影响回归反射织物逆反射系数的因素探讨

影响回归反射织物逆反射系数的因素探讨

韩君饶海青杨辉勇黄云刚赵礼洋谢华斌

(成都中节能反光材料有限公司，成都，610400)

摘要：采用转移法制作回归反射织物，研究影响回归反射织物逆反射系数的主要因素，讨论玻璃微珠的折射率和直径、转移胶和反射层的厚度、铝粉加入量对回归反射织物逆反射系数的影响。结果表明：玻璃微珠的折射率对回归反射织物逆反射系数的影响最大，当玻璃微珠的折射率为B时，能较好地满足0.2°和1°观测角对逆反射系数的要求；随玻璃微珠直径的增大，0.2°角的逆反射系数增大，1°角的逆反射系数先减小后增大；转移胶的厚度以玻璃微珠半径为宜；反射层厚度很薄时逆反射系数较小，达到一定厚度后对逆反射系数的影响较小；转移胶中的铝粉用量对逆反射系数的影响较小。

关键词：回归反射织物，逆反射系数，玻璃微珠，折射率

中图分类号：TS195.9文献标志码：A

收稿日期：2014-03-13

作者简介：韩君，男，1984年生，工程师。主要从事反光材料生产技术研究及管理工作。

回归反射织物俗称反光布,它是将玻璃微珠通过胶黏剂固定在织物上，利用光线在玻璃微珠内折射再反射后回归的光学原理，使反射光按入射光方向大部分返回光源方向[1-3]。这是一种具有安全功能的织物，当在夜间或黑暗处活动的人员穿着或携带此种安全材料，在遇有光线照射时，由于其回归反射的功能会产生醒目的效果，提高自身的能见度，从而使处于光源处的人员能很快地发现目标，有效地避免事故的发生，保证人身的安全[4-5]。目前市场上销售的反光布基本上都是通过转移法生产的，由基布、胶黏剂、反射层、微珠层组合而成，其中玻璃微珠有一半暴露在空气中，一半埋入胶黏剂中，微珠呈现单层排列。这种反光布的反光性能很好，但影响其反光性能的因素也较多，如玻璃微珠的折射率和直径、微珠埋入深度、反射层厚度、微珠排列密度等。科研人员进行了很多研究[6-8]，研究重点在于材料及制作方法[9-11]，但几乎所有的文献均认为，当玻璃微珠的折射率为1.93时能达到最好的逆反射效果。本文通过试验发现，裸露型回归反射织物采用不同折射率的玻璃微珠搭配使用，能兼顾到反光布的性能和生产成本。本文从玻璃微珠的折射率和直径，以及转移胶和反射层的厚度等几个方面做了深入的讨论。

1试验部分

1.1　试验原料

不同折射率各区间段玻璃微珠，成都中节能反光材料有限公司；PET，36 μm，江苏中达新材料集团有限公司；植株胶，35%，上海征洲精细化工有限公司；转移胶，45%，北京高盟新材料股份有限公司；L-75，75%，拜耳科技中国有限公司；乙酸乙酯，工业优级，成都金城化学试剂有限公司；化纤布，T190，德清恒运纺织有限公司；铝粉，1 500目，比利时。

1.2　试验仪器

γ932型逆反射系数检测仪，德仪国际贸易(上海)有限公司；小型涂布机，自制；小型复合机，自制；ZZ-1000型真空镀铝机，深圳市亨利莱真空技术开发有限公司；塞尺，市售。

1.3　回归反射织物制作方法

(1)植株。按一定比例配制植株胶，将植株胶按一定的间隙在小型涂布机上涂于PET薄膜电晕面上，放入恒温干燥箱中干燥；然后将玻璃微珠均匀布于膜上，再放入烘箱彻底干燥。

(2)镀铝。将上述植株膜放入真空镀铝机中进行镀铝，镀铝厚度以表面泛白为宜。

(3)复合转移。将转移胶、乙酸乙酯、铝粉、L-75按一定的比例计量混合，高速搅拌均匀，放置0.5 h后，在小型涂布机上按一定的间隙均匀涂于T190化纤布上；放入干燥箱干燥后与植株膜贴合在一起，再放入小型复合机上复合，最后剥离PET得成品。

1.4　测试与表征

逆反射系数为发光强度系数与逆反射体的表面积之比，以坎每勒平方米[cd/(lx·m2)]表示。本文用γ932型逆反射系数检测仪测试，文中入射角均为5°，观测角分别为0.2°和1°。

2结果与讨论

2.1　玻璃微珠折射率对逆反射系数的影响

回归反射织物属于微珠裸露型反光材料，光线由空气进入高折射率玻璃微珠，在微珠内部发生两次折射和一次内反射，最后出射光线沿入射光线方向出射。其中玻璃微珠的折射率对回归反射织物的反光强度有较大的影响。本文对不同折射率、不同粒径段微珠的反光强度进行了详细研究，测试了在入射角为5°，观测角分别为0.2°、1°时的逆反射系数,如图1和图2所示，A～E折射率依次递增。由图1可知，当折射率为B、C、D、E时，0.2°观测角的逆反射系数随玻璃微珠直径的增大而增大；当折射率为A时，逆反射系数先增大后减小。由图2可以看出，1°观测角的逆反射系数随粒径的增大先减小后增加；随折射率的增加，最低点向粒径大区间段移动；当折射率为A时，逆反射系数最低点为35～50 μm区间段；当折射率为B、C、D时，最低点为40～60 μm段；当折射率为E时，最低点为50～70 μm段。当折射率较低、粒径较大时，1°观测角的逆反射系数较大，这对提高回归反射织物的1°角逆反射系数有显著的帮助，但0.2°角的逆反射系数较小。所以同一粒径区间段，为了同时满足0.2°和1°角对逆反射系数的要求，采取高折射率和低折射率玻璃微珠配合使用的方法能达到较好的效果。由于回归反射织物的制作过程需要把玻璃微珠从镀铝植株膜上通过复合胶转移到织物上，不仅要满足玻璃微珠单位面积的耗量，还要求0.2°和1°观测角的逆反射系数达到或超过标准值。如果只采用一种折射率的玻璃微珠，必须把玻璃微珠的粒径区间拉大，这必然导致在转移的过程中很难把小粒径的玻璃微珠从植株膜上转移干净。因此，采用不同折射率的玻璃微珠相互配合，不仅可以使粒径区间分布较窄，还可以使0.2°和1°观测角的逆反射系数都满足要求。

图1　折射率对0.2°观测角逆反射系数的影响

图2　折射率对1°观测角逆反射系数的影响

2.2　玻璃微珠直径对逆反射系数的影响

结合图1和图2的分析，就0.2°观测角而言，当折射率为B和C时能满足要求，但当折射率为C时，粒径大的珠子1°角的逆反射系数较小。在实际使用过程中，做反光布的微珠直径的有效使用区间为30～80 μm，所以折射率为B时能较好地同时满足两个角度的要求。图3是当折射率为B时微珠直径对逆反射系数的影响。当观测角为0.2°时逆反射系数随玻璃微珠直径的增大而增加；当观测角为1°时，逆反射系数随玻璃微珠直径的增大先减小后增加。

图3　玻璃微珠直径对逆反射系数的影响

2.3　转移胶厚度对逆反射系数的影响

本试验使用直径为60～80 μm的玻璃微珠，探讨了转移胶厚度对逆反射系数的影响，见图4。在一定范围内随厚度的增加，0.2°和1°角的逆反射系数均先增加后减小。由于玻璃微珠植株后，反射层包裹微珠的面积决定了光线在玻璃微珠内部反射的面积，经过显微镜断面观察分析，逆反射系数最高时反射层基本包裹微珠一半。转移胶厚度略小于一半时对逆反射系数的影响较小。当转移胶厚度再减小一点，只要能把玻璃微珠全部转移过来，对逆反射系数的影响不大，但对黏珠牢度影响较大，产品的水洗性能变差；若转移胶厚度特别薄，不能把玻璃微珠全部转移到基布上时，由于反射面积减小会降低逆反射系数。当转移胶厚度略大于微珠半径时，对逆反射系数的影响不大；但当转移胶厚度进一步增大时，会显著影响逆反射系数。这是由于两个方面因素的作用：一是微珠内部的部分光线出射方向被转移胶挡住，影响了整个回归反射过程的完成；二是部分入射光线进入不了微珠内部，减小了受光面积。另外，转移胶厚度过大，复合时转移胶和植株胶可能会发生粘连，导致不能剥离PET膜。本试验使用直径为60～80 μm区间分布较窄的微珠，在实际生产中绝大部分厂家生产回归反射织物时使用30～80 μm微珠，如果转移胶厚度不控制好，要么小的玻璃微珠残留在植株膜上，要么微珠埋入过深而导致产品表面油光，表观十分难看。

图4　转移胶厚度对逆反射系数的影响

2.4　反射层厚度对逆反射系数的影响

由于反射层的厚度理论上在40 nm左右，很难准确测量，本试验根据植株膜的表观颜色来判断反射层的厚度。随镀层厚度的增加，植株膜依次呈现灰色、白色、淡黄色和焦黄色，对逆反射系数的影响见表1。随镀层厚度的增加，逆反射系数先增大后趋于稳定。当植株膜表观呈现灰色时，反射层厚度不够，当光线进入玻璃微珠内部后，部分光线在反射层面透过，只有一部分光线反射，导致逆反射系数较低；当植株膜表面为白色、淡黄色和焦黄色时，对逆反射系数的影响较小，而对产品的外观影响较大，这是由于光线是在玻璃微珠内部完成反射的，而不是在外部完成反射。

表1　反射层厚度对逆反射系数的影响

2.5　转移胶中铝粉用量对逆反射系数的影响

铝粉作为一种助剂加入转移胶中，主要目的是减小产品的透光性。铝粉用量对逆反射系数的影响如表2所示，随铝粉用量的增加，逆反射系数几乎没有太大变化。这是由于回归反射是光线在玻璃微珠内部折射、反射再折射的过程，转移胶中的铝粉也能起到一定的反射效果，但这种反射是漫反射。图5为复合后的结构示意图，剥离PET膜和植株胶层后珠子与珠子之间的镀铝层残留在PET膜上而未被转移到产品中，在最终产品中珠子与珠子之间是没有镀铝层的，而只有转移胶，光线到达此处后，由于铝粉的作用而产生漫反射。

表2　铝粉用量对逆反射系数的影响

图5　回归反射织物剥离PET膜前的结构示意图

3结语

(1)玻璃微珠折射率对回归反射织物的逆反射系数影响较大。折射率较小时0.2°观测角的逆反射系数较小，而1°角的逆反射系数较大；提高玻璃微珠的折射率有利于提高0.2°角的逆反射系数，但1°角的逆反射系数有所降低，且随折射率的增大，1°角的逆反射系数的最低点由小粒径珠子区间向大粒径区间移动。

(2)确定玻璃微珠折射率为B时，能同时协调0.2°和1°角的逆反射系数。随玻璃微珠直径的增大，0.2°角的逆反射系数增大，1°角的逆反射系数先减小后增大。

(3)转移胶的厚度一般以玻璃微珠半径为宜，适当减小转移胶厚度对逆反射系数的影响较小，但对黏珠牢度影响较大；转移胶太厚会使逆反射系数显著减小。

(4)反射层厚度太小时逆反射系数较小，当反射层达到一定厚度时，进一步提高反射层厚度对逆反射系数的影响不大。

(5)铝粉用量对逆反射系数的影响甚微。

参考文献

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[2]于范芹.回归反射织物的现状与发展前景[J].印染,2005(11):43-44.

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[6]赵中浩.中国反光材料产业已发展成熟[J].公路运输文摘,2004(4):32-33.

[7]董会君,赵阳,李晓平，等.浅谈我国逆反射材料现状及其发展趋势展望[J].中国安全科学学报，2004,14(2):71-75.

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[9]陈炎明，何玉明．影响玻璃微珠回归反射性能的主要因素分析[J]．光子学报，2003,32(5)：629-632．

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[11]张海泉,李云台.折射率对回归反光织物反光效果的影响[J].纺织学报,1995,16(6):335-337．

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《产业用纺织品》《国际纺织导报》

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