DE69606865T2

DE69606865T2 - Verfahren zur herstellung einer reflektiven folie

Info

Publication number: DE69606865T2
Application number: DE69606865T
Authority: DE
Inventors: Gus Bernard; Jay Soaft
Original assignee: Reflexite Corp
Current assignee: Reflexite Corp
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: WO1996036480A1; US6039909A; TW297864B; AU693368B2; JPH11505773A; EP0825924A1; EP0825924B1; CN1184446A; US6143224A; MY123769A; CN1073926C; HK1008511A1; ES2145447T3; AU5747796A; JP3978230B2; DE69606865D1; US6231797B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Retroreflektive Materialien werden für verschiedene Sicherheits- und Dekorationszwecke verwendet. Insbesondere sind diese Materialien bei Nacht nützlich, wenn Sichtbarkeit bei schlechten Lichtbedingungen wichtig ist. Mit ideal retroreflektiven Materialien werden Lichtstrahlen im wesentlichen zu einer Lichtquelle in einem im wesentlichen parallelen Pfad entlang einer Retroreflexionsachse reflektiert. Für viele Anwendungen ist eine ideale Retroreflexion nicht erforderlich. Stattdessen ist ein Kompromiß erforderlich, bei welchen ein Divergenzkonus bereitgestellt wird, welcher einen Grad an Divergenz zuläßt, welcher es ermöglicht, daß ausreichend divergentes Licht auf das Auge des Betrachters fällt, aber nicht so viel, daß die Intensität des reflektiven Lichts am Auge des Betrachters übermäßig vermindert ist. Unter Bedingungen, in welchen die Scheinwerfer eines Automobils auf einer unbeleuchteten Straße die einzige Beleuchtungsquelle sind, ist die Fähigkeit ein Divergenzkonus an das Auge des Fahrers zu reflektieren aus Sicherheitsgründen wichtig.
Viele Typen von retroreflektiven Materialien existieren aus verschiedenen Gründen. Diese retroreflektiven Materialien können als reflektive Bänder und Flecken für Kleidung wie z. B. Westen und Gürtel verwendet werden. Retroreflektive Bänder können auch an Pfosten, Tonnen, Verkehrspylonen, Autobahnkennzeichen, Warnreflektoren usw. verwendet werden. Retroreflektives Material kann aus Anordnungen von zufällig ausgerichteten Kügelchen mit Durchmessern im Mikrometerbereich oder aus eng gepackten Würfelecken-(prismatischen) - Anordnungen bestehen.
Würfeleckige oder prismatische Reflektoren werden in dem, an Stamm am 23. Januar 1973 erteilt U.S. Patent 3,712,706 beschrieben. Im allgemeinen werden die Prismen durch Erzeugen einer Original-Negativprägeplatte auf einer flachen Oberfläche einer Metallplatte oder eines anderen geeigneten Materi als hergestellt. Zur Ausbildung der Würfelecken werden drei Folgen paralleler in gleichen Abständen sich schneidender V- förmiger Nuten in 60º Abstand in die flache Platte eingeritzt. Die Prägeplatte wird dann zur Einarbeitung der gewünschten Würfeleckenanordnung in eine flache feste Kunststoffoberfläche verwendet.
Wenn der Nutenwinkel 70 Grad, 31 Minuten, 43,6 Sekunden beträgt, ist der von den Schnitten von zwei Würfelflächen gebildete Winkel (der Raumwinkel) 90º und das einfallende Licht wird zur der Quelle reflektiert. Für Automobilscheinwerferreflektoren wird der Raumwinkel so verändert, daß das einfallende Licht nicht-orthogonal zu dem Fahrer statt zu der Quelle reflektiert.
Der Wirkungsgrad einer retroreflektiven Struktur ist ein Maß der Menge des einfallenden Lichts, das innerhalb eines von der Achse der Retroreflexion divergierenden Konus zurückkehrt. Eine Verzerrung der prismatischen Struktur beeinträchtigt nachteilig den Wirkungsgrad. Beispielsweise kann, wenn die prismatische Struktur aus einem Thermoplast ausgebildet ist, die Struktur bei einer Überbeanspruchung verzerrt werden, und dadurch den Wirkungsgrad der retroreflektiven Struktur vermindern. Eine Lösung besteht in der Ausbildung einer prismatischen Struktur aus einem Hartpolymer. Wenn jedoch die Trägerschicht aus einem Thermoplast besteht, ist eine geeignete Schweißung schwierig zwischen den Thermoplastschichten ausbilden, und ermöglicht damit ein leichtes Reißen der ausgebildeten Struktur entlang der Schweißung. Ferner weisen Würfelecken-Retroreflexionselemente einen kleinen Winkelbereich auf, d. h., das Element reflektiert nur Licht hell, das darauf innerhalb eines engen Winkelbereichs in etwa mittig um seine optische Achse auftrifft. Ein kleiner Winkelbereich entsteht durch die inhärente Natur dieser Elemente, welche dreiflächige Strukturen mit drei wechselseitig, rechtwinkligen Seitenflächen sind. Die Elemente sind so angeordnet, daß zu retroreflektierendes Licht in den von den Flächen definierten Innenraum auftrifft, und die Retroreflexion des auf treffenden Lichts durch die interne Reflexion des Lichts von Fläche zu Fläche des Elements erfolgt. Auftreffendes Licht, das wesentlich von der optischen Achse des Elements (welche der Trisektor, des von den Flächen des Elements definierten Innenraum ist) trifft auf eine Fläche in einem Winkel kleiner als deren kritischer Winkel, und passiert dadurch diese Fläche, statt daran reflektiert zu werden.
Weitere Details bezüglich der Strukturen und des Betriebs von Würfelecken-Mikroprismen können in dem an Rowland am 25. August 1972 erteilten U.S. Patent 3,684,348 gefunden werden, dessen Lehren hierin durch Bezugnahme beinhaltet sind. Ein Verfahren zur Herstellung einer retroreflektiven Folie ist ebenfalls in dem an Rowland am 5. September 1972 erteilten U.S. Patent 3,689,346 offenbart, dessen Lehren hierin durch Bezugnahme beinhaltet sind. Das offenbarte Verfahren dient zur Ausbildung von Würfelecken-Mikroprismen in einer kooperativ konfigurierten Form. Die Prismen werden mit einer Folie verbunden, welche darüber aufgebracht wird, um eine Verbundstruktur zu erzeugen, in welcher die Würfeleckenformationen aus einer Oberfläche der Folie hervorstehen.
EP-A-0 142 250 offenbart eine relativ flexible retroreflektive Laminatfolienkonstruktion, die eine thermoplastische Bahn, eine Licht empfangende und sendende Vorderseite und eine sich mit der Vorderseite koextensive Rückseite mit einem auf der Rückseite ausgebildeten retroreflektiven Muster enthält.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Verfahren zur Herstellung einer retroreflektiven Folie enthält die Schritte der Bereitstellung einer ersten thermoplastischen Polymerschicht und Ausbildung einer starren Prismenanordnung auf der ersten thermoplastischen Polymerschicht. Eine zweite thermoplastische Schicht wird auf die Prismenanordnung aufgebracht. Die erste thermoplastische Sicht wird mit der zweiten thermoplastischen Schicht verschweißt, wobei ein Prägestempel mit einer Mehrzahl von Zellen, jeweils mit einer mehrreihigen gerippt strukturierten Außenbegrenzung auf die ersten und zweiten thermoplastischen Schichten aufgebracht wird, um dadurch einen Abschnitt der starren Prismenanordnung zu dislozieren, um dadurch eine Verbindung der ersten thermoplastischen Schicht mit der zweiten thermoplastischen Schicht an diesem Abschnitt zu ermöglichen.
Die retroreflektive Struktur enthält eine erste thermoplastische Polymerschicht und eine an der ersten thermoplastischen Polymerschicht befestigte starre Prismenanordnung. Eine zweite thermoplastische Schicht ist mit einen Abschnitt der zweiten thermoplastischen Schicht mit der ersten thermoplastischen Schicht durch die Prismenanordnung hindurch verbunden, und weist eine Mehrzahl von Zellen mit mehrreihigen gerippt strukturierten Außenbegrenzungen auf.
Die Erfindung weist viele Vorteile einschließlich der Bereitstellung einer hochfesten Verschweißung auf, welche die Folie an den Verschweißungen reißbeständig macht. Die Elemente der Prismenanordnung sind aus einem starren Polymer ausgebildet, was es ermöglicht, daß die Elemente ihre optischen Eigenschaften besser beibehalten als nicht starre Elemente, nachdem diese einer Streckung unterworfen wurden. Bekleidungsstücke, wie z. B. Laufanzüge, können die retroreflektive Struktur auf einer Außenoberfläche der Kleidung aufgebracht haben, um die Sichtbarkeit des Trägers zu verbessern.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform einer retroreflektiven Struktur der vorliegenden Erfindung vor dem Schweißen.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform einer retroreflektiven Struktur der vorliegenden Erfindung nach dem Schweißen.
Fig. 3 ist eine Teildraufsicht auf die erste Ausführungsform der retroreflektiven Struktur der vorliegenden Erfindung nach dem Schweißen.
Fig. 4 ist eine Teildraufsicht auf eine zweite Ausführungsform der retroreflektiven Struktur der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer Form für die Ausbildung einer retroreflektiven Struktur der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht der Form und der retroreflektiven Struktur, wobei sich die Form in den Verstärkungsfilm hinein erstreckt.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht der Form und der retroreflektiven Struktur, wobei sich die Form durch den Verstärkungsfilm hindurch und in den Basisfilm hinein erstreckt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Merkmale und weitere Details des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung werden nun detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, und in den Ansprüchen detailliert ausgeführt. Die in verschiedenen Figuren vorhandenen gleichen Bezugszeichen bezeichnen das gleiche Teil. Es dürfte sich verstehen, daß die spezifischen Ausführungsformen der Erfindung im Rahmen eines Beispiels und nicht als Einschränkung der Erfindung dargestellt werden. Die prinzipiellen Merkmale dieser Erfindung können in verschiedenen Ausführungsformen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung angewendet werden.
Die retroreflektive Struktur gemäß Darstellung in Fig. 1 weist einen Basisfilm 12 auf, der aus einem transparentem thermoplastischen Film, wie z. B. aus Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlorid-, Urethanfilmen, Polyfluorcarbonpolymeren usw. besteht, welche eine niedrige Verformungstemperatur aufweisen. In einer ersten Ausführungsform wird eine niedrige Verformungstemperatur als bei etwa 82ºC (180ºF) liegend angenommen. Die Verformungstemperatur ist die Temperatur, bei der ein Polymer schmilzt, und zu fließen beginnt. In einer weiteren Ausführungsform ist das Thermoplast ein Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer. Der Basisfilm 12 kann für sichtbares Licht transparent und entweder klar oder gefärbt sein. Ein Beispiel eines geeigneten Basisfilms 12 ist ein von Renoliot Corp. unter der Handelsbezeichnung RenoliotTM HIW-Serie erhältlicher Polyvinylchloridfilm. Der Basisfilm kann eine Dicke in dem Bereich zwischen etwa 0,0076 und 0,051 cm (0,003 und 0,02 Inch) aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Dicke in dem Bereich zwischen etwa 0,022 und 0,056 cm (0,0085 und 0,022 Inch). Die gewählte Dicke hängt von dem Herstellungsverfahren, wie z. B. Hochfrequenzschweißung oder Ultraschallschweißung, dem gewählten Thermoplast und den für die retroreflektiven Struktur gewünschten Eigenschaften ab.
Die Prismenanordnung 14, welche retroreflektive, Würfelecken-Prismenelemente 16 enthalten kann, wird auf dem Basisfilm 12 ausgebildet. Die Prismenanordnung 14 weist eine Fensterseite 18 und Facettenseiten 20 auf, und ist an der Fensterseite 18 an dem Basisfilm 12 befestigt. Die Prismenanordnung 14 ist aus einem transparenten Polymer ausgebildet, das eine hohe Verformungstemperatur aufweist, welche die Temperatur ist, bei welchem das Polymer schmilzt und fließt. Die Verformungstemperatur für das Polymer in der Prismenanordnung ist ausreichend höher als die Verformungstemperatur für das Polymer in dem Basisfilm und ermöglicht es dadurch dem Polymer in dem Basisfilm vor dem Polymer in der Prismenanordnung zu schmelzen, wenn sie einer Wärmequelle ausgesetzt werden. Beispielsweise ist der Unterschied in den Verformungstemperaturen für die zwei Polymere bevorzugt größer als etwa 56ºC (100ºF) und bevorzugter größer als 83ºC (150ºF). In einer ersten Ausführungsform liegt die Verformungstemperatur des Polymers der Prismenanordnung 14 bei etwa 177ºC (350ºF). Nach der Formung ist das Polymer im wesentlichen bei Raumtemperatur starr, was als im wesentlichen unflexibel definiert ist. Diese Starrheit des Polymers in der Prismenanordnung ermöglicht es den Prismenelementen, ihre optischen Eigenschaften beizubehalten. Das Polymer der Prismenanordnung kann auch nicht dehnbar sein, was so definiert ist, daß es kaum wesentlich gedehnt werden kann, ohne zu brechen. Das Polymer wird aus einer großen Vielfalt von Polymeren ausgewählt, welche die Polymere aus Urethan, Acrylsäureester, Zelluloseester, Ethylen-ungesättigte Nitrile, Hartepoxidacrylate usw. umfaßt. Weitere Polymere umfassen Polycarbonate, Polyesther und Polyolefine, acrylierte Silane, Hartpolyestherurethanacrylate. Bevorzugt kann das Polymer in eine prismatische Form gegossen werden, wobei eine monomere oder oligomere Polymerisation durch Ultraviolettstrahlung ausgelöst wird.
Die Prismenelemente 16 der Prismenanordnung 14 können eine Würfeleckenform aufweisen, und eine Länge entlang jedem Würfeleckenrand in dem Bereich zwischen etwa 0,01 und 0,051 cm (0,004 und 0,02 Inch) aufweisen. In einer ersten Ausführungsform weist jeder Würfeleckenrand eine Länge von etwa 0,015 cm (0,006 Inch) auf. Bevorzugt weist jeder Würfeleckenrand eine Länge zwischen etwa 0,01 und 0,02 cm (0,004 und 0,008 Inch) auf.
Die Dicke der Prismenanordnung 14 im Tal 22, wo sich die starren Prismenelemente schneiden, ist ausreichend dünn, so daß die Prismenanordnung 14 entlang der Täler 22 brechen und sich aufteilen kann, wenn eine minimale Kraft auf die retroreflektiven Struktur ausgeübt wird. In einer Ausführungsform liegt die Dicke der Prismenanordnung 14 etwa in dem Bereich zwischen etwa 0,007 und 0,023 cm (0,0028 und 0,009 Inch).
Der Basisfilm 12 stellt ein Substrat für die Prismenanordnung 14 bereit, in dem er eine glatte Oberfläche bereitzustellen, auf welcher die Prismenelemente 16, bevorzugt auf der Fensterseite 18 der Prismenelemente 16 befestigt werden können. Die Prismenanordnung 14 kann mittels eines transparenten Klebers auf dem Basisfilm 12 laminiert werden. Alternativ kann die Prismenanordnung 14 direkt auf dem Basisfilm 12 gegossen werden.
Ein Verstärkungsfilm 24 wird auf der Facettenseite 20 der Prismenanordnung 14 angeordnet. Der Verstärkungsfilm 24 kann aus einem Thermoplast mit einer Verformungstemperatur hergestellt werden, die etwa dieselbe wie die des Basisfilms 12 ist. Beispielsweise kann der Verstärkungsfilm 24 aus einem Thermoplast, wie z. B. aus Polyvinylchlorid-, Polyvinylidenchlorid-, Urethanfilmen, Polyfluorcarbonpolymeren, einschließlich eines Ethylen-Tetrafluorethylencopolymers usw. ausgebildet werden, welche ein niedrige Verformungstemperatur aufweisen. Das Thermoplast des Trägerfilms 24 ist für sichtbares Licht transparent und entweder klar oder gefärbt. In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten sowohl der Basisfilm 12 als auch der Verstärkungsfilm 24 Polyvinylchlorid. Der Verstärkungsfilm 24 kann eine Dicke in dem Bereich zwischen etwa 0,013 und 0,051 cm (0,005 und 0,002 Inch) aufweisen.
Anders als standardmäßige retroreflektiven Folien aus Vinyl ist die vorliegende Struktur nicht nur aus Vinyl aufgebaut. Obwohl beide Materialien Dipolstrukturen aufweisen, und für Hochfrequenz-(dielektrische)-Wirkung empfindlich sind, können ihre Verformungstemperaturen mehr als etwa 106ºC (190ºF) auseinander liegen. Die Verformungstemperatur ist die Temperatur, bei welcher das Polymer zu fließen beginnt. Der thermoplastische Basisfilm 12 weist eine Verformungstemperatur von etwa 82ºC (180ºF) auf, während die Nicht-Vinylmaterialien eine Verformungstemperatur von etwa 177ºC (350ºF) aufweisen.
Die Prismenanordnung 14 scheint als eine Barriere gegen die Verschweißung des die erste Schicht bildenden Basisfilms 12 mit dem die zweite Schicht bildenden Verstärkungsfilm 24 zu wirken. Eine effektiver Weg zum Schweißen und Formen der Folie besteht darin, die Prismen aus dem Weg zu räumen, und dem Thermoplast in dem Basisfilm 12 und dem Verstärkungsfilm 24 die Ausbildung einer Verbindung zu ermöglichen. Die Pyramidenform der Prismen begünstigt eine Instabilität, und wenn der Basisfilm erwärmt werden kann, bewegen oder kippen sie aus dem Weg.
Hochfrequenzschweißung ist die Verbindung von zwei thermoplastischen Oberflächen durch Schmelzen unter Wärme und Druck, welche durch Molekularreibung zustandegebracht werden.
Moleküle innerhalb des Materials werden internen Spannungen ausgesetzt, die von einem elektrischen Feld verursacht werden, das in der Polarität mehrere Millionen Male in der Sekunde wechselt. Wenn die Wärme den Schmelzpunkt (Verformungstemperatur) des Basisfilms 12 unter Druck überschreitet, brechen die zwei Oberflächen zusammen und verschmelzen und bilden somit eine Verbindung.
Die Verschweißung kann durch die Anwendung von Strahlungsfrequenz- oder dielektrische Kunststoffschweißgeräte durchgeführt werden. Geeignete Schweißgeräte umfassen, unter den Handelsnamen Thermathron, Kosmos, Kiefel und Callaghan verkaufte Geräte. Die Geräte arbeiten auf dem Prinzip eines Generators der Strahlungsenergie bei einer Frequenz von etwa 27,12 MHz erzeugt. Gemäß Darstellung in Fig. 2 weist die Presse eine obere Andruckplatte 26 mit einem Prägestempel 28 und eine untere Andruckplatte 30 auf. Obwohl es nicht dargestellt ist, kann die untere Platte 30 ebenfalls einen Prägestempel aufweisen. Alternativ kann nur die untere Andruckplatte einen Prägestempel aufweisen. In der angehobenen offenen Position wird der Basisfilm 12 mit der Prismenanordnung und der Verstärkungsfilm 24 gegen den Prägestempel 28 gelegt, welcher eine Schweißmuster 32 aufweist. Nach dem Schließen der Presse wird Hochfrequenzstrahlungsenergie angelegt, was eine Anregung der polaren Moleküle in dem Basisfilm 12 und in dem Verstärkungsfilm 24 und eine Erwärmung auf deren Verformungstemperatur und deren Schmelzpunkt bewirkt, während sie ausreichend niedrig ist, um das Polymer der Prismenanordnung 14 nicht zu verformen.
Der Prägestempel 28, welcher gegen die zwei Filme gedrückt wird, enthält Verbindungsstege 34 und Kanten 35. Die Prismenelemente 16 bewegen sich und ermöglichen ein Aufeinandertreffen der zwei Filme und somit eine Verschmelzung oder Verbindung miteinander. Das Ausmaß dieser Schweißung wird durch die Zeit, Temperatur und den Hochfrequenzleistungspegel gesteuert. Beispielsweise kann bei der Herstellung einer Polymerchloridfolie mit Prismen aus acryliertem Epoxid und ei ner Verstärkungsfolie aus verstärktem Polyvinylchlorid mit einer Geschwindigkeit von 1,8 m/s (6 feet/s) der Andruckplattendruck 3,45 bis 4,14 bar (50 bis 60 psi) und eine Andruckplattentemperatur etwa 46 bis 52ºC (115 bis 125ºF) betragen. Die Strahlungsenergie kann etwa 9,5 kW betragen. Der Plattenstrom kann etwa 1,5 A und ein Gitterstrom 0,9 A betragen. Der Druck kann durch die beheizten Andruckplatten für einen Vorschweißschritt von etwa einer Sekunde vor der Anlegung der Hochfrequenz dann für einen Schweißschritt von etwa 2,4 Sekunden, während denen die Folie und die Prismen der Hochfrequenzenergie ausgesetzt werden, und dann für einen Kühlschritt nach der Aussetzung an die Hochfrequenzenergie für etwa 1 Sek. aufgebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der verwendete Prägestempel aus Messing geätzt. Der Prägestempel kann auch aus Magnesium, geätztem Stahl, Kupfer oder jedem anderem in dem Fachgebiet bekannten Formherstellungsmaterial hergestellt sein. Der Prägestempel weist einen äußere Abreißstempel auf, welche eine scharfe Kante ist. Dieses ermöglicht es, daß die geformte retroreflektive Struktur aus dem Gerüst oder dem Verschnitt um den Umfang der retroreflektiven Struktur entfernt werden kann. Für einen Magnesiumprägestempel sind die Innenstempelbreiten als ein Liniengewicht von 9 Punkten 0,033 cm (0,013 Inch) angegeben, was eine Angabe für ihre geätzte Breite ist. Die Liniengewichte können jedoch von etwa 0,1 bis 3,0 Punkte reichen, was etwa 0,003 bis 0,1 cm (0,001 bis 0,0042 Inch) ist. Diese Innenstempel werden dann etwa 0,036 cm (0,014 Inch) unter der Höhe der Abreißkante abgetragen, um nicht die inneren Zellen zu zerreißen. In dem Falle einer Messingform werden die inneren Stempel auf einer Höhe von etwa 0,02 cm (0,008 Inch) unter der Oberfläche eines Abreißstempels gehalten. Die Messingform kann entweder aus einem festen Messingteil herausgearbeitet oder aus Teilen einer Messingschiene aufgebaut werden.
Gemäß Darstellung in Fig. 3 bildet der Innenstempel auf dem Prägestempel 28 eine Mehrzahl von Zellen 36 mit einer mehrreihigen, gerippt strukturierten Außenbegrenzung, welcher, wenn er auf den Basisfilm 12 (die erste thermoplastische Polymerschicht), die Prismenanordnung 14, und den Verstärkungsfilm 24 (die zweite thermoplastische Polymerschicht) aufgebracht wird, eine Dislozierung eines Abschnittes der (in Fig. 4 nicht dargestellten) Prismenanordnung 14 bewirkt und dadurch eine Verbindung der ersten thermoplastischen Schicht mit der zweiten thermoplastischen Schicht ermöglicht. Die Zellen 36 weisen bevorzugt ein Längen/Seitenverhältnis von 1,27 bis 2,54 cm (1/2 bis 1 Inch) auf. Die Außenbegrenzungen der Zellen 36 werden von mehreren Reihen 38 mit Rippen 40 ausgebildet. Ein Produkt wie z. B. ein Band, weist einen Rand auf, der im allgemeinen an beiden Seiten mit einer Breite von etwa 0,64 cm (0,25 Inch) verschweißt ist. Diese Verschweißung, welche luftdicht ist, wird in einem bestimmten Muster hergestellt, und ein Ziegeltyp mit einer Breite von mehreren Schichten entlang der Ränder hat sich als überlegen herausgestellt. Weitere Muster können Quadrate, Rauten, Dreiecke usw. umfassen. In einer Ausführungsform besteht das Muster aus einer Mehrzahl versetzter Reihen 42 (einem Ziegelmuster), wobei die Rechtecke etwa 0,16 · 0,32 cm (0,0625 · 0,125 Inch) sind. Die Verbindungsstege des Prägestempel 28 können flach sein, und bilden somit einen gleichmäßigen Eindruck für jedes Rechteck. Bevorzugt gibt es drei Reihen verschobener Rechtecke. In einem weiterem Beispiel kann eine Mehrzahl verschobener Reihen aus Quadraten das Muster bilden. In einem weiteren Beispiel gemäß Darstellung in Fig. 4 können die Reihen aus Dreiecken ausgebildet sein. In einer Ausführungsform weisen die Dreiecke eine Höhe von etwa 0,32 cm (0,125 Inch) auf.
Das mehrreihige gerippte Muster verleiht dem verschweißten Produkt Festigkeit. Es erzeugt auch eine Tasche in jeder Zelle 36 so, daß dann, wenn ein Abschnitt eines Produktes durch Reißen, Trennen oder Leckage ausfallen sollte, der Rest der retroreflektiven Struktur immer noch sowohl kosmetisch als auch reflektiv wirkt.
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist die Dicke des Basisfilms 12. Der Basisfilm 12 sollte eine Dicke in dem Bereich zwischen etwa 0,022 und 0,028 cm (0,085 und 0,011 Inch) in der Dicke aufweisen. Wenn der Basisfilm zu dünn ist, verschweißt das Material nicht sehr stark miteinander. Wenn sie zu dick ist, bewegen sich die Prismen nicht aus dem Weg und das Material verschmilzt nicht miteinander.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß Darstellung in Fig. 5 kann der Verbindungssteg eines Stabschweißstempels in eine "M"-Form 48 modifiziert werden. Diese Auslegung fördert die Bewegung der Prismen und ermöglicht den Vinylsubstraten die Ausbildung einer Verschweißung. In einer Ausführungsform liegt die Höhe (A) der Zacken aus der Andruckplatte bei etwa 0,25 cm (1/10 Inch) und einem Winkel α zu der Andruckplatte vor, welcher etwa 120º betragen kann. Die Zacken 50 sind durch einen Abstand B von etwa 0,046 cm (0,018 Inch) getrennt, und weisen eine Tiefe (C) von etwa 0,038 cm (0,015 Inch) auf. Die Vertiefung 42 kann einen Winkel β besitzen, welcher etwa 60º aufweisen kann. Der Prägestempel hat eine Dicke von etwa 0,64 cm (0,25 Inch). Diese Auslegung bewirkt, daß die Prismen in der Anordnung aus dem Weg bewegt werden, was eine Verschweißung des Basisfilms und des Verstärkungsfilms miteinander ermöglicht. In Fig. 6 ist dargestellt, wie sich die Prägestempelschweißung in dem Verstärkungsfilm 24 hinein erstreckt. In Fig. 7 hat sich die Prägestempelschweißung durch den Basisfilm 12 hindurch erstreckt.
Energie kann auch durch Ultraschallenergie, Infrarotenergie oder Induktionserwärmung für die Verbindung der Schichten zugeführt werden. Zu geeigneten Ultraschallschweißgeräten zählen Geräte, die unter dem Handelsnamen Branson und Dukane verkauft werden. In einem Endlosbahnprozeß werden der Basisfilm 12, die Prismenanordnung 14 und ein Verstärkungsfilm 24 mit etwa 0,022 cm (0,0085 Inch) Dicke in einem Rotationsprägestempel zusammengebracht, welcher Innenschweißstempel und ein Muster, entweder Raute oder Streifen, aufweist. Das Band geht dann zu einer zweiten Station über, wo die Ränder mit einem rotierenden Radschneider miteinander verschweißt werden. Wenn der Radschneider nicht rotiert, verschweißt das Material miteinander, und es können weder die Innenverschweißungen noch die Kantenverschweißungen auf dem Band in derselben Station aufgebracht werden. Ultraschalleintauchschweißer wurden ebenfalls zur Verschweißung der Kanten eines zuvor Hochfrequenz-geschweißten Produkts verwendet, was die Verschweißung eines Konus oder Rings miteinander ermöglicht. Beispielsweise kann die Ultraschallfrequenz bei 20 kHz bei einem Leistungspegel von 1000 bis 2000 Watt liegen. Die retroreflektive Folie kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 bis 12 m pro Minute (10 bis 40 feet/min.) hergestellt werden.
Die Wärme bei der Hochfrequenzschweißung wird an dem Mittelpunkt zwischen den oberen und unteren Andruckplatten erzeugt. Da die Schmelztemperatur des Polymers in der Prismenschicht nahezu doppelt so hoch wie die der thermoplastischen Filme ist, ist es wichtig, daß die Form des Verschweißungswerkzeugs die Herausbewegung der Prismenstruktur aus dem Weg fördert, und die Erwärmung und Verbindung der zwei Komponenten miteinander ermöglicht.
Es muß sorgfältig auf die Sicherstellung geachtet werden, daß die Schnittstelle des Basisfilms 12, der Prismenanordnung 14 und des Verstärkungsfilms 24 am Mittelpunkt der oberen und unteren Andruckplatten liegt, um die durch die Hochfrequenzenergie erzeugte Wärme zu optimieren. Aus diesem Grunde ist es im allgemeinen besser, ein dickeres Verstärkungsmaterial zu verwenden, als es bei allen Vinylstrukturen verwendet wird, um genügend Vinyl zur Ausbildung der Schweißung zur Verfügung zu stellen.
Die Schweißverweilzeit und die erforderlichen Einstellungen des dielektrischen Stroms, die für die Ausbildung der Verschweißungen erforderlich sind, sind im allgemeinen 10 bis 20% höher als diejenigen, die bei der herkömmlichen Hochfrequenzschweißung verwendet werden. Normale Schweißverweilzeiten und dielektrische Einstellungen sollten als Ausgangslinie für den Beginn einer Prozeßoptimierung verwendet werden. Die Klemmdrücke sollten niedriger als diejenigen sein, die bei der herkömmlichen Hochfrequenzschweißung verwendet werden. Hochfrequenzschweißmaschinen variieren bezüglich der Energieabgabe und des Drucks von Hersteller zu Hersteller und sogar zwischen Maschinen desselben Typs. In der Regel ist es vernünftig das Verhalten jeder Maschine für unterschiedliche Prägestempel und Verstärkungen zu ermitteln, da die Einstellungen von Maschine zu Maschine variieren können.
Ein zu hoher Klemmdruck oder eine nicht ebene Andruckplatte oder Prägestempel oder beides können zu einer Überschweißung führen. Eine Überschweißung kann das Material um die Verschweißung herum schwächen, und kann eine unebene Oberfläche bewirken, welche eine Bedruckung schwierig macht. Eine Verschweißung durch das Verstärkungsmaterial hindurch kann zu einer leicht unebenen Vorderseite führen. Wenn die Tiefe der Verschweißung nicht zu groß ist, wenn zu wenig Druck aufgebracht wird, bewegen sich die Prismen nicht genug, und dieses führt zu keinerlei Verschweißung.
Die Andruckplatten und Formen müssen so eben wie möglich sein, um die Nicht-Vinyl-Prismenfolie zu schweißen. Dieses gilt insbesondere bei einer Stabverschweißung. Es sollten Absenkanschläge verwendet werden, um zu verhindern, daß der Prägestempel zu weit in die Substrate drückt.
Die Festigkeit der Verschweißung kann durch die zwei nachstehenden Verfahren getestet werden: Einschneiden in das Material und Auseinanderziehen der zwei Substrate. Die Verschweißung ist für die meisten Anwendungen ausreichend, wenn einer der Filme vor der Verschweißung reißt. Einweichen der retroreflektiven Struktur in Wasser bei Raumtemperatur für 24 Stunden. Eine Leckage in eine von den Zellen stellt einen Ausfall dar. Einweichen der retroreflektiven Struktur in einem Wasserbad mit einer Anfangstemperatur von 66ºC (150ºF) und Abkühlen des Bades auf Raumtemperatur. Dieses Verfahren dehnt die Luft in der geschweißten Zelle aus, was die Verschweißung beansprucht, so daß beim Abkühlen des Wassers Wasser in die Zelle gezogen wird, wenn sich die Luft zusammen zieht, und dabei das Material beansprucht. Im allgemeinen besteht der zuverlässigste Test darin, in die Probe einzuschneiden und zu versuchen die Substrate zu trennen. Wenn die Schweißgeräte korrekt kalibriert sind, die Formen und Andruckplatten ausgerichtet sind und die Plattentemperaturen und elektrischen Einstellungen eingehalten werden, dürfte nur ein periodisches Testen erforderlich sein, um das Verhalten der Verschweißung zu verifizieren.
Nachdem die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf ihre bevorzugte Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, dürfte es für den Fachmann auf diesem Gebiet selbstverständlich sein, daß verschiedene Änderungen in Form und Details darin ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, ausgeführt werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer retroreflektiven Folie (10) mit den Schritten:

(a) Bereitstellen einer aus einem ersten thermoplastischen Polymer ausgebildeten ersten thermoplastischen Schicht (12);

(b) Ausbilden einer starren Prismenanordnung (16), die aus einem zweiten thermoplastischen Polymer auf dem ersten thermoplastischen Polymer ausgebildet ist;

(c) Aufbringen einer zweiten thermoplastischen Schicht (24), die aus einem dritten thermoplastischen Polymer ausgebildet ist, auf der Prismenanordnung; und

(d) Verschweißen der ersten thermoplastischen Schicht mit der zweiten thermoplastischen Schicht unter Aufbringung eines Prägestempels (28) mit einer Mehrzahl von Zellen (36) mit mehrreihigen (38), gerippt strukturierten Außenbegrenzungen (40) auf die Schichten, um einen Abschnitt der starren Prismenanordnung zu dislozieren, um dadurch eine Verbindung der ersten thermoplastischen Schicht mit der zweiten thermoplastischen Schicht an diesem Abschnitt zu ermöglichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei entweder:

(a) das erste thermoplastische Polymer aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyurethan und Polyfluorcarbon umfaßt, und optional das dritte thermoplastische Polymer aus einer Gruppe ausgewählt wird, die Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyurethan und Polyfluorcarbon aufweist;

(b) das zweite thermoplastische Polymer aus einem Polymer ausgebildet ist, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die hartes Epoxidpolyacrylat, Polyurethan, Po lynitril, Polycarbonat, Polyester und Polyolefin umfaßt;

(c) die starre, nicht dehnbare Prismenanordnung aus einem Copolmer ausgebildet ist;

(d) die mehrreihigen, gerippt strukturierten Außenbegrenzungen Rechtecke (42) einschließen;

(e) die mehrreihigen, gerippt strukturierten Außenbegrenzungen Quadrate einschließen; oder

(f) die mehrreihigen, gerippt strukturierten Außenbegrenzungen Dreiecke einschließen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei entweder:

(a) das erste thermoplastische Polymer und das dritte thermoplastische Polymer dasselbe Polymer umfassen;

(b) das erste thermoplastische Polymer und das dritte thermoplastische Polymer eine Verformungstemperatur von etwa 82ºC (180ºF) aufweisen; oder

(c) das zweite thermoplastische Polymer eine Verformungstemperatur von etwa 177ºC (350ºF) aufweist.

4. Retroreflektive Struktur (10), mit

(a) einer aus einem ersten thermoplastischen Polymer ausgebildeten ersten thermoplastischen Schicht (12);

(b) einer starren Prismenanordnung (16), die aus einem zweiten thermoplastischen Polymer aufgebracht auf dem ersten thermoplastischen Polymer ausgebildet ist;

(c) einer zweiten thermoplastischen Schicht (24), die aus einem dritten thermoplastischen Polymer ausgebildet ist, wovon ein Teil mit der ersten thermoplastischen Schicht über die Prismenanordnung und eine Mehrzahl von Zellen (36) mit darauf ausgebildeten mehrreihig (38), gerippt strukturierten Außenbegrenzungen (40) verschweißt ist.

5. Retroreflektive Struktur nach Anspruch 4, wobei entweder:

(a) das erste thermoplastische Polymer aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyurethan und Polyfluorcarbon aufweist;

(b) das dritte thermoplastische Polymer aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyurethan und Polyfluorcarbon aufweist;

(c) das zweite thermoplastische Polymer aus einem Polymer ausgebildet ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die hartes Epoxidpolyacrylat, Polyurethan, Polynitril, Polycarbonat, Polyester und Polyolefin umfaßt;

(d) die starre nicht dehnbare Prismenanordnung aus einem Copolmer ausgebildet ist;

(e) die mehrreihigen, gerippt strukturierten Außenbegrenzungen Rechtecke (42) einschließen;

(f) die mehrreihigen, gerippt strukturierten Außenbegrenzungen Quadrate einschließen; oder

(g) die mehrreihigen, gerippt strukturierten Außenbegrenzungen Dreiecke einschließen.

6. Retroreflektive Struktur nach Anspruch 4, wobei entweder:

(a) das erste thermoplastische Polymer und das dritte thermoplastische Polymer dasselbe Polymer enthalten;

(b) das erste thermoplastische Polymer und das dritte thermoplastische Polymer eine Verformungstemperatur von etwa 82ºC (180%) aufweisen; oder

(c) das zweite thermoplastische Polymer eine Verformungstemperatur von etwa 177ºC (350%) aufweist.

7. Kleidungsstück mit der retroreflektiven Struktur nach einem der Ansprüche 4 oder 5, die an einer Außenoberfläche des Kleidungsstückes befestigt ist.