PET闪烁片262附着到通孔中有粘接剂的区域，从而提供局部包含闪烁涂层的穿孔反射膜。
通常，在棱镜的刻面上或棱镜视窗侧的粘结层中的白色防紫外线油墨被用于获得必要的Cap Y，以满足工业白度的规范。在白色印刷提高了Cap Y性能的同时，它也破坏了被它覆盖的所有棱镜的回射，因此有时可有效地破坏大约30％的回射。白色印刷可以是图形、字母等等。另外，印刷步骤可能使微棱镜薄膜暴露于过度的加热中，这将对回射结构的形成产生负面影响。此外，在粘结层上的印刷会由于棱镜处理(如固化)的困难，而降低运行速度。

Claims (19)

1.用于形成包含回射颗粒结构的方法，包括如下步骤：
(a)将回射结构穿孔(104)，形成回射颗粒(50)，该回射结构包括：附着到所述聚合物薄膜(12)上的回射立体角棱镜元件(16)的阵列(14)；以及
(b)将所述回射颗粒应用(105，114)到涂覆有粘合剂的衬底(110)上。
2.根据权利要求1的方法，其中通过将金属化反射层(26)应用在所述棱镜元件阵列上，制成可回射的回射立方体角棱镜阵列。
3.根据权利要求2的方法，其中的金属化反射层是从以下的一组金属中选出的：铝、银和金。
4.根据权利要求2的方法，其中在所述的金属化的反射层上附着有支撑层(28)。
5.根据权利要求4的方法，其中所述附着的支撑层包括织物。
6.根据权利要求1的方法，其中所述的回射结构包括：形成具有占所述回射结构总表面积的25％至75％之间的孔的阵列。
7.根据权利要求6的方法，其中所述的这些孔被制成圆形的。
8.根据权利要求7的方法，其中所述的这些孔的直径在大约6.0到18毫米的范围之间。
9.根据权利要求1的方法，其中所述的立方体角棱镜是这样形成的：具有在大约0.125至0.51毫米范围之间(0.0049至0.02英寸)的边长(side dimension)。
10.根据权利要求1的方法，进一步包括如下步骤：
(c)收集(105)对回射棱镜阵列和所述透明聚合物薄膜穿孔所形成的回射颗粒(50)。
11.根据权利要求10的方法，进一步包括：利用颗粒分配装置(114)，将所述的回射颗粒应用于涂有粘合剂的衬底上的步骤。
12.根据权利要求1的方法，进一步包括在涂有粘合剂的衬底上的回射颗粒上层压(126)顶膜(122)。
13.根据权利要求1的方法，其中油墨或颜料(154)施加在该透明聚合物薄膜上。
14.根据权利要求13的方法，其中所述的油墨包括塑性油墨(plasticol ink)。
15.一种回射颗粒(50)，包括：
(a)透明的聚合物层(12)；
(b)附着到该聚合物层上的回射立方体角元件(16)；以及
(c)在所述回射元件上形成的金属化反射层(26)。
16.根据权利要求15的回射颗粒，该颗粒是圆形的，其直径大约在6至18毫米之间。
17.根据权利要求15的回射颗粒，其中所述回射颗粒被附着到涂有粘合剂的衬底(110)上。
18.根据权利要求17的回射颗粒，其中顶膜(122)是被层压覆盖到在涂覆有粘合剂的衬底上的回射颗粒上。
19.根据权利要求17的回射颗粒，其中所述的回射颗粒与凝胶混合。
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