技術資料
回歸反射織物加工技術及其發展與展望
不詳
2022/8/19
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中國紡織科學研究院 于范芹
介紹了回歸反射織物的發展及其四種結構和反光原理,根據其結構和原理,對 反光布的加工技術作了討論,并預測了市場發展前景。
一、產品的發展
回歸反射織物俗稱反光布,它是將玻璃微珠施加于織物上,利用光線在玻璃微珠內折射反射后回歸的光學原理。即使反射光按人射光方向大部分地返回光源方向。這種織物是一種具有安全功能的織物。當在夜間或黑暗處活動的人員穿著或攜帶此種回歸反射安全材料,在遇有光線照射時,由于其回歸反射的功能,會產生醒目的效果,提高自身的能見度,從而使處于光源處的人員很快地發現目標,有效地避免事故的發生,保證人身的安全。
汽車發明以后,越來越多的駕駛員在夜間行駛,交通反光標志成為待解決的問題。因此。在1920年,人們受貓眼睛在夜間燈光照射時能發射光芒的影響,發明了貓眼石來制作路標的反光標志,當時利用貓眼石制作的反光交通標志,其定向反光效果差,有待改善。到了1930年,隨著科學技術的進步,人們開始用比較細小的玻璃珠來制造路標的反光面,并且逐漸認識到反光強度和反光產品牢度,如能見距離、耐候性、防雨等的重要性。美國3M公司此時投入大量人力物力,不斷研究開發,推出了一些中低亮度的反光產品。隨著合成樹脂、社會各領域科技水平的發展提高,3M
公司不斷研究開發了一些高質量反光產品,運用玻璃微珠、合成樹脂、帶有金屬的薄膜、涂層技術等,研制了反光薄膜。40年代,推出了“工程級”反光薄膜,廣泛用于交通道路的路標標志牌。反光織物是隨著合成樹脂、社會發展的需要在定向反光薄膜的基礎上開發出來的。至今3M公司己發展形成了3M
Scotchite。(視可麗)反光系列產品、其反光強度高者達500 Cd/Lx/m2,低者約有10cd/Lx/m2。日本是六十年代開始生產,當時主要用于交通、工廠、礦山的道路標志、安全標志。1975年參照美國L-S-300
標準制定了安全用反射片和反射帶標準JISZ/9117,80年代,日本有關該方面技術的專利、文章較多。目前,日本住友3M、旭化成、尤里吉卡、小松精練等十幾家企業生產,產品各有千秋。其它生產和使用該織物的國家也不少,如丹麥、芬蘭、德國、意大利、瑞典等。
我國從六十年代開始研制反光安全材料。從八十年代起,隨著交通事業如高速公路、鐵路的飛速發展,交通安全開始提到了議事日程,安全成為人們關注的問題,對反光材料的研究開發越來越受到重視。到了八十年代中期,才起步研究開發服用性的回歸反光織物。中國紡織科學研究院自八十年代首先從事這方面的研究,以其綜合性能優良的產品率先開發了國內市場,在公路、鐵路、環衛等部門使用。幾年前,我院將其前兩代科研成果與張家港市印染機械廠合作成立了“張家港市亮達反光材料有限責任公司”,公司經過兩年多的運轉己取得了較好的經濟效益,銷售數量逐年成幾倍增長,產品的品種不斷擴充,應用領域不斷擴大,產品以亮度高、耐磨、耐洗、防雨等綜合性能指標優良而處于國內領先,深受國內外廣大用戶的喜愛。目前,國內上海、北京、江蘇、福建等地有十幾家中位進行研制和生產。
二、結構原理簡述:
回歸反射是光的反射現象之一,與光的另兩種反射現象——漫反射與鏡面反射不同之處是光的反射方向沿著入射光的入射方向返回至光源。如圖1所示:圖1表明了光的反射的三種狀態,三種狀態的產生與其物體表面光滑程度及表層物質形態有直接關系:

漫反射——平行的入射光線射到粗糙不平的物體表面上反射光向各個方向反射的現象;
鏡面反射——平行的入射光射到平滑的物體上,反射光以法線為中軸。與入射光對稱的方向呈平行的反射現象;
回歸反射—平行的入射光射到球形透鏡型或角錐棱鏡型結構的物體上,反射光沿接近入射光線返回的現象。
反光織物是由定向反光主體玻璃微珠、反射鏡面層及織物底基、粘合劑等構成。當光線照射到玻璃球體時,光線在玻璃介質中產生折射,經球體后表面的鏡面反射層反射后,又經球體折射返回光源方向。從而達到了反射光線方向按入射方向返回的目的。如圖2

關于折射光折射的位置,與玻璃微珠的折射率和半徑之hJ的關系,可用下列公式表示:
F=r(2-η)/2(η-1)
其中 F 一焦距
r一微珠半徑
η一微珠折射率
常見的反光布有多種結構,如圖3所示。目前市場銷售的反光布主要是珠子露出型的結構,如圖3(a)、(b)

圖3(a)為露出型,其結構組成依次為基布、粘接劑、反射層、粘接劑、微珠層。其特點是微珠呈單層水平排列,珠的前面沒有任何覆蓋物,珠的一部分暴露于空氣之中,一部分埋植于粘合劑層中,微珠與反射層直接接觸或靠得非常近。這種類型的反光性能好,適應的入射角廣,但制成的回歸反射織物表面粗糙,微珠容易脫落。附著水質會使反射性能降低甚至喪失,但可以通過后處理給以改善,這種類型所反射的光為白色。
圖3(b)也為露出型,其結構組成依次為基布、粘接劑、反射層、間隔層。微珠層。其特點幾乎與上項所述相同,差別僅僅在于微珠與反射層之間有間隔層。
圖3(c)為封閉型,是對圖3(a)、(b)兩種類型作了進一步加工。其特點是在暴露型的表面罩上一層透明薄膜,將微珠罩蓋在薄膜內,而不是埋植于粘合劑層內。這種類型能保持微珠與空氣的界面,在潮濕與雨水中不會降低回歸反射織物的反光性能,并保護微珠不致脫落及受塵埃、污物等的影響。將薄膜著色或印刷文字、圖案能反射相應的彩色光,但反光性能不及上述類型。
圖3(d)也是封閉型,結構組成依次為基布、粘接劑、反射層、間隔層、微珠層、表面層。其特點是微珠呈單層水平排列并整個被埋植于表面層下,微珠與反射層之間有間隔層。其反光性能不及暴露型好,適應的入射角也不及暴露型廣,但表面光滑,微珠不會脫落,反射性能不會受水質的影響。將表而后著色或印刷文字、圖案就能制得彩色或文字、花紋圖案的回歸反射織物,能反射相應的彩色光。
三、加工技術簡介
根據回歸反射的原理和回歸反射織物的結構,可以看出回歸反射織物由基布、反射層、化學樹脂、玻璃微珠等組成。采用何種加工工藝使多種材料組合一起,從而保證其反光布具有與其它紡織品同樣的服用性能,是研究開發及生產廠商們最為關心的問題。單從回歸反射織物的結構上可以看出:反射層、學樹脂、玻璃微珠等材料是在基布之上,因此采用涂層、復合、熱壓等多種加工技術組合一起的加工方法是勢在必行。對于這樣一種多層材料復合的產品,關鍵是要保證從光源發出的入射光經回歸反射元件折射、反射后,大部分回到光源方向和位置,以起到醒目作用。制作時全部的光路要暢通無阻,保證微珠呈單層均勻密集排布于織物表面,且根據服用的特點,要求耐磨、耐洗、防水等。反光材料的研究開發具有一定的難度,它涉及多門學科,包括紡織、化工、機電、輕工、光學等,加工工序長,設備、工藝具有很大的不確定性。只能根據其回歸反射原理進行探索研究。在加工過程中,除選擇合適的原材料如織物、漿料、珠子等是主要因素外,涂層與植珠設備和一系列加工工藝技術也是極其重要的。根據微珠的施加方式,可分為三種加工方法:
1、涂珠法:
所謂涂珠法就是將玻璃微珠與粘合劑混合調制成涂層漿,涂刮于織物上而成。按工藝流程的不同又可分多道加工法、和一液一道加工法。
(l)多道加工法:
基布一涂底層一涂反射層一涂玻璃微珠層一后處理(涂透明樹脂、防水等)。在基布上涂底層,使底布表面光滑,是為了提高反射層的反射效果,從而提高產品的反光強度。
(2)一液一道加工法:
該法是將回歸反射加工中多層結構所需要的玻璃微珠(或塑料微珠)反射材料、著色顏料、粘合劑等全部混合成為一體?,F統稱為“全球系”油墨,然后將此油墨配制成印花漿或涂層漿,經一道涂層或印刷工序加工,即可成回歸反射制品。
2、植珠法:
植珠加工法是利用高壓電產生強電場,使玻璃微珠帶電而吸附于織物上的靜電植珠法:或將玻璃微珠均勻撒在涂有粘合劑的織物上的撒珠法;或通過玻璃微珠槽的粘珠法。
工藝流程:
基布一底涂或浸涂一施加反射層一涂粘合劑一植珠一后處理。
3、轉移法:
轉移基材一前處理一布珠一熱處理一反射層處理一涂覆或印刷處理一
(1)復合織物一剝離一后處理:
(2)熱熔背涂——復合保護材料——塑膜產品——轉燙到織物上。
轉移法產品具有外觀光滑細膩、手感柔軟,不但反光強度高,而且防水、耐磨、耐洗。并且背涂特種熱熔膠的產品使用靈活方便,可以加工成布,也可以電腦刻成圖案、字符,轉燙到各種基材上
如服裝、革、鞋帽、雨衣等。
四、發展前景:
據統計,汽車發明至今己有110多年了,世界上由汽車引起的各種交通死亡人數達4000多萬人。另據美國的一項調查表明:夜間交通事故總量的50%是步行者死亡,所有致死的交通事故中,夜間比日間高出2.5——3倍。據我國公安部對交通事故的統計表明。交通事故逐年呈上升趨勢,去年海事達
1000多起、交通達 2萬多起,夜間意外死亡率是日間的4倍。由交通引起死亡的人數每天約達200人,而我國的車輛總數只有美國的百分之一,這個死亡人數是驚人的。中國是人口大國,擁有世界1/5的人口,因此,保護行人的安全在我國具有特別重要的意義。
隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高,公路、鐵路等交通建設飛速發展,繁忙的交通晝夜不停,交通工作人員和夜間行走的普通人員的安全問題迫在眉睫。在我國由交通部率先推出的養路工統一安全標志制服,在全國范圍執行使用,對定向反光材料的使用起到了一個引導作用。經過近十年的孕育發展,除交通部外,安全、環衛、石油勘測、鐵路、煤礦、民政等都在使用中,但鑒于美國3M公司反光材料的價格太高,只能用較便宜的國產中低亮級產品。反光材料在服裝服飾、鞋帽的使用與普通紡織面料不同,它是以條帶、字符、裝飾圖案等形式使用,因此,它的使用量不可能像紡織面料那樣大,從另外一種意義上講,反光材料的使用是為了提高行人的安全性,即提高司機發現目標的距離。而能見距離與反光材料的使用面積、產品的反光強度成正比。如產品的反光強度高、使用面積雖小,夜問能見距離可以很遠,從而提高安全系數。因此市場上逐漸趨于需要高反光強度的產品。據不完全資料統計,目前僅國內的需求量近百萬平方米,其中進口占約20—30%。從發展趨勢來看,人們的安全意識在增強,反光材料的需求會持續增長,尤其國內普通民用的使用會使反光材料的市場需求成幾倍增長。
隨著社會經濟的飛速發展,生活水平的提高,對安全材料的需求逐漸趨向高品質、多樣化、靈活性、廣泛性、耐久性、服飾性等。目前國內反光材料的研究還處于起步開發階段,產品檔次低,品種單一,在反光強度及其它一些技木指標如耐磨、耐洗性、耐氣候等與美國3M公司的產品比較,存在相當大的差距。還遠遠不能適應全球市場發展的需要。尤其是作為安全勞保服裝,在高速公路上作業的工作人員的工作裝,要求反光強度越高越好,反光角度越大越好,因此,加速反光產品研究開發,滿足市場需求具有非常重要的現實意義。

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