影響回歸反射織物逆反射系數(shù)的因素探討

影響回歸反射織物逆反射系數(shù)的因素探討

韓君饒海青楊輝勇黃云剛趙禮洋謝華斌

(成都中節(jié)能反光材料有限公司，成都，610400)

摘要：采用轉(zhuǎn)移法制作回歸反射織物，研究影響回歸反射織物逆反射系數(shù)的主要因素，討論玻璃微珠的折射率和直徑、轉(zhuǎn)移膠和反射層的厚度、鋁粉加入量對回歸反射織物逆反射系數(shù)的影響。結(jié)果表明：玻璃微珠的折射率對回歸反射織物逆反射系數(shù)的影響最大，當(dāng)玻璃微珠的折射率為B時，能較好地滿足0.2°和1°觀測角對逆反射系數(shù)的要求；隨玻璃微珠直徑的增大，0.2°角的逆反射系數(shù)增大，1°角的逆反射系數(shù)先減小后增大；轉(zhuǎn)移膠的厚度以玻璃微珠半徑為宜；反射層厚度很薄時逆反射系數(shù)較小，達(dá)到一定厚度后對逆反射系數(shù)的影響較小；轉(zhuǎn)移膠中的鋁粉用量對逆反射系數(shù)的影響較小。

關(guān)鍵詞：回歸反射織物，逆反射系數(shù)，玻璃微珠，折射率

中圖分類號：TS195.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2014-03-13

作者簡介：韓君，男，1984年生，工程師。主要從事反光材料生產(chǎn)技術(shù)研究及管理工作。

回歸反射織物俗稱反光布,它是將玻璃微珠通過膠黏劑固定在織物上，利用光線在玻璃微珠內(nèi)折射再反射后回歸的光學(xué)原理，使反射光按入射光方向大部分返回光源方向[1-3]。這是一種具有安全功能的織物，當(dāng)在夜間或黑暗處活動的人員穿著或攜帶此種安全材料，在遇有光線照射時，由于其回歸反射的功能會產(chǎn)生醒目的效果，提高自身的能見度，從而使處于光源處的人員能很快地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，有效地避免事故的發(fā)生，保證人身的安全[4-5]。目前市場上銷售的反光布基本上都是通過轉(zhuǎn)移法生產(chǎn)的，由基布、膠黏劑、反射層、微珠層組合而成，其中玻璃微珠有一半暴露在空氣中，一半埋入膠黏劑中，微珠呈現(xiàn)單層排列。這種反光布的反光性能很好，但影響其反光性能的因素也較多，如玻璃微珠的折射率和直徑、微珠埋入深度、反射層厚度、微珠排列密度等。科研人員進(jìn)行了很多研究[6-8]，研究重點在于材料及制作方法[9-11]，但幾乎所有的文獻(xiàn)均認(rèn)為，當(dāng)玻璃微珠的折射率為1.93時能達(dá)到最好的逆反射效果。本文通過試驗發(fā)現(xiàn)，裸露型回歸反射織物采用不同折射率的玻璃微珠搭配使用，能兼顧到反光布的性能和生產(chǎn)成本。本文從玻璃微珠的折射率和直徑，以及轉(zhuǎn)移膠和反射層的厚度等幾個方面做了深入的討論。

1試驗部分

1.1　試驗原料

不同折射率各區(qū)間段玻璃微珠，成都中節(jié)能反光材料有限公司；PET，36 μm，江蘇中達(dá)新材料集團(tuán)有限公司；植株膠，35%，上海征洲精細(xì)化工有限公司；轉(zhuǎn)移膠，45%，北京高盟新材料股份有限公司；L-75，75%，拜耳科技中國有限公司；乙酸乙酯，工業(yè)優(yōu)級，成都金城化學(xué)試劑有限公司；化纖布，T190，德清恒運紡織有限公司；鋁粉，1 500目，比利時。

1.2　試驗儀器

γ932型逆反射系數(shù)檢測儀，德儀國際貿(mào)易(上海)有限公司；小型涂布機(jī)，自制；小型復(fù)合機(jī)，自制；ZZ-1000型真空鍍鋁機(jī)，深圳市亨利萊真空技術(shù)開發(fā)有限公司；塞尺，市售。

1.3　回歸反射織物制作方法

(1)植株。按一定比例配制植株膠，將植株膠按一定的間隙在小型涂布機(jī)上涂于PET薄膜電暈面上，放入恒溫干燥箱中干燥；然后將玻璃微珠均勻布于膜上，再放入烘箱徹底干燥。

(2)鍍鋁。將上述植株膜放入真空鍍鋁機(jī)中進(jìn)行鍍鋁，鍍鋁厚度以表面泛白為宜。

(3)復(fù)合轉(zhuǎn)移。將轉(zhuǎn)移膠、乙酸乙酯、鋁粉、L-75按一定的比例計量混合，高速攪拌均勻，放置0.5 h后，在小型涂布機(jī)上按一定的間隙均勻涂于T190化纖布上；放入干燥箱干燥后與植株膜貼合在一起，再放入小型復(fù)合機(jī)上復(fù)合，最后剝離PET得成品。

1.4　測試與表征

逆反射系數(shù)為發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)與逆反射體的表面積之比，以坎每勒平方米[cd/(lx·m2)]表示。本文用γ932型逆反射系數(shù)檢測儀測試，文中入射角均為5°，觀測角分別為0.2°和1°。

2結(jié)果與討論

2.1　玻璃微珠折射率對逆反射系數(shù)的影響

回歸反射織物屬于微珠裸露型反光材料，光線由空氣進(jìn)入高折射率玻璃微珠，在微珠內(nèi)部發(fā)生兩次折射和一次內(nèi)反射，最后出射光線沿入射光線方向出射。其中玻璃微珠的折射率對回歸反射織物的反光強(qiáng)度有較大的影響。本文對不同折射率、不同粒徑段微珠的反光強(qiáng)度進(jìn)行了詳細(xì)研究，測試了在入射角為5°，觀測角分別為0.2°、1°時的逆反射系數(shù),如圖1和圖2所示，A～E折射率依次遞增。由圖1可知，當(dāng)折射率為B、C、D、E時，0.2°觀測角的逆反射系數(shù)隨玻璃微珠直徑的增大而增大；當(dāng)折射率為A時，逆反射系數(shù)先增大后減小。由圖2可以看出，1°觀測角的逆反射系數(shù)隨粒徑的增大先減小后增加；隨折射率的增加，最低點向粒徑大區(qū)間段移動；當(dāng)折射率為A時，逆反射系數(shù)最低點為35～50 μm區(qū)間段；當(dāng)折射率為B、C、D時，最低點為40～60 μm段；當(dāng)折射率為E時，最低點為50～70 μm段。當(dāng)折射率較低、粒徑較大時，1°觀測角的逆反射系數(shù)較大，這對提高回歸反射織物的1°角逆反射系數(shù)有顯著的幫助，但0.2°角的逆反射系數(shù)較小。所以同一粒徑區(qū)間段，為了同時滿足0.2°和1°角對逆反射系數(shù)的要求，采取高折射率和低折射率玻璃微珠配合使用的方法能達(dá)到較好的效果。由于回歸反射織物的制作過程需要把玻璃微珠從鍍鋁植株膜上通過復(fù)合膠轉(zhuǎn)移到織物上，不僅要滿足玻璃微珠單位面積的耗量，還要求0.2°和1°觀測角的逆反射系數(shù)達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)值。如果只采用一種折射率的玻璃微珠，必須把玻璃微珠的粒徑區(qū)間拉大，這必然導(dǎo)致在轉(zhuǎn)移的過程中很難把小粒徑的玻璃微珠從植株膜上轉(zhuǎn)移干凈。因此，采用不同折射率的玻璃微珠相互配合，不僅可以使粒徑區(qū)間分布較窄，還可以使0.2°和1°觀測角的逆反射系數(shù)都滿足要求。

圖1　折射率對0.2°觀測角逆反射系數(shù)的影響

圖2　折射率對1°觀測角逆反射系數(shù)的影響

2.2　玻璃微珠直徑對逆反射系數(shù)的影響

結(jié)合圖1和圖2的分析，就0.2°觀測角而言，當(dāng)折射率為B和C時能滿足要求，但當(dāng)折射率為C時，粒徑大的珠子1°角的逆反射系數(shù)較小。在實際使用過程中，做反光布的微珠直徑的有效使用區(qū)間為30～80 μm，所以折射率為B時能較好地同時滿足兩個角度的要求。圖3是當(dāng)折射率為B時微珠直徑對逆反射系數(shù)的影響。當(dāng)觀測角為0.2°時逆反射系數(shù)隨玻璃微珠直徑的增大而增加；當(dāng)觀測角為1°時，逆反射系數(shù)隨玻璃微珠直徑的增大先減小后增加。

圖3　玻璃微珠直徑對逆反射系數(shù)的影響

2.3　轉(zhuǎn)移膠厚度對逆反射系數(shù)的影響

本試驗使用直徑為60～80 μm的玻璃微珠，探討了轉(zhuǎn)移膠厚度對逆反射系數(shù)的影響，見圖4。在一定范圍內(nèi)隨厚度的增加，0.2°和1°角的逆反射系數(shù)均先增加后減小。由于玻璃微珠植株后，反射層包裹微珠的面積決定了光線在玻璃微珠內(nèi)部反射的面積，經(jīng)過顯微鏡斷面觀察分析，逆反射系數(shù)最高時反射層基本包裹微珠一半。轉(zhuǎn)移膠厚度略小于一半時對逆反射系數(shù)的影響較小。當(dāng)轉(zhuǎn)移膠厚度再減小一點，只要能把玻璃微珠全部轉(zhuǎn)移過來，對逆反射系數(shù)的影響不大，但對黏珠牢度影響較大，產(chǎn)品的水洗性能變差；若轉(zhuǎn)移膠厚度特別薄，不能把玻璃微珠全部轉(zhuǎn)移到基布上時，由于反射面積減小會降低逆反射系數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)移膠厚度略大于微珠半徑時，對逆反射系數(shù)的影響不大；但當(dāng)轉(zhuǎn)移膠厚度進(jìn)一步增大時，會顯著影響逆反射系數(shù)。這是由于兩個方面因素的作用：一是微珠內(nèi)部的部分光線出射方向被轉(zhuǎn)移膠擋住，影響了整個回歸反射過程的完成；二是部分入射光線進(jìn)入不了微珠內(nèi)部，減小了受光面積。另外，轉(zhuǎn)移膠厚度過大，復(fù)合時轉(zhuǎn)移膠和植株膠可能會發(fā)生粘連，導(dǎo)致不能剝離PET膜。本試驗使用直徑為60～80 μm區(qū)間分布較窄的微珠，在實際生產(chǎn)中絕大部分廠家生產(chǎn)回歸反射織物時使用30～80 μm微珠，如果轉(zhuǎn)移膠厚度不控制好，要么小的玻璃微珠殘留在植株膜上，要么微珠埋入過深而導(dǎo)致產(chǎn)品表面油光，表觀十分難看。

圖4　轉(zhuǎn)移膠厚度對逆反射系數(shù)的影響

2.4　反射層厚度對逆反射系數(shù)的影響

由于反射層的厚度理論上在40 nm左右，很難準(zhǔn)確測量，本試驗根據(jù)植株膜的表觀顏色來判斷反射層的厚度。隨鍍層厚度的增加，植株膜依次呈現(xiàn)灰色、白色、淡黃色和焦黃色，對逆反射系數(shù)的影響見表1。隨鍍層厚度的增加，逆反射系數(shù)先增大后趨于穩(wěn)定。當(dāng)植株膜表觀呈現(xiàn)灰色時，反射層厚度不夠，當(dāng)光線進(jìn)入玻璃微珠內(nèi)部后，部分光線在反射層面透過，只有一部分光線反射，導(dǎo)致逆反射系數(shù)較低；當(dāng)植株膜表面為白色、淡黃色和焦黃色時，對逆反射系數(shù)的影響較小，而對產(chǎn)品的外觀影響較大，這是由于光線是在玻璃微珠內(nèi)部完成反射的，而不是在外部完成反射。

表1　反射層厚度對逆反射系數(shù)的影響

2.5　轉(zhuǎn)移膠中鋁粉用量對逆反射系數(shù)的影響

鋁粉作為一種助劑加入轉(zhuǎn)移膠中，主要目的是減小產(chǎn)品的透光性。鋁粉用量對逆反射系數(shù)的影響如表2所示，隨鋁粉用量的增加，逆反射系數(shù)幾乎沒有太大變化。這是由于回歸反射是光線在玻璃微珠內(nèi)部折射、反射再折射的過程，轉(zhuǎn)移膠中的鋁粉也能起到一定的反射效果，但這種反射是漫反射。圖5為復(fù)合后的結(jié)構(gòu)示意圖，剝離PET膜和植株膠層后珠子與珠子之間的鍍鋁層殘留在PET膜上而未被轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中，在最終產(chǎn)品中珠子與珠子之間是沒有鍍鋁層的，而只有轉(zhuǎn)移膠，光線到達(dá)此處后，由于鋁粉的作用而產(chǎn)生漫反射。

表2　鋁粉用量對逆反射系數(shù)的影響

圖5　回歸反射織物剝離PET膜前的結(jié)構(gòu)示意圖

3結(jié)語

(1)玻璃微珠折射率對回歸反射織物的逆反射系數(shù)影響較大。折射率較小時0.2°觀測角的逆反射系數(shù)較小，而1°角的逆反射系數(shù)較大；提高玻璃微珠的折射率有利于提高0.2°角的逆反射系數(shù)，但1°角的逆反射系數(shù)有所降低，且隨折射率的增大，1°角的逆反射系數(shù)的最低點由小粒徑珠子區(qū)間向大粒徑區(qū)間移動。

(2)確定玻璃微珠折射率為B時，能同時協(xié)調(diào)0.2°和1°角的逆反射系數(shù)。隨玻璃微珠直徑的增大，0.2°角的逆反射系數(shù)增大，1°角的逆反射系數(shù)先減小后增大。

(3)轉(zhuǎn)移膠的厚度一般以玻璃微珠半徑為宜，適當(dāng)減小轉(zhuǎn)移膠厚度對逆反射系數(shù)的影響較小，但對黏珠牢度影響較大；轉(zhuǎn)移膠太厚會使逆反射系數(shù)顯著減小。

(4)反射層厚度太小時逆反射系數(shù)較小，當(dāng)反射層達(dá)到一定厚度時，進(jìn)一步提高反射層厚度對逆反射系數(shù)的影響不大。

(5)鋁粉用量對逆反射系數(shù)的影響甚微。

參考文獻(xiàn)

[1]張海泉,張長萍.微珠直徑對回歸反光織物性能的影響[J].江南大學(xué)學(xué)報,2007,6(3):350-353.

[2]于范芹.回歸反射織物的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].印染,2005(11):43-44.

[3]車青松.反光材料的安全防護(hù)作用及發(fā)展建議[J].中國個體防護(hù)裝備,2002(2):27-29.

[4]李云臺.高亮度服裝輔料[J].寧波服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2004(2):20-22.

[5]萬震,周紅麗.安全防護(hù)功能紡織品[J].紡織導(dǎo)報,2005(5):50-55.

[6]趙中浩.中國反光材料產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成熟[J].公路運輸文摘,2004(4):32-33.

[7]董會君,趙陽,李曉平，等.淺談我國逆反射材料現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢展望[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2004,14(2):71-75.

[8]朱俊偉.影響回歸反射織物反光性能主要因素的研究[J].紡織科學(xué)研究,2000(2):41-45.

[9]陳炎明，何玉明．影響玻璃微珠回歸反射性能的主要因素分析[J]．光子學(xué)報，2003,32(5)：629-632．

[10]于范芹.植珠法反光布加工技術(shù)[J].中國個體防護(hù)裝備,2001(5):3-8.

[11]張海泉,李云臺.折射率對回歸反光織物反光效果的影響[J].紡織學(xué)報,1995,16(6):335-337．

歡迎訂閱2015年度

《產(chǎn)業(yè)用紡織品》《國際紡織導(dǎo)報》

Study on the factors affecting the inverse reflection

coefficient of retro-reflective fabric

HanJun,RaoHaiqing,YangHuiyong,HuangYungang,ZhaoLiyang,XieHuabin

(Chengdu CECEP Reflective Material Co., Ltd.)

Abstract:The retro-reflective fabric was produced by transfer method and the factors, affecting the retro-reflection coefficient of retro-reflective fabric, have been studied. Besides, the influence of the diameter of micro-glass beads, thickness of transfer adhesive and reflective layer and the content of aluminum powder on reflective fabric were also discussed. Results show that the coefficient of retro-reflection is greatly influenced by refractive index of micro-glass beads, when the refractive index of micro-glass beads is B, retro-reflection coefficient requirements of observation angle 0.2° and 1° are basically met. Along with the diameter of micro-glass beads increases, the retro-reflection coefficient of 0.2° increases, while the retro-reflection coefficient of 1° increases first and then decreases. When the thickness of transfer adhesive equals to the radius of micro-glass beads, the retro-reflective fabric has excellent performance. When the thickness of reflective layer is very thin, the retro-reflection coefficient is smaller, when a certain thickness is reached, it has little influence on the retro-reflection coefficient. The content of aluminum powder in transfer adhesive has slight influence on the retro-reflection coefficient of retro-reflective fabric.

Keywords:retro-reflective fabric, coefficient of retro-reflection, micro-glass bead, refractive index