DE69723320T2

DE69723320T2 - Glitzernde tripelspiegel-retroreflektor-folie

Info

Publication number: DE69723320T2
Application number: DE69723320T
Authority: DE
Inventors: M. Jeanine SHUSTA; E. Paul MARECKI; R. Matthew ATKINSON; M. Cheryl FREY; Jr. Olester Benson
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: EP1015915A1; JP2000509167A; KR20000018266A; CN1216615A; BR9708883A; AU719746B2; DE69723320D1; WO1997041465A1; US5840405A; ES2197994T3; KR100294097B1; CN1150408C; TW344803B; HK1019933A1; EP1015915B1; AU2438797A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine retroreflektierende Würfeleckenbahn, die glitzert, wenn sie Licht ausgesetzt wird.
Hintergrund
Eine retroreflektierende Bahn ist durch ihre Fähigkeit gekennzeichnet, erhebliche Mengen von einfallendem Licht zurück zu der Lichtquelle zu reflektieren. Diese besondere Fähigkeit wurde durch den breit gestreuten Einsatz von retroreflektierenden Bahnen auf Verkehrszeichen, Barrieren, Verkehrspylonen, Kleidern und anderen Elementen gefördert, die nachts sichtbar sein müssen. Eine retroreflektierende Bahn verbessert die Auffälligkeit der Artikel, auf welchen die Bahn angeordnet ist, insbesondere zur Nachtzeit.
Eine allgemein übliche retroreflektierende Bahn verwendet eine Anordnung von Würfeleckenelementen um Licht zu retroreflektieren. 1 und 2 veranschaulichen ein Beispiel einer derartigen retroreflektierenden Bahn, welche insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Anordnung von Würfeleckenelementen 12, ragt aus einer ersten oder hinteren Seite eines Körperabschnittes 14 hervor, der eine Körperschicht 18 (im Fachgebiet auch als eine Deckschicht bezeichnet) enthält, und auch eine Landschicht 16 enthalten kann. Licht tritt in die Würfeleckenbahn durch die vordere Oberfläche 21 ein; passiert dann den Körperabschnitt 14 und trifft auf die ebenen Flächen 22 der Würfeleckenelemente 12, um in die Richtung zurückzukehren, aus welcher es, dargestellt durch den Pfeil 23, gekommen ist.
2 stellt die Rückseite der Würfeleckenelemente 12 dar, wobei jedes Würfeleckenelement 12 in der Form eines Triederprismas vorliegt, das drei freiliegende ebene Flächen 22 aufweist. Die Würfeleckenelemente 12 in bekannten Anordnungen sind im allgemeinen durch drei Sätze paralleler V-förmiger Rillen 25, 26 und 27 definiert. Benachbarte ebene Flächen 22 auf benachbarten Würfeleckenelementen 12 in jeder Rille bilden einen äußeren Flächenwinkel (ein Flächenwinkel ist der zwischen zwei sich schneidenden Ebenen ausgebildete Winkel). Dieser äußere Flächenwinkel ist entlang jeder Rille in der Anordnung konstant. Dieses war der Fall für eine Vielfalt von früher hergestellten Würfeleckenanordnungen (einschließlich denen, die in den im nächsten Absatz angeführten Patenten offenbart sind).
Die ebenen Flächen 22, die jedes einzelne Würfeleckenelement 12 definieren, sind im allgemeinen senkrecht zueinander, wie in der Ecke eines Raumes. Der interne Flächenwinkel – d. h., der Winkel zwischen den Flächen 22 auf jedem einzelnen Würfeleckenelement in der Anordnung – beträgt typischerweise 90°. Dieser Innenwinkel kann jedoch etwas von 90° abweichen, wie es im Fachgebiet bekannt ist; siehe U.S. Patent Nr. 4,775,219 für Appeldorn et al. Obwohl der Scheitel 24 jedes Würfeleckenelementes 12 vertikal zu der Mitte seiner Basis ausgerichtet sein kann (siehe beispielsweise U.S. Patent Nr. 3,684,348) kann der Scheitel auch von der Mitte aus verschoben oder verkantet sein, wie es in dem U.S. Patent Nr. 4,558,258 an Hoopman offenbart ist. Weitere Würfeleckenkonfigurationen sind in den U.S. Patenten Nr. 5,138,488, 4,066,311, 3,923,378, 3,541,606 und Re 29,396 offenbart.
Obwohl bekannte retroreflektierende Würfeleckenbahnen in einer Vielfalt von Konfigurationen vorkommen, die eine sehr effektive Nachtzeit-Retroreflektion bereitstellen, und somit eine sehr effektive Nachtzeit-Auffälligkeit, wiesen bekannte retroreflektierende Bahnen im allgemeinen eine etwas eingeschränkte Auffälligkeit unter Tageszeit-Lichtbedingungen auf. Dieses beruht darauf, weil unter Tagezeit-Lichtbedingungen das retroreflektierte Licht nicht leicht von dem Umgebungslicht zu unterscheiden ist. Somit wurden weitere Maßnahmen Zur Verbesserung der Tageszeitauffälligkeit ergriffen, einschließlich der Hinzufügung von fluoreszierenden Farbstoffen auf die retroreflektierende Bahn, – siehe U.S. Patente Nr. 5, 387, 458 und 3, 830, 682. Oder es wurden, wie in dem U.S. Patent Nr. 5,272,562 für Coderre offenbart, weiße opake Pigmentpartikel vor den Würfeleckenelementen verteilt. Obwohl die derzeit bekannten Techniken sehr effektiv für die Verbesserung der Tageszeitauffälligkeit einer retroreflektierenden Bahn sind, besitzen sie den Nachteil des Erfordernisses der Hinzufügung einer weiteren Zutat nämlich eines Farbstoffes oder Pigmentes, um die verbesserte Auffälligkeit zu erzielen.
Retroreflektierende Artikel, welche eine Anordnung von Würfeleckenelementen mit einem variierendem Flächenwinkel aufweisen, sind in EP-A-0 342 958, US-A-3 873 184 oder WO-A-95/11471 beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt wie in den Ansprüchen beschrieben einen neuen und völlig anderen Lösungsansatz zur Verbesserung der Tageszeitauffälligkeit einer retroreflektierenden Bahn bereit. Anstelle einer Verwendung eines fluoreszierenden Farbstoffs oder von hellen Pigmenten, wie es nach dem Stand der Technik gemacht wurde, verbessert die vorliegende Erfindung die Auffälligkeit, indem sie die Würfeleckenbahn mit einem Glitzereffekt versieht, der die Aufmerksamkeit eines Betrachters auf sich zieht. Kurz gesagt, ist die Erfin dung eine retroreflektierende Bahn, die eine Anordnung von Würfeleckenelementen enthält, die in der Anordnung so angeordnet sind, daß sie die Bahn glitzern lassen, wenn Licht darauf fällt. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, ist der Glitzereffekt in der Bahn unabhängig davon erkennbar, ob ein Versiegelungsfilm mit der Anordnung von Würfeleckenfilmen verbunden ist oder nicht.
Die Begriffe "Glitzereffekt", "Glitzereffekte". oder "Glitzern" werden hierin in der Bedeutung einer Vielfalt diskreter Lichtbereiche verwendet, die an bestimmten Lichtpunkten auftreten, wovon jeder durch das bloße Auge eines normalen Betrachters wahrgenommen werden kann, wenn das Licht auf die Bahn einfällt, wobei aber die Lichtpunkte verschwinden oder für das Auge des Betrachters nicht mehr erkennbar werden, wenn entweder der Winkel der einfallenden Lichtquelle auf die Bahn, der Betrachtungswinkel, die Orientierung der Bahn oder eine Kombination davon verändert werden. Einige Lichtpunkte können beispielsweise, in der Farbe violett erscheinen, während andere orange, grün, gelb oder in irgendeiner von den anderen Farben des sichtbaren Spektrums erscheinen können.
In einigen Ausführungsformen kann der Glitzereffekt sowohl von den Vorder- als auch von den Rückseiten der Bahn gesehen werden, wenn Licht entweder auf die Vorder- oder Rückseite auftrifft. Der Glitzereffekt ist insbesondere bei einer Betrachtung unter Sonnenlicht erkennbar. Der Glitzereffekt kann von der Vorderseite bei einem Betrachtungswinkel von –90° bis +90° von einem Einfallswinkel aus gesehen werden, der sich senkrecht (0°) zu einer ebenen Probe erstreckt. Bahnen der Erfindung können auch glitzern, wenn sie von der Rückseite bei –90° bis +90° von einem senkrechten oder 0°-Einfallswinkel aus betrachtet werden. Selbst wenn der Einfallswinkel gegenüber einer Linie senkrecht zu der Bahn ver schoben ist, kann der Glitzereffekt auch bei allen Betrachtungswinkeln erkennbar sein. Wenn eine Probe um 360° gedreht wird, kann das Glitzern kontinuierlich gesehen werden. Während der Drehung verschwinden einige Lichtpunkte, aber andere erscheinen. Dieses stellt einen breiten Winkelbereich bereit, über welchen ein kontinuierliches Ein/Aus-"Blinken" aus verschiedenen Würfelecken erfolgt, was zu dem Phänomen des Glitzereffekts führt. Bahnen der Erfindung können im wesentlichen unter allen möglichen Beleuchtung- und Betrachtungswinkeln in allen Kombinationen glitzern.
Das Glitzern verbessert die Tageslichtauffälligkeit, und kann in einem gewissen Umfang auch dessen Nachtzeit-Auffälligkeit verbessern. Das Glitzern verleiht der retroreflektierenden Bahn auch ein ästhetisches Aussehen, und kann für die Erzeugung von graphischen Bildern, wie z. B. Produktidentifikatoren, nützlich sein. Diese Vorteile und weitere werden vollständiger nachstehend in der detaillierten Beschreibung der Erfindung beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen ist:
1 eine Schnittansicht einer herkömmlichen retroreflektierenden Bahn 10.
2 eine Unterseitenansicht der in 1 dargestellten retroreflektierenden Bahn 10.
3 eine isometrische Ansicht eines Würfeleckenelementes 30, das in der retroreflektierenden Bahn der Erfindung verwendet werden kann.
4 eine Unterseitenansicht einer retroreflektierenden Bahn 60 gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 eine Schnittansicht des retroreflektierenden Bahn 60 entlang Linien 5-5 von 4.
6 eine Unterseitenansicht der retroreflektierenden Bahn 60, welche Scheitel- und Rillenüberschneidungshöhen aus einer Bezugsebene aus darstellt.
7 eine Schnittansicht einer retroreflektierenden Bahn 60 entlang Linien 7-7 von 5.
8 eine Schnittansicht eines retroreflektierenden Produktes 61 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Versiegelungsfilm 63, der auf der Rückseite der retroreflektierenden Bahn 60 befestigt ist.
9 eine Vorderansicht des retroreflektierenden Produktes 61, welche ein Versiegelungsmuster darstellt, das dazu verwendet werden kann, hermetisch versiegelte Kammern 65 (8) hinter den Würfeleckenelementen 30 (8) zu erzeugen.
10 eine Sicherheitsweste 69, die glitzernde retroreflektierende Produkte 61 der vorliegenden Erfindung auf ihrer Außenoberfläche 70 angeordnet aufweist.
11 eine schematische Ansicht, wie eine glitzernde retroreflektierende Bahn gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, indem eine retroreflektierende Bahn 10 Wärme und/oder Druck in einer Laminierungsvorrichtung 71 ausgesetzt wird.
12 eine schematische Ansicht eines alternativen Verfahrens zum Aussetzen einer retroreflektierenden Bahn 10 an Wärme und/oder Druck, um eine glitzernde retroreflektierende Bahn 60 gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
13 eine Draufsicht auf eine Form 79, die zum Erzeugen einer glitzernden retroreflektierenden Bahn gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
14 eine schematische Ansicht einer zweiten Technik zur Herstellung einer retroreflektierenden Bahn 60 gemäß der vorliegenden Erfindung durch Gießen der Bahn aus einer Form 79.
15 eine Vorderansicht einer bebilderten retroreflektierenden Bahn 101, die glitzernde und nicht-glitzernde Bereiche 102 bzw. 103 aufweist.
16a eine Seitenansicht eines Einsatzes 104a, der zum Erzeugen eines Bildes in einer glitzernden Bahn verwendet werden kann.
16b eine Seitenansicht eines Einsatzes 104b, der zum Erzeugen eines Bildes in einer glitzernden Bahn verwendet werden kann.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine retroreflektierende Bahn bereitgestellt, die einen Glitzereffekt unter Tageszeit-Lichtbedingungen sowie unter Nachtzeit- oder retroreflektierenden Bedingungen (obwohl in einem nicht so erkennbaren Umfang) bereitstellen kann. Der Glitzereffekt kann die Bahn mit einer guten Tageszeithelligkeit („brightness") bzw. Leuchtdichte ("lightness"), gemessen nach dem standardisierten Test ASTM E 1349-90, versehen, wobei die Helligkeit durch den Lumineszenzfaktor Y (LFY) ausgedrückt wird. Klare, farblose Bahnen der Erfindung können einen LFY-Wert von 38 oder größer und sogar 55 oder größer zeigen. Natürlich können sich die LFY-Werte abhängig von der Farbe der Glitzerbahn unterscheiden. Ferner kann der LFY-Wert abhängig von dem in der glitzernden Bahn vorhandenen Grad an Textur oder Muster höher sein. Die durch ASTM E 1349-90 (0/45° oder 45/0°) vorgegebene Meßgeometrie schließt die Detektion erheblicher Helligkeitsanteile aufgrund von Glitzern aus, da glitzernde Bahnen große Mengen des Lichtes in Winkeln reflektieren, die nicht detektiert werden. Die Bahn kann wenigstens etwa 10 und bevorzugt wenigstens etwa 50 Lichtpunkte pro Quadratzentimeter (cm²) zeigen, wenn die Bahn unter direktem Sonnenlicht betrachtet wird. Typischerweise sind weniger als 250 Lichtpunkte pro cm² vorhanden, wenn sie unter direktem Sonnenlicht betrachtet wird. Das Glitzern wird nicht durch Einbau von Metallpartikeln oder Schuppen bzw. Flocken in eine Bahn oder Beschichtung erreicht, wie es üblicherweise auf dem Gebiet des Glitzerns erfolgt – siehe z. B. U.S. Patente Nr. 5, 470, 058, 5, 362, 374, 5, 276, 075, 5, 202, 180, 3, 988, 494, 3,987,229, 3,697,070, 3,692,731 und 3,010845 – sondern wird stattdessen durch einen vollständig anderen und neuen Lösungsansatz, nämlich durch Orientierung von Würfeleckenelementen in einer neuen geometrischen Anordnung erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser neuen geometrischen Anordnung weist wenigstens ein Satz paralleler Rillen in einer Anordnung der Würfeleckenelemente Flächen von benachbarten Würfeleckenelementen auf, die so angeordnet sind, daß der zwischen den Flächen ausgebildete äußere Flächenwinkel entlang wenigstens einer Rille in dem Satz variiert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform variiert der äußere Flächenwinkel zwischen benachbarten Würfeln in allen Rillen in einem solchen Ausmaß, daß die Würfel zufällig über der gesamten Anordnung gekippt sind. Was mit "zufällig gekippt" gemeint ist, ist das, daß die Würfel in der Bahn in einem sich nicht wiederholenden Muster in Bezug auf eine Bezugsebene gekippt sind, welche die vordere Oberfläche der retroreflektierenden Bahn sein kann, wenn diese flach ausgelegt ist. Ein Würfel wird als "gekippt" betrachtet, wenn seine optische Achse nicht senkrecht zu der Bezugsebene ist. Die "optische Achse" wird üblicherweise als die Innenlinie verstanden, die sich von dem Würfelscheitel aus erstreckt und gleiche Winkel mit jeder Würfelkante bildet, die sich von dem Scheitel aus erstreckt. Mit anderen Worten, die optische Achse ist die Linie, die durch den Schnittpunkt der drei Ebenen definiert wird, die jede eine von den drei internen Flächenwinkeln halbieren, die durch die drei ebenen Flächen des Würfeleckenelementes ausgebildet werden. Alle bereits früher bekannt retroreflektierenden Bahnen hatten die Würfeleckenelemente in einem vorbestimmten Wiederholungsmuster über der Anordnung angeordnet. Wenn man sich eine bekannte Würfeleckenbahn als eine Armee denkt, die im Rhythmus in strenger Formation marschiert, wäre eine zufällig orientierte Bahn eine betrunkene Armee, in welcher jedes Würfeleckenelement einen einzelne Soldaten repräsentiert, die torkeln und möglicherweise gegeneinander fallen, während sie marschieren.
3 veranschaulicht ein Würfeleckenelement 30, das in retroreflektierenden Bahnen der Erfindung (60, 4) sowie in Bahnen nach dem Stand der Technik (10, 1) nützlich ist. Gemäß Darstellung ist ein Würfeleckenelement 30 ein Körper, der drei wechselseitig senkrechte Flächen 31a, 31b und 31c besitzt, die sich an dem Scheitel 34 des Elementes treffen. Die Basiskanten 35 des Würfeleckenelementes sind im allgemeinen gerade und liegen im allgemeinen in nur einer Ebene, welche die Basisebene 36 des Elementes 30 definiert. Das Würfeleckenelement 30 besitzt auch eine zentrale oder optische Achse 37, welche der Trisektor der Innenwinkel ist, die durch die Seitenflächen 31a, 31b und 31c definiert werden. Die optische Achse kann senkrecht zu der Basisebene 36 angeordnet sein, oder sie kann, wie es in dem U.S. Patent Nr. 4,588,258 für Hoopman und in dem U.S. Patent Nr. 5,138,488 für Szczech beschrieben ist, verkantet sein. Eine Retroreflektion kann auftreten, wenn auf die Basisebene 36 einfallendes Licht intern von einer ersten Seitenfläche 31a zu einer zweiten Fläche 31b und dann zu einer dritten Fläche 31c und dann zurück durch die Basis 36 hindurch zu der Lichtquelle reflektiert wird. Zusätzlich zur Definition einer einzelnen Würfelecke durch eine dreiseitige Pyramide mit einer dreiseitigen Basis ebene, wie sie beispielsweise in dem Hoopman-Patent offenbart ist, können die Würfeleckenelemente durch eine rechtwinklige Basis, zwei rechtwinklige Seiten und zwei Dreieckseiten so definiert sein, daß jede Struktur zwei Würfelecken jede so aufweist, wie sie beispielsweise in dem U.S. Patent Nr. 4,938,563 für Nelson et al. offenbart sind, oder kann im wesentlichen jede andere Würfeleckenform sein (siehe ebenfalls U.S. Patent Nr. 4,895,428 für Nelson et al.).
4 stellt die strukturierte Oberfläche oder Rückseite einer Würfeleckenbahn 60 dar, die eine unitäre oder einzelne Schicht einer Anordnung von Würfeleckenelementen 30 wie den in 3 dargestellten Elemente aufweist. Jedes Würfeleckenelement 30 trifft ein benachbartes Würfeleckenelement an einer Basiskante 35, ist aber nicht notwendigerweise damit verbunden. Die Anordnung weist drei Sätze von im allgemeinen parallelen Rillen 45, 46 und 47 auf. Die äußeren Flächenwinkel (α 5) zwischen den Flächen 31 von benachbarten Würfeleckenelementen 30 variieren entlang der Rillen 45–47 in der Anordnung. Die Würfeleckenelemente in der Anordnung sind zufällig gekippt, weshalb der Scheitel 34 eines Würfels, wie z. B. des Würfels 30a relativ nahe an einem anderen Scheitel wie z. B. einem Würfel 30b sein kann, wobei aber der Scheitel des Würfels 30b dann von einem anderen benachbarten Scheitel weiter weg sein kann, wie z. B. dem Scheitel des Würfels 30c.
5 veranschaulicht auch die Position eines Würfelscheitels in Bezug auf einen anderen und stellt zusätzlich dar, wie die Basiskanten 35 des Würfels nicht in derselben gemeinsamen Ebene liegen. Der Basiskante 35 eines Würfels kann näher oder weiter weg von der Vorderseitenoberfläche 51 der retroreflektierenden Bahn 60 als die Basiskanten anderer benachbarter Würfeleckenelemente sein. Und in einem einzelnen Würfel können die Punkte auf einer ihrer Basiskanten 35 näher oder weiter von der Vorderseitenoberfläche 51 als Punkte auf einer anderen Basiskante 35 in demselben Würfel entfernt sein. Die Basiskanten 35 definieren den tiefsten Punkt der Rillen 45–47 – und da die Kanten 35 nicht alle in derselben Ebene liegen, weisen die Rillen einen variierenden Abstand entlang ihres Verlaufes auf. Wenn die Würfeleckenbahn eine Land- bzw. Verbindungsschicht 56 besitzt, ist diese ebenfalls nicht gleichmäßig von der Vorderseitenoberfläche 51 entfernt. Wenn die Würfeleckenelemente gekippt sind, sind die Basisebenen 36 (3) von jedem Würfeleckenelement nicht parallel, und sie liegen nicht in derselben Ebene. Viele von den Basisebenen liegen auch nicht in derselben Ebene wie die Vorderseitenoberfläche 51 – d. h., die Basisebenen sind nicht parallel zu der Vorderseitenoberfläche 51 der Bahn, wenn die Bahn flach auf eine Oberfläche gelegt ist.
Würfeleckenelementbahnen wurden hergestellt, in welchen einige von den Basisebenen der Elemente nicht parallel zu der Vorderseitenoberfläche der Bahn liegen, wenn die Bahn flach ausgelegt ist. Derartige Bahnen hatten jedoch die Anordnung der Würfeleckenelemente in bestimmten Bereichen durch Aufsiegeln eines Films auf die Rückseite der Anordnung (wie es beispielsweise nachstehend unter Bezugnahme auf die 8 und 9 diskutiert wird) oder durch die Erzeugung von Blasen (U.S. Patent Nr. 5,485,311 für McAllister) gestört oder neu angeordnet. Die Versiegelungslinie und die Blasen verschieben die Vorderseitenoberfläche der Bahn und die Orientierung der Würfeleckenelemente in der Anordnung. Für die Zwecke dieser Erfindung ist eine Bahn nicht als "flach ausgelegt" in denjenigen Bereichen zu betrachten, in welchen die Bahn durch Versiegelungslinien gestört ist (Element 64, 8 und 9) oder Blasen (24 des '311-Patentes). Die Basisebenen 36 (3) in den Bahnen der Erfindung können in Winkeln von 0 bis 90° aus der Bezugsebene oder der Vorderseitenoberfläche versetzt sein, wenn die Bahn flach ausliegt. Die Basisebenen, die in Bezug auf die Vorderseitenoberfläche der Bahn gekippt sind, wenn diese flach ausliegt, bilden typischerweise einen Winkel von 1 bis 10° zu der Vorderseitenoberfläche.
5 stellt ebenfalls den äußeren Flächenwinkel α dar, der den Winkel zwischen den Flächen 31 (4) von benachbarten Würfeleckenelementen 30 definiert. Der Winkel α kann entlang einigen oder allen Rillen in nur einem im allgemeinen parallelen Rillensatz variieren, er kann entlang einigen oder allen Rillen in zwei im allgemeinen parallelen Rillensätzen variieren, oder er kann entlang einigen oder allen Rillen in allen drei im allgemeinen parallelen Rillensätzen in der Anordnung variieren. In einer Anordnung zufällig gekippter Würfeleckenelemente variiert der Winkel α zufällig zwischen benachbarten Flächen benachbarter Würfeleckenelementen im wesentlichen über die gesamte Anordnung, die glitzern soll. Der Winkel α kann von 0° bis 180° variieren, jedoch in mittleren Bereichen von etwa 35 bis 115° für Flächenwinkel zwischen Flächen von benachbarten Würfeln.
6 stellt einige typische Abstände von Scheiteln 34 und Rillenschnittpunkten von der Vorderseitenoberfläche der Bahn (5) aus dar. Das Würfeleckenelement in der oberen linken Ecke der Anordnung besitzt einen Scheitel, der 350 μm von der Vorderseitenoberfläche 51 entfernt ist. Der vierte Würfel von der oberen linken Ecke aus besitzt jedoch eine Scheitelhöhe von 335 μm. Es besteht somit eine Differenz in der Scheitelhöhe von 15 μm zwischen Würfeln, die ziemlich nahe beieinander liegen. Die Würfeleckenelemente besitzen typischerweise eine mittlere Höhe von etwa 20 bis 500 μm, noch typischer von etwa 60 bis 200 μm. Für Würfeleckenelemente, die etwa 60 bis 200 μm hoch sind, ist die Veränderung in der Höhe zwischen benachbarten Scheiteln typisch etwa 0 bis 60 μm und typisch etwa 1 bis 40 μm im Mittel, und noch typischer 5 bis 25 μm im Mittel, überschreitet aber bevorzugt nicht mehr als 50 μm im Mittel. Die Höhenveränderung zwischen benachbarten Rillenschnittpunkten für derartige Würfel ist typischerweise etwa 0 bis 100 μm und typischerweise etwa 3 bis 50 μm im Mittel, überschreitet aber bevorzugt nicht mehr als 60 μm im Mittel. Für die Zwecke dieser Erfindung sind die "Basistäler" als die Überschneidungspunkte der V-förmigen Rillen in der Würfeleckenanordnung definiert.
Die Körperschicht 58 (5) im Körperabschnitt 54 (5) besitzt typischerweise eine mittlere Dicke von angenähert 20 bis 1200 μm und bevorzugt etwa 50 bis 400 μm. Die optionale Landschicht 56 (5) wird bevorzugt auf einer minimalen Dicke von 0 bis weniger als etwa 100 μm gehalten.
In der in den 4 bis 6 dargestellten Würfeleckenanordnung sind die Rillensätze 45, 46 und 47 als parallel verlaufend dargestellt. Es liegt jedoch innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung, daß die Rillen für denselben Satz nicht parallel sind. Einige Rillen können parallel sein und andere nicht. Einige Rillen können parallel zu benachbarten Rillen desselben Rillensatzes in Bereichen der Bahn verlaufen, können aber auch Pfade überkreuzen oder diese gleichen Rillen überlappen. In derartigen Fällen können sich Würfelelemente übereinander stapeln. Solange zwei oder mehr Rillen vorliegen, die sich in dieselbe allgemeine Richtung angenähert parallel erstrecken, werden diese Rillen als "im allgemeinen parallel" unabhängig davon betrachtet, ob die Rillen an irgendeinem anderen Punkt Pfade überkreuzen, überlappen, konvergieren oder divergieren.
7 stellt Würfeleckenelemente geschnitten durch eine Ebene dar, die parallel zu der Vorderseitenoberfläche 51 (5) der retroreflektierenden Bahn ist. Wie dargestellt schneidet die Ebene die Würfeleckenelemente so, daß sie Dreiecke 62 mit unterschiedlichen Querschnittsflächen erzeugt.
Einige Würfel können in einem derartigen Ausmaß gekippt sein, daß die Schnittebene nur durch eine Spitze des Würfels verläuft, was zu einem kleinen dreieckigen Querschnitt führt, – während, ein Würfel der aufrecht steht, so geschnitten werden kann, daß sich das Dreieck, das sich aus dem Querschnitt ergibt, relativ groß ist. Somit können, obwohl die Würfelelemente in der Anordnung von ähnlicher Größe sein können, diese aufgrund der Art, in welcher die Würfel in Bezug auf eine Bezugsebene gekippt sind, Dreiecke mit zufälligen Größen erzeugen, wenn sie wie beschrieben geschnitten werden.
8 stellt ein retroreflektierendes Produkt 61 dar, das einen Versiegelungsfilm 63 über der Rückseite der Würfeleckenelemente 30 angeordnet hat. Der Versiegelungsfilm ist mit der Körperschicht 58 der Bahn 60 über die Schicht der Würfeleckenelemente 30 über eine Vielzahl von Versiegelungslinien 64 verbunden. Das Verbindungsmuster erzeugt eine Vielzahl von hermetisch versiegelten Kammern 65, welche eine Würfel/Luft-Schnittstelle aufrecht erhalten und verhindern, daß Feuchtigkeit und Schmutz die Rückseite der Würfeleckenelemente berührt. Die Aufrechterhaltung der Würfel/Luft-Schnittstelle ist notwendig, um einen Retroreflektionsverlust zu verhindern.
Der Versiegelungsfilm kann mit der retroreflektierenden Bahn unter Verwendung bekannter Techniken verbunden werden; siehe beispielsweise U.S. Patent Nr. 4,025,159. Versiegelungstechnikbeispiele umfassen Hochfrequenzschweißen, Wärmeschmelzen, Ultraschallschweißen und Kleberverbindung. Wenn ein Versiegelungsfilm auf die Rückseite einer retroreflektierenden Bahn aufgebracht wird, muß der Zusammensetzung und den physikalischen Eigenschaften des Versiegelungsfilms erhebliche Aufmerksamkeit geschenkt werden. Der Versiegelungsfilm muß in der Lage sein, sich fest mit der Bahn zu verbinden, und er sollte keine Komponenten enthalten, welche nachteilig die Retroreflektion oder das Aussehen des retroreflektierenden Produktes beeinträchtigen. Beispielsweise sollte der Versiegelungsfilm keine Komponenten enthalten, die auslaugen könnten (z. B. Farbstoffe), so daß sie die Rückseite der Würfeleckenelemente berühren. Der Versiegelungsfilm weist typischerweise ein thermoplastisches Material auf, da derartige Materialien von sich selbst aus zum Verschmelzen mittels relativ einfacher und allgemein üblicher Wärmetechniken führen.
Hochfrequenz-("HF")-Schweißen erzielt eine Versiegelung unter Verwendung von Hochfrequenzenergie, die das Polymer erwärmt. Wenn ein Hochfrequenzfeld auf ein thermoplastisches Polymer mit polaren Gruppen angelegt wird, bestimmt die Tendenz der polaren Gruppen ihre Orientierung mit der Funkfrequenz umzuschalten, das Maß, mit welcher HF-Energie absorbiert und in kinetische Bewegung umgewandelt wird. Die kinetische Energie wird als Wärme dem gesamten Polymermolekül zugeführt, und wenn genügend HF-Energie angelegt wird, erwärmt sich das Polymer ausreichend, um zu erweichen. Detaillierte Diskussionen des HF-Schweißens können in der U.S. Patentanmeldung 08/472,444 eingereicht am 7. Juni 1995 und in dem Artikel "RF Welding and PVC and Other Thermoplastic Compounds" by J. Leighton, T. Brantley, and E. Szabo ANTEC 1992, pp. 724–728 gefunden werden.
Ein Versiegelungsfilm kann auch an der retroreflektierenden Bahn durch Wärmeschmelzung befestigt werden, welche das Aneinanderpressen von thermoplastischen Materialen zwischen erwärmten Formen oder Andruckplattenoberflächen beinhaltet. Der Kontakt formt die gewünschten Versiegelungsmuster. Während die erwärmten Form- oder Andruckplattenoberflächen die thermoplastischen Materialien zusammenpressen, schmelzen die Polymerbereiche die in Kontakt stehen und die Polymermoleküle fließen zusammen, während sie heiß sind, und bilden eine Schmelzverbindung nach dem Abkühlen.
Eine Alternative zu Hochfrequenzschweiß- und Wärmeschmelzverfahren ist Ultraschallschweißen. Ultraschallschweißen ist eine Technik, in welchem zwei Materialien zwischen einem Horn und einem Amboß miteinander verbunden werden. Das Horn schwingt mit Ultraschallfrequenzen (üblicherweise in dem Bereich von etwa 20000 bis 40000 Hz). Druck wird auf die Würfeleckenbahn und den Versiegelungsfilm aufgebracht und die Schwingungsenergie wird als Wärme dissipiert. Die Reibungswärme erweicht die Polymermoleküle um eine Schmelzverbindung zwischen der Bahn und dem Film zu erzeugen. Das Horn und der Amboß werden so positioniert, daß sie Wärme in dem Bereich lokalisieren, wo die Bindung erwünscht ist. Die Wärmelokalisierung stellt die Erweichung und Schmelzung der Verbindungsmaterialien in sehr kleinen Bereichen sicher, was wiederum dazu beiträgt, die Beschädigung des umgebenden Materials aufgrund von Wärmeaussetzung zu minimieren.
Amorphe Materialien, welche breite Erweichungsbereiche aufweisen, können besser mit Ultraschall verbunden werden als kristalline Materialien, da die ersteren zu einer effektiveren Dissipierung von Reibungswärme neigen. Beispiele von Materialien, welche gute bis ausgezeichnete Ultraschallgeschweißte Verbindungen ergeben, umfassen Nylon, Polycarbonat, weichgemachtes Poly(vinylchlorid) (PVC), Polystyrol, thermoplastisches Polyester, Polypropylen, und Acrylharze. Polyethylen und Fluorpolymere sind Beispiele von Materialien die gute bis schlechte Ultraschallschweißungen bilden.
Ultraschallschweißen ist empfindlich gegenüber anderen Faktoren einschließlich plastischen Schwankungen von Los zu Los, Formungsparameterveränderungen, Feuchtigkeitsabsorption, Formlöseschmiermitteln, Füllern, wiedergemahlener Rohmasse, Flammhemmern, Pigmenten und Weichmachern. Bezug ist auf die nachstehenden Artikel zu nehmen: "Heating and Bonding Mechanism in Ultrasonic Welding of Thermoplastic" by M. N. Tolunay, P. R. Dawson, und K. K. Wang in Polymer Engineering and Science, September 1983, Band 23, Nr. 13, S. 726; "Update on Welding: More Science, Less Art" by M. Rogers in Plastics Technology, June 1981, S. 56–62; "Ultrasonic Welding" in Engineering Materials and Design, April 1981, S. 31–34.
Eine Kleberverbindung kann erreicht werden, indem ein Kleber auf die Rückseite einer Würfeleckenbahn als Schicht aufgebracht wird und dann der Versiegelungsfilms mit der kleberbeschichteten Bahn in Kontakt gebracht wird. Alternativ kann der Versiegelungsfilm mit einem Kleber beschichtet werden, bevor er mit der Würfeleckenbahn verbunden wird. Eine Kleberbeschichtung kann im wesentlichen in jedem gewünschten Muster derart erfolgen, daß die Bereiche die nicht mit Kleber beschichtet sind, retroreflektierende Zellen 65 gemäß Darstellung in 8 ausbilden. Der Kleber kann auch über einer reflektierenden Beschichtung aufgebracht werden, die auf der Rückseite der Würfeleckenbahn aufgebracht ist. Siehe U.S. Patent 5,376,431 für Rowland bezüglich einer Beschreibung einer Kleberverbindung.
Wenn die glitzernde Bahn stückweise versiegelt wird, wird die Hochfrequenztechnik bevorzugt, da der Prozeß im allgemeinen als ein "Schritt und Wiederholungsprozeß" durchgeführt wird, der mit der Versiegelung einzelner Elemente kompatibel ist. Wenn die glitzernde Bahn kontinuierlich von Walzen aus durchgeführt wird, wird das Ultraschallschweißen bevorzugt, da dieser Prozeß leicht als ein kontinuierliches Verfahren ausgeführt werden kann.
9 stellt ein Beispiel eines Versiegelungsmusters dar, welches verwendet werden kann, um ein retroreflektierendes Produkt 61 zu erzeugen. Gemäß Darstellung liegt das retroreflektierende Produkt 61 in der Form eines Streifens vor, der eine Längenabmessung hat, die im wesentlichen die Breitenabmessung überschreitet. Verbindungslinien 64a und 64b sind entlang den Längskanten der Bahn 61 angeordnet, um eine Delamination des Versiegungsfilms 63 (8) zu verhindern. Seitlich nach innen von den Verbindungslinien 64a und 64b versetzt befinden sich Verbindungslinien 64c und 64d, welche parallel zu den Verbindungslinien 64a und 64b verlaufen. Zwischen den Verbindungslinien 64c und 64d erstrecken sich Verbindungslinien 64e, die nicht parallel zu den Längsrändern der Bahn sind. Die Verbindungslinien 64c, 64e definieren eine Anzahl vollständig eingeschlossener geometrischer Muster 67, welche die hermetisch versiegelten Kammern 65 definieren, die in 8 dargestellt sind. Die Fläche der geometrischen Muster 67 kann abhängig beispielsweise von der Breite des Produktes 61 variieren, liegt aber typischerweise bei 0,5 bis 30 cm², typischer bei etwa 1 bis 20 cm².
Das retroreflektierende Produkt 61 gibt es typischerweise in Größen von etwa 1,27 cm (1/2 Inch) bis 7,6 cm (3 Inch) Breite. Typische Breiten sind 1,27 cm (1/2 Inch) Breite, 1,9 cm (3/4 Inch) Breite, 2, 54 cm (1 Inch) Breite, 3, 5 cm (1 3/8 Inch) Breite, 3,28 cm (1 ½ Inch) Breite, 5,08 cm (2 Inch) Breite oder 7 cm (2 ¾ Inch) Breite. Die Längen des Produktes 61 können typischerweise bis zu 100 m betragen, wobei das Produkt in Rollenform geliefert wird.
Platten aus retroreflektierenden Produkten, welche Versiegelungsfilme darauf angeordnet haben, können ebenfalls erzeugt werden. Plattengrößen können beispielsweise 200 cm² bis 1000 cm² sein. Die gesamte Fläche innerhalb der Platte oder bestimmte ausgewählte Bereiche innerhalb dieser können glitzern.
In einem typischen retroreflektierenden Produkt 61 zeigt im wesentlichen die gesamte Fläche innerhalb des eingeschlossenen geometrischen Musters den Glitzereffekt, wobei jeder Lichtpunkt mit der Nummer 68 bezeichnet ist. Falls gewünscht können bestimmte geometrische Muster den Glitzereffekt zei gen, während andere dies nicht tun. Beispielsweise ist es möglich, daß man dreieckige Muster 67 hat, welche zwischen Glitzern und Nicht-Glitzern wechseln. Es ist ferner möglich, glitzernde Abschnitte oder Bilder innerhalb jedes geometrischen Musters, wie nachstehend im Detail beschrieben, zu erzeugen. Obwohl der Glitzereffekt typischerweise nicht erkennbar oder deutlich erkennbar innerhalb jeder Versiegelungslinie ist, da die Würfeleckenelemente in der Versiegelungslinie typischerweise untergehen, ist der Glitzereffekt "im wesentlichen außerhalb" der Versiegelungslinien sehr gut erkennbar. D. h., der Glitzereffekt kann in einem Abstand hinaus, wo Wärme und/oder Druck von dem Versiegelungsvorgang die Würfeleckenelemente in der Anordnung beeinflussen, erkennbar sein. Typischerweise beeinträchtigt eine Versiegelungsoperation, die Wärme und/oder Druck verwendet, die Würfeleckenelemente in einem Abstand größer als 2 mm und typischer 5 mm oder mehr von einer Versiegelungslinie weg nicht. Die Bahnen der Erfindung sind in der Lage, über eine Fläche von Würfeleckenelementen unabhängig davon zu glitzern, ob ein Versiegelungsfilm mit der Rückseite der Würfeleckenelementanordnung verbunden ist.
Anstelle von (oder möglicherweise zusätzlich zu) einem Versiegelungsfilm 63 kann eine reflektierende Beschichtung, wie z. B. eine spiegelnd reflektierende Metallbeschichtung auf der Rückseite der Würfeleckenelemente angeordnet sein, um die Retroreflektion zu fördern; siehe beispielsweise, die U.S. Patente 5,272,562 für Coderre und 5,376,431 für Rowland und in WO 93/14422. Die metallische Beschichtung kann mittels bekannter Techniken, wie z. B. Dampfabscheidung oder chemischer Abscheidung eines Metalls wie z. B. Aluminium, Kupfer, Silber oder Nickel, aufgebracht werden. Anstelle einer metallischen Beschichtung kann eine Schicht aus dielektrischem Material auf die Rückseite der Würfeleckenelemente aufgebracht werden, siehe beispielsweise U.S. Patente 4,763,985 und 3,700,305 für Bingham.
Obwohl das Aufbringen einer Metallbeschichtung auf der Rückseite der Würfeleckenelemente die Tageszeit-Leuchtdichte der Bahn reduzieren kann, kann der Glitzereffekt die Reduzierung aufwiegen. Metallbeschichtete glitzernde Proben können LFY-Helligkeitswerte von wenigstens 10 und sogar größer als 25 zeigen.
10 stellt ein Beispiel eines Kleidungsartikels dar, auf welchem das retroreflektierende Produkt 61 der Erfindung angeordnet sein kann. Der Kleidungsartikel kann eine Sicherheitsweste 69 sein, die glitzernde retroreflektierende Produkte 61 auf ihrer Außenoberfläche 70 befestigt hat. Weitere Westen, welche retroreflektierende Produkte der Erfindung zeigen, sind beispielsweise in den U.S. Patenten 5,478,628, Des. 281,028, und Des. 277,808 dargestellt. Beispiele weiterer Kleidungsartikel, auf welche die retroreflektierenden Produkte der Erfindung aufgebracht werden können, umfassen Hemden, Pullover, Jacken, Mäntel, Hosen, Schuhe, Socken, Handschuhe, Gürtel, Hüte, Anzüge, einteilige Körperbekleidungsstücke, Beutel, Rucksäcke, Helme usw.. Der Begriff "Kleidungsartikel" bedeutet somit, wie er hierin verwendet wird, jeden Artikel der so bemessen und konfiguriert ist, daß er von einer Person angezogen oder getragen werden kann und einen retroreflektierenden Artikel auf seiner Außenoberfläche darstellen kann.
Die erfindungsgemäßen Würfeleckenbahnen können gemäß zwei Techniken hergestellt werden. In der ersten Technik wird eine retroreflektierende glitzernde Würfeleckenbahn hergestellt, indem eine erste Würfeleckenbahn bereitgestellt wird, welche die Würfel in einer herkömmlichen Konfiguration angeordnet hat, nämlich in einer nicht-zufälligen Orientierung und indem diese Bahn Wärme, Druck oder einer Kombination von beiden ausgesetzt wird. In der zweiten Technik wird eine Form erzeugt, die ein Negativ einer Würfeleckenbahn der Erfindung ist. Diese Form kann dann verwendet werden, um glitzernde retroreflektierende Bahnen zu erzeugen. Ein Verfahren zur Herstellung glitzernder retroreflektierender Bahnen ist in der U.S. Patentanmeldung 08/641,129 mit dem Titel "Method of Making Glittering Retroreflective Sheetings", eingereicht am selben Tag wie diese Anmeldung, beschrieben.
Wenn die erste Technik angewendet wird, wird zuerst eine retroreflektierende Bahn erzeugt oder anderweitig erhalten, welche Würfeleckenelemente in einer geordneten Konfiguration angeordnet hat. Es gibt viele Patente, welche retroreflektierende Bahnen offenbaren, die geordnete Anordnungen von Würfeleckenelementen aufweisen: Siehe beispielsweise die U.S. Patente 5,236,751, 5,189,553, 5,175,030, 5,138,488, 5,117,304, 4,938,563, 4,775,219, 4,668,558, 4,601,861, 4,588,258, 4,576,850, 4,555,161, 4,332,847, 4,202,600, 3,992,080, 3,935,359, 3,924,929, 3,811,983, 3,810,804, 3,689,346, 3,684,348 und 3,450,459. Geordnete Würfeleckenanordnungen können gemäß einer Anzahl bekannter Verfahren einschließlich derjenigen, die in den im vorstehenden Satz zitierten Patenten offenbart sind, hergestellt werden. Weitere Beispiele sind in den U.S. Patenten: 5,450,235, 4,601,861, 4,486,363, 4,322,847, 4,243,618, 3,811,983, 3,689,346 und in der U.S. Patentanmeldung 08/472,444 eingereicht am 7. Juni 1995 offenbart.
Bevorzugt sind die Würfeleckenelemente, welche in der nicht-zufällig orientierten Ausgangsbahn verwendet werden, aus Materialien hergestellt, die härter als die Materialien sind, die in dem Körperabschnitt, insbesondere in der Körperschicht verwendet werden. Eine Auswahl derartiger Materialien, ermöglicht ein Kippen der Würfeleckenelemente ohne deutlich die Form jedes einzelnen Würfels zu verzerren, wenn die Bahn bestimmten Mengen von Wärme und/oder Druck ausgesetzt wird. Die Wärme, der Druck oder beides, die auf die Bahn aufgebracht werden, sollten ausreichen, um die Anordnung deutlich gegenüber ihrer geordneten Konfiguration zu verändern. Mit einer sehr weichen Körperschicht kann Druck alleine, d. h. Druck oberhalb des Atmosphärendrucks oder Wärme alleine, nämlich Wärme größer als die Erweichungstemperatur, ausreichen, um die Anordnung gegenüber einer geordneten Konfiguration zu verändern.
Eine retroreflektierende Würfeleckenbahn, welche harte Würfel und eine weichere Körperschicht besitzt, ist in dem U.S. Patent Nr. 5,450,235 für Smith et al. offenbart. Wie in diesem Patent beschrieben, enthält der Körperabschnitt eine Körperschicht, die ein lichtdurchlässiges polymerisches Material aufweist, das einen Elastizitätsmodul von weniger als 7 × 10⁸ Pascal besitzt. Die Würfeleckenelemente andererseits enthalten ein leichtes durchlässiges polymerisches Material, das einen Elastizitätsmodul größer als 16 × 10⁸ Pascal aufweist. Die U.S. Patentanmeldung Ser. Nr. 08/472,444 offenbart ebenfalls eine Anzahl von Materialien, welche verwendet werden können, um Würfeleckenbahnen gemäß dieser Erfindung herzustellen. Diese Patentanmeldung spezifiziert, daß der Elastizitätsmodul der Würfeleckenelemente wenigstens um 1 × 10⁷ Pascal größer als der Elastizitätsmodul für die Körperschicht ist, und daß deren Würfeleckenelemente aus Materialien bestehen, die einen Elastizitätsmodul größer als etwa 2,0 × 10⁸ Pascal (bevorzugt größer als etwa 25 × 10⁸ Pascal) aufweisen, und daß die Körperschicht oder die Deckschicht aus Materialen bestehen kann, die bevorzugt einen Elastizitätsmodul kleiner als 13 × 10⁸ Pascal haben. Wenn eine Würfeleckenbahn bestehend aus Materialien mit diesen angegebenen Elastizitätsmodulwerten bestimmten Mengen an Wärme oder Druck ausgesetzt wird, erweicht sich die Körperschicht, was den Würfeln ermöglicht sich als Reaktion auf den Druck zu bewegen und somit in Bezug auf die Vorderseitenoberfläche der Bahn gekippt zu werden. Wenn ein derartiger Aufbau verwendet wird, wird die Landschicht (56, 7) Idealerweise auf einer minimalen Dicke gehalten (beispielsweise weniger als 10 Prozent der Würfeleckenelementhöhe) und bevorzugt auf einer Dicke von Null, so daß sich die Würfel leicht entlang ihrer Basiskanten kippen können. Aus diesem Grunde wird es auch in dieser Erfindung bevorzugt, daß die Würfeleckenelemente entlang ihrer Basiskanten gebrochen werden, wie es in der U.S. Patentanmeldung Ser. Nr. 08/139,914 eingereicht am 20. Oktober 1993 und in der U.S. Patentanmeldung Ser. Nr. 08/472,444 eingereicht am 7. Juni 1995 offenbart ist.
Der Elastizitätsmodul kann gemäß einem standardisierten Test ASTM D 882-75b unter Verwendung des statischen Wiegeverfahrens A mit einer Anfangsgrifftrennung von 12,7 cm (5 Inch), einer Probenbreite von 2,54 cm (1 Inch) und einem Grifftrenner mit einer Rate von 2,54 cm (1 Inch) pro Minute ermittelt werden. Unter bestimmten Umständen kann das Polymer so hart und spröde sein, daß es schwierig ist, diesen Test für eine genaue Bestimmung des Moduls anzuwenden (obwohl zweifelsfrei bekannt ist, daß er größer als ein bestimmter Wert ist). Wenn das ASTM-Verfahren nicht vollständig geeignet ist, kann ein weiterer als "Nanoindentation Technique" bekannter Test verwendet werden. Dieser Test kann unter Verwendung einer Micrometer-Indentor-Vorrichtung wie z. B. UMIS 2000 erhältlich von CSIRO Division of Applied Physics, Institute of Industrial technology of Lindfield, New South Wales, Australia ausgeführt werden. Unter Verwendung dieser Art Vorrichtung kann die Eindringtiefe einer pyramidenförmigen Berkowich-Diamantindentors mit einem Konuseinschlußwinkel von 65° als eine Funktion der aufgebrachten Kraft bis zu der maximalen Belastung gemessen werden. Nachdem die maximale Be lastung aufgebracht worden ist, darf sich das Material in elastischer Weise gegen den Indentor relaxieren. Es wird üblicherweise angenommen, daß der Gradient des oberen Abschnittes der Entlastungsdaten als linear proportional zu der Kraft vorgefunden wird. Eine Sneddon-Analyse liefert eine Beziehung zwischen der Eindruckskraft und plastischen und elastischen Komponenten der Eindringtiefe (Sneddon I. N. Int. Eng. Sci. 3, S. 47–57 (1965)). Aus einer Überprüfung der Sneddon-Gleichung kann der Elastizitätsmodul in der Form E/(1 – v²) ermittelt werden. Die Berechnung verwendet die Gleichung: E/(1 – v2) = (dF/dhe)Fmax1/(3,3hpmax)tan(θ))wobei: v das Poisson-Verhältnis der getesteten Probe ist;
(dF/dh_e) der Gradient des oberen Teils der Entlastungskurve ist;
F_max die maximal aufgebrachte Kraft ist;
h_pmax die maximale plastische Eindringtiefe ist;
θ der halb-eingeschlossene Konuswinkel des Berkovich pyramidenförmigen Indentors ist; und
E der Elastizitätsmodul ist.
Es kann erforderlich sein, die Ergebnisse der Nano-Indentationstechnik auf das ASTM-Verfahren zurück zu korrelieren.
11 stellt dar, wie eine glitzernde Würfeleckenbahn unter Verwendung von Wärme und/oder Druck in einem Losprozeß herzustellen ist. Unter Anwendung dieser Technik kann eine retroreflektierende Würfeleckenbahn, die eine geordnete Anordnung von Würfeleckenelementen enthält, wie z. B. die Bahn 10 in einer Plattenpresse oder einem Laminator 71, der erste und zweite Druckaufbringungsoberflächen 72 und 74 aufweist, plaziert werden. Der Laminator kann beispielsweise die von Hix Corporation of Pittsburg, Kansas erhältliche Wärmeübertragungsmaschine Hix Modell N-800 sein.
Ein Hix N-800 Laminator besitzt eine erste Druckaufbringungsoberfläche 72, die aus Metall besteht, und die auf Temperaturen bis zu 260°C (500°F) aufgeheizt werden kann. Die zweite Druckaufbringungsoberfläche 74 ist eine unbeheizte Gummimatte. In Betrieb können zwei Lagen Ablösepapier 76 optional zwischen den zwei Oberflächen 72 und 74 und der Würfeleckenbahn 10 angeordnet werden. Ein Träger 78 (wie z. B. ein aus Polyester bestehender) kann auf der Vorderseitenoberfläche 71 der Würfeleckenbahn angeordnet sein. Der Träger 78 ist ein Nebenprodukt des Prozesses, der zum Herstellen der Bahn 10 verwendet wird (siehe beispielsweise U.S. Patentanmeldung 08/472,444 bei der dessen 4 beschreibenden Diskussion, wobei der Träger durch das Bezugszeichen 28 bezeichnet ist) und kann optional darauf verbleiben, bis die Würfeleckenelemente durch die Aussetzung an Wärme und/oder Druck neu angeordnet sind.
Wenn die geordnete nicht-glitzernde Würfeleckenbahn und das optionale Ablösepapier 76 in der Wärmelaminationsmaschine gemäß Darstellung in 11 angeordnet sind, wird die Maschine so aktiviert, daß sich die Druckaufbringungsoberflächen 72 und 74 aufeinander zu bewegen und die geordnete Würfeleckenbahn bei einer gewünschten Temperatur und Druck für eine vorbestimmte Zeit halten. Falls gewünscht kann das untere Ablösepapier 76 in 11 weggelassen werden, und das Muster oder Bild der unteren, unbeheizten Oberfläche 74 der Wärmelaminierungsmaschine kann auf die retroreflektierende Bahn in einem glitzernden Muster übertragen werden. Anstelle einer Laminationsmaschine kann ein Vakuumformer – wie z. B. eine Scotchlite^TM Wärmelampen-Aufbringevorrichtung, erhältlich von Dayco Industries, Inc., Miles, Michigan; P.M. Black Co., Stillwater, Minnesota; und Converting Technologies, Inc., Goodard, Kansas – verwendet werden.
Der Betrag der auf die Würfeleckenbahn 10 aufgebrachten Wärme und/oder des Druckes kann abhängig von den Materialien variieren, aus welchen die Würfeleckenbahn besteht. Es wurde bei dieser Erfindung entdeckt, daß dann, wenn polymerische Materialien mit einem Elastizitätsmodul von etwa 10 × 10⁸ bis 25 × 10⁸ Pascal in den Würfeleckenelementen 12 verwendet werden (und eine optionale Landschicht 16) und ein polymerisches Material mit einem Elastizitätsmodul von etwa 0,05 × 10⁸ bis 13 × 10⁸ Pascal in der Körperschicht 18 verwendet wird, die Würfeleckenbahn bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 150 bis 205°C (300 bis 400°F) erwärmt wird, und etwa 7 × 10⁴ bis 4,5 × 10⁵ Pascal (10 bis 60 psi) Druck auf den Artikel ausgeübt werden. Insbesondere wird, wenn Würfeleckenelemente verwendet werden, welche aus 1,6-Hexandioldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Bisphenol-A-Epoxyddiacrylat in einem Verhältnis von 25 Teilen zu 50 Teilen zu 25 Teilen bestehen, und ein Gewichtsprozent (auf der Basis des Harzgewichtes) Darocur^TM 4265 Photoinitiator (Ciba Geigy) enthalten, und einen Elastizitätsmodul von etwa 16 × 10⁸ bis 20 × 10⁸ Pascal besitzen und die Körperschicht aus einem weichgemachten Poly(vinylchlorid)-Film mit einem Elastizitätsmodul von 0,2 × 10⁸ bis 1 × 10⁸ Pascal besteht, die Würfeleckenbahn bevorzugt Temperaturen von etwa 160 bis 175°C (320 bis 348°F) und Drücken von etwa 1,4 × 10⁵ bis 2,8 × 10⁵ Pascal (20 bis 40 psi) ausgesetzt. Durch die Verwendung von Polymeren, die einen relativ hohen Elastizitätsmodul besitzen, beispielsweise größer als 16 × 10⁸ Pascal wird nämlich die Geometrie jedes Würfels, nämlich dessen internen Flächenwinkel im allgemeinen innerhalb von ein paar Graden beibehalten.
In 12 ist ein kontinuierliches Verfahren für die Aufbringung von Wärme und/oder Druck auf eine retroreflektierende Bahn 10 zum Erzeugen einer glitzernden Bahn 60 dargestellt. In diesem Verfahren wird die retroreflektierende Bahn 10, mit dem optionalen Trägerfilm 78 darauf angeordnet, durch den von Walzen 77 und 77' ausgebildeten Spalt geführt. Gemäß Darstellung befinden sich die Würfeleckenelemente 12 in einer nicht-zufälligen geordneten Konfiguration bevor sie der Wärme und/oder dem Druck aus den Walzen 77 und 77' ausgesetzt werden, sind aber nach dem Verlassen der Walzen zufällig gekippt, und die zwischen benachbarten Würfeleckenelementen ausgebildeten Flächenwinkel variieren entlang jeder Rille in der Anordnung. Die Basisebenen der Würfeleckenelemente verbleiben ebenfalls nicht in derselben allgemeinen Ebene. Die Bahn 60, welche die Rollen verläßt, kann einen Glitzereffekt erzeugen, während die Würfeleckenbahn 10, welche nicht ausreichenden Beträgen von Wärme und/oder Druck ausgesetzt wurde, einen derartigen Effekt nicht erzeugen kann. Die Beträge von Wärme und/oder Druck, die in diesen kontinuierlichen Verfahren verwendet werden, können ähnlich den in den Losverfahren für ähnliche Ausgangsmaterialien sein. Wenn Wärme angewendet wird, kann entweder eine oder beide Walzen 77 und 77' auf die Temperatur erwärmt werden, die zum Ändern der Würfelkonfiguration ausreicht.
In der zweiten Technik zur Erzeugung einer glitzernden retroreflektierenden Würfeleckenbahn kann eine Form verwendet werden, die ein Negativ einer glitzernden Würfeleckenbahn ist. Eine derartige Form kann aus einer glitzernden retroreflektierenden Würfeleckenbahn hergestellt werden, welche mittels der vorstehend beschriebenen ersten Technik produziert wird. D. h. die strukturierte Oberfläche oder Rückseite einer Anordnung von beispielsweise zufällig-gekippten Würfeleckenelementen kann als ein Muster zur Erzeugung der Form verwendet werden. Dieses kann beispielsweise durch Abscheidung geeigneter Formmaterialien auf der Rückseite einer Anordnung von zufällig-gekippten Würfeleckenelementen und durch Zulassen einer Härtung der Formmaterialien in dieser Lage er reicht werden. Die Bahn mit zufällig-gekippten Würfelecken, die als das Muster verwendet wird, kann dann von der neu erzeugten Form getrennt werden. Die Form ist dann in der Lage, Würfeleckenbahnen zu erzeugen, die glitzern.
Als ein alternatives Verfahren zum Erzeugen einer Form kann ein Diamantwerkzeug verwendet werden, um die Anordnung der Würfeleckenelemente zu formen. Dieses kann erreicht werden, indem beispielsweise eine Anzahl von Diamantschneidewerkzeugen verwendet wird, wobei jedes Werkzeug in der Lage ist, die Rille zu schneiden, welche einen von den gewünschten Flächenwinkeln zwischen benachbarten Würfeleckenelementen erzeugt. Die Rillentiefe und der Winkel zwischen benachbarten Würfeleckenelementflächen in jeder einzelnen Rille wird durch das Profil des Diamantschneidewerkzeuges bestimmt, das zum Schneiden des Formmaterials verwendet wird.
Zum Herstellen einer Form mit Würfeleckenelementen mit variierenden Flächenwinkeln zwischen Flächen benachbarter Würfeleckenelemente entlang der Rille ist es erforderlich, ein Diamantschneidwerkzeug zu positionieren, das in der Lage ist, den ersten gewünschten Flächenwinkel zu schneiden, dieses in das Formmaterial einzuführen und den Rillenabschnitt zu schneiden, der sich von einem Rillenschnittpunkt zu den benachbarten Rillenschnittpunkt erstreckt. Das Werkzeug wird dann aus dem Formmaterial entfernt und das Diamantschneidwerkzeug wird durch ein Werkzeug ersetzt, das in der Lage ist, den nächsten gewünschten Flächenwinkel entlang der Rille zu schneiden. Das neu gewählte Werkzeug wird dann in der zuwachsenden Rille so nahe wie möglich an der Stelle positioniert, wo das erste Schneidwerkzeug das Schneiden beendet hat. Das Schneiden der Rille wird dann mit dem zweiten Schneidwerkzeug fortgesetzt, bis der nächste Rillenschnittpunkt erreicht ist. Das zweite Schneidwerkzeug wird dann aus dem Formmaterial entfernt und durch ein Schneidwerkzeug er setzt, das den dritten gewünschten Flächenwinkel schneiden kann, zum Vorbereiten des Schnittes des nächsten Rillenabschnittes. Dieser Prozeß wird über die Länge der Rille fortgesetzt. Nach der Fertigstellung der ersten Rille kann die nächste oder benachbarte Rille in derselben Weise unter Verwendung verschiedener Schnittwerkzeuge und inkrementeller Schnitte geschnitten werden, bis die gewünschte Anzahl paralleler oder im allgemeinen paralleler Rillen fertig gestellt ist.
Nachdem der erste Satz von Rillen fertig gestellt ist, wird das Diamantschneidwerkzeug so eingestellt, daß der zweite Satz von parallelen Rillen so geschnitten werden kann, daß er sich mit dem ersten Satz überschneidet und variierende Flächenwinkel zwischen benachbarten Würfeleckenflächen enthält. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis die gewünschte Anzahl von Sätzen von im allgemeinen parallelen Rillen in das Formmaterial geschnitten ist.
Eine Form kann auch unter Verwendung von Stiftbündelungstechniken erzeugt werden. Durch Stiftbündelungstechniken hergestellte Formen werden durch gemeinsames Anordnen einzelner Stifte hergestellt, welche jeweils einen Endabschnitt aufweisen, der mit Merkmalen eines retroreflektierenden Würfeleckenelementes geformt ist. Das U.S. Patent Nr. 3,632,695 für Howell und das U.S. Patent Nr. 3,926,402 für Heenan et al. offenbart Veranschaulichungsbeispiele für die Stiftbündelung. Mehrere Stifte werden typischerweise so geformt, daß sie eine optisch aktive Oberfläche auf dem einen Ende haben, das in einem schiefen Winkel zu der Längsachse des Stiftes angeordnet ist. Die Stifte werden miteinander gebündelt, um eine Form mit einer strukturierten Oberfläche zu erzeugen, in welcher sich die optischen Oberflächen kombinieren, um die Würfeleckenelemente auszubilden. Die Form kann zum Ausbilden einer retroreflektierenden Bahn oder zur Erzeugung weiterer Formen, welche in der Herstellung von Würfeleckenbahnen nützlich sind, verwendet werden. Die Stifte können so angeordnet werden, daß die Flächenwinkel zwischen den optischen Flächen benachbarter Würfeleckenelemente variieren. Ein Vorteil in Verbindung mit Stiftbündelungstechniken besteht darin, daß der Flächenwinkel in nur einem Rillensatz, oder in zwei oder in mehr Rillensätzen variiert werden kann. Die Stifte können auch so konfiguriert werden, daß im allgemeinen keine parallelen Rillen vorliegen und/oder so, daß die Würfeleckenelemente keine Ebenen besitzen, die parallel zueinander sind, wenn die sich ergebende Bahn flach ausliegt. Stiftbündelung kann somit eine zusätzliche Flexibilität bei der Erzeugung glitzernder retroreflektierender Bahnen bereitstellen.
13 stellt eine Form 79 dar, die ein Negativ von einer Anordnung von Würfeleckenelementen ist, die eine glitzernde retroreflektierende Bahn bilden. Die Form (im Fachgebiet auch als Werkzeug bezeichnet) kann daher drei Sätze von im allgemeinen parallelen V-förmigen Rillen 85, 86 und 87 besitzen, und die ebenen Flächen 81 von benachbarten Würfeleckenelementen 80 können Flächenwinkel bilden, die in der Abmessung entlang jeder Rille in der Formanordnung variieren. Beispielsweise bilden in der Rille 86a die Flächen 81a und 81b benachbarter Würfelecken 80a und 80b einen engeren Flächenwinkel α (5) als die Flächen 81c und 81d der Würfel 80c und 80d. Die Form kann im wesentlichen dieselbe sein wie die Anordnung von Würfeleckenelementen der Erfindung mit der Ausnahme daß sie ein Negativ davon ist, und da sie kein Licht durchlassen oder verformbar sein muß, kann sie aus einem opaken Material bestehen, das relativ inflexibel ist, wie z. B. Metall. Eine für die Erzeugung von glitzernden retroreflektierenden Bahnen der Erfindung nützliche Form ist in der U.S. Patentanmeldung 08/640,383 mit dem Titel "hold for Producing Glittering Cube-Corner Retroreflective Sheetings" eingereicht an demselben Tag wie diese Anmeldung", beschrieben.
14 stellt schematisch dar, wie ein strukturierter Artikel, der glitzern und Licht retroreflektieren kann, aus einer Form 79 geformt werden kann, welche zum kontinuierlichen Erzeugen einer Glitzerbahn 60 angepaßt ist. Das Verfahren enthält eine allgemein als 90 bezeichnete Vorrichtung zum Gießen und Härten einer Schichtkörperbahn 60. Gemäß Darstellung wird die Körperschicht 58 von einer Rolle 92 zu einer Spaltwalze 93, wie z. B. einer gummibeschichteten Walze, hin abgezogen. Bei der Walze 93 kommt die Körperschicht 58 mit einer geeigneten Harzformulierung 94, welche zuvor auf eine endlos strukturierte Form 79 auf einer Walze (oder auf einen anderen geeigneten Endlosträger der eine Schleife bildet, wie z. B. ein Riemen) mittels einer Beschichtungsdüse 96 aufgebracht wurde, in Kontakt. Das überschüssige Harz 94, das sich über die Würfeleckenelemente 80 hinaus erstreckt, kann minimiert werden, indem die Spaltwalze 93 auf einen Abstand eingestellt wird, der effektiv kleiner als die Höhe der Würfelecken formenden Elemente der Form 79 ist. Ruf diese Weise stellen mechanische Kräfte an der Grenzfläche zwischen der Spaltwalze 93 und der Form 79 sicher, daß sich eine minimale Menge an Harz 94 oberhalb der Formelemente 80 erstreckt. Abhängig von ihrer Flexibilität kann die Körperschicht 58 optional von einem geeigneten Trägerfilm 78 unterstützt werden, welcher eine strukturelle und mechanische Integrität für die Körperschicht 58 während des Gießens und Härtens bereitstellt, und welcher von der Körperschicht 58 abgezogen wird, nachdem die Bahn aus der Form 79 bei der Rolle 98 entfernt wird. Die Verwendung eines Trägerfilms 78 wird für Körperschichten 58 mit niedrigem Modul bevorzugt.
Das in 14 dargestellte Verfahren kann in der Weise geändert werden, daß das Harz 94 zuerst auf die Körperschicht 58 aufgebracht wird, statt daß es zuerst auf der Form 79 abgeschieden wird. Diese Ausführungsform für einen kontinuierlichen Prozeß ist in der U.S. Patentanmeldung 08/472,444 unter Bezugnahme auf deren 5 diskutiert.
Gemäß Darstellung in 14 kann die Harzzusammensetzung, welche die Anordnung von Würfeleckenelementen erzeugt, in einem oder mehreren Schritten gehärtet werden. Strahlungsquellen 99 setzen das Harz einer aktinischen Strahlung wie z. B. ultraviolettem Licht oder sichtbaren Licht, abhängig von der Art des Harzes in einem primären Härtungsschritt, aus. Die aktinische Strahlung aus der Quelle 99 bestrahlt das Harz durch die Schicht 58 hindurch – und bedingt somit die Voraussetzung, daß die Körperschicht 58 Strahlung hindurchläßt, um das Stattfinden einer Härtung zu ermöglichen. Alternativ kann die Härtung durch eine Bestrahlung durch die Form 79 hindurch ausgeführt werden – wenn die verwendete Form ausreichend transparent ist, um die ausgewählte Strahlung hindurch zu lassen. Eine Härtung sowohl durch das Werkzeug als auch durch die Körperschicht hindurch kann ebenfalls ausgeführt werden.
Die primäre Härtung kann die Würfeleckenelemente vollständig härten, oder kann die Harzzusammensetzung teilweise in einem Umfang härten der ausreicht, um dimensionsstabile Würfeleckenelemente zu erzeugen, welche keine weitere Unterstützung der Form 79 mehr benötigen. Die Bahn 60 kann dann aus der Form 79 entfernt werden, wobei die Würfeleckenelemente 30 der Bahn freigelegt werden. Eine oder mehrere sekundäre Härtungsbehandlungen 100, ausgewählt in Abhängigkeit von der Art des Harzes, können dann angewendet werden, um die Anordnung von Würfelelementen vollständig zu härten und die Bindung zwischen der Anordnung der Würfeleckenelemente und der Körperschicht zu verstärken. Dieser zweigleisige Härtungsansatz kann eine optimierte Verarbeitung und Materialauswahl ermöglichen. Beispielsweise kann eine Bahn, bestehend aus ei ner Körperschicht, die einen Ultraviolettabsorber enthält (um größere Dauerbeständigkeit und Wetterfestigkeit zu verleihen), durch Anwenden einer primären Härtungsbehandlung mit sichtbarem Licht durch die lichtdurchlässige Körperschicht hindurch, und dann durch Entfernen der Bahn von der Form 79 bei der Walze 98 und Anwendung einer zweiten Härtungsbehandlung 100 mit Ultraviolettstrahlung an den freigelegten Würfeleckenelementen hergestellt werden. Ein derartiger zweigleisiger Ansatz kann eine schnellere Gesamtproduktion ermöglichen.
Der Umfang des zweiten Härtungsschrittes hängt von einer Anzahl von Variablen ab, unter anderem von der Geschwindigkeit der Durchführung der Materialien, der Zusammensetzung des Harzes, der Art der Vernetzungsinitiatoren, die in der Harzformulierung verwendet werden, und von der Geometrie der Form. Im allgemeinen erhöhen schnellere Zuführungsgeschwindigkeiten die Wahrscheinlichkeit, daß mehr als ein Härtungsschritt benötigt wird. Die Auswahl der Härtungsbehandlungen hängt zum großen Teil von dem spezifischen Harz ab, das für die Erzeugung der Würfeleckenelemente verwendet wird. Eine Elektronenstrahlhärtung könnte ebenfalls beispielsweise anstelle von aktinischer Strahlung verwendet werden.
Thermisch härtende Materialien können ebenfalls verwendet werden, wenn eine glitzernde retroreflektierende Bahn aus einer Form der Erfindung hergestellt wird. In diesem Falle wird die Form auf eine Temperatur erwärmt, welche ausreicht um die Entwicklung einer ausreichenden Kohäsion in dem neu geformten glitzernden Würfeleckenmaterial zu erzeugen, um dessen Entfernung von der Form ohne Beschädigung der physikalischen oder optischen Eigenschaften der neu geformten Bahn zu ermöglichen. Die ausgewählte Temperatur ist eine Funktion des thermisch härtenden Harzes. Eine thermische Härtung kann beispielsweise erzielt werden, indem das Harz durch die Erwär mung der Form erwärmt wird, oder indem die glitzernde Bahn durch indirekte Einrichtungen erwärmt wird. Kombinationen dieser Verfahren können ebenfalls angewendet werden. Indirekte Erwärmung beinhaltet Verfahren wie z. B. Erwärmung mit Lampen, Infrarot- oder anderen Wärmequellen-Glühfäden, oder irgendeinem anderen geeigneten Verfahren. Die Form kann auch in einem Ofen oder in einer anderen Umgebung untergebracht werden, die auf der Temperatur gehalten wird, die für das ausgewählte thermisch härtende Harz erforderlich ist.
Nachdem die glitzernde retroreflektierende Bahn aus der Form entfernt worden ist, kann sie weiter durch Aussetzung an Wärme aus einem Ofen oder an eine andere beheizte Umgebung behandelt werden. Eine derartige anschließende Wärmebehandlung kann die physikalischen oder anderen Eigenschaften der Bahn an einen bestimmten gewünschten Zustand anpassen, reaktive Prozesse in der Bahn vervollständigen oder flüchtige Substanzen wie z. B. Lösungsmittel, nicht-ausreagierte Materialien oder Nebenprodukte des thermischen Härtungssystems entfernen.
Wärmehärtende Harze können auf die Form als Lösungen oder als reine Harzformulierungen aufgebracht werden. Harze können entweder auch reaktiv extrudiert oder im geschmolzenen Zustand auf die Form extrudiert werden. Verfahren zur thermischen Härtung nach der Aufbringung der Harze auf die Form und jede anschließende Aussetzung der Bahn an Wärme kann unabhängig von der Aufbringung des thermisch härtenden Harzes auf die Form erfolgen.
Ein Vorteil der aus thermisch härtenden Materialien hergestellten glitzernden retroreflektierenden Bahn in einer Form, besteht darin, daß sowohl die Würfeleckenelemente 30 (3) als auch der Körperabschnitt 54 (5) aus derselben Substanz hergestellt werden können, welche auf die Form in nur einem Vorgang aufgebracht werden kann. Eine Folge die ses Aufbaus ist die, daß die Bahn gleichmäßige Materialien und Eigenschaften durch die Bahn hindurch aufweisen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, das Aufbauten dieses Typs keine Aufbringung einer getrennten Körperschicht wie in 14 dargestellt erfordern.
Zusätzlich zu Härtungsbehandlungen kann die Bahn auch wärmebehandelt werden, nachdem sie aus der Form entfernt ist. Erwärmung dient zum Ausgleich von Spannungen, die sich in der Körperschicht oder in den Würfeleckenelementen entwickelt haben oder zum Austreiben nicht-ausreagierter feuchter Anteile und Nebenprodukte. Typischerweise wird die Bahn auf eine angehobene Temperatur erwärmt, wie z. B. über die Glasübergangstemperatur von Polymeren. Die Bahn kann nach einer Wärmebehandlung eine Zunahme in der retroreflektierenden Helligkeit zeigen.
Anstelle der vorstehenden Verfahren können glitzernde retroreflektierende Bahnen auch durch Prägen einer polymerischen Bahn über einer Form erzeugt werden, die Würfeleckenelemente besitzt, die gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Beispiele von Prägeverfahren sind in den U.S. Patenten: 5,272,562, 5,213,872, und 4,601,861 beschrieben.
Glitzernde retroreflektierende Bahnen, die Bilder darstellen, können ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
15 stellt einen retroreflektierenden Artikel 101 dar, der das Bild "ABC" zeigt. Das Bild 102 ist in diesem Falle durch einen retroreflektierenden glitzernden Bereich gekennzeichnet, während der Hintergrund 103 durch einen retroreflektierenden nicht-glitzernden Bereich gekennzeichnet ist. So wie hierin verwendet kann ein "Bild" jede Kombination von alphanumerischen Buchstaben oder anderen Zeichen sein, die in einem Kontrast zu dem Hintergrund stehen. Glitzernde mit Bildern versehene retroreflektierende Artikel, wie der Artikel 101 können wie nachstehend beschrieben hergestellt werden.
Eine bebilderte glitzernde Bahn kann in einer ersten Ausführungsform hergestellt werden, indem ein Material in der Form des gewünschten Bildes in die in 11 dargestellte Anordnung eingeführt wird. Dünnes Material in der Form des gewünschten Bildes, wie z. B. ein Einsatz 104 (104 bezieht sich im allgemeinen auf jeden geeigneten Einsatz einschließlich 104a und 104b von den 16a und 16b) in 11 kann zwischen den reflektierenden Würfeleckenelementen 30 und der optionalen unteren Ablöseschicht 76 plaziert werden. Die Bildmaterialien können beispielsweise ein beispielsweise aus Polyester bestehender Film sein. Der Einsatz 104 kann beispielsweise aus einer großen, glatten Bahn bestehen, aus welcher das gewünschte Bild ausgeschnitten wurde, um ein Negativbild in dem Einsatz auszubilden. Die Unterwerfung dieser Anordnung an Verarbeitungsbedingungen einer erhöhten Temperatur und/oder Druckes führt zu einer retroreflektierenden Bahn, die das gewünschte Bild als einen glitzernden Abschnitt auf einem Hintergrund trägt, der im wesentlichen nicht glitzert oder der nur einen geringen Glitzerwert aufweist. Wenn der Einsatz 104 in der Größe und Form des gewünschten Bildes vorliegt, führt die Unterwerfung der Bahn 10 unter erhöhte Temperatur und/oder Druck zu einem retroreflektierenden Bahnenmaterial, das ein nicht-glitzerndes Bild entsprechend dem Einsatz 104 auf dem glitzernden Hintergrund trägt. Eine bevorzugte Ausführungsform ist ohne die Abziehschicht 76.
Ein Einsatz 104 kann mit den Bild formenden Elementen in Kontakt mit freiliegenden Würfeleckenelementen 30 gemäß Darstellung in 11 plaziert werden oder auf der Oberseite der geordneten retroreflektierenden Bahn 10, wobei die Bild formenden Elemente 106 die optionale Polyesterfilmlage 78 o der direkt die Vorderseitenoberfläche 51 berühren. Alternativ kann eine geordnete Würfeleckenbahn 10 in den Laminator 71 eingelegt werden, wobei die Würfeleckenelemente 30 der erwärmten Laminatoroberfläche 72 gegenüberliegen, und die Vorderseitenoberfläche 51 (und der optionale Träger 78) einer unbeheizten Laminatoroberfläche 74 gegenüberliegen. Somit kann ein Bild formender Einsatz entweder über oder unter der Bahn angeordnet sein.
In 16a ist ein Bildeinsatz 104a dargestellt, der ein haltbares Material 105 aufweisen kann, das Vorsprünge 106 trägt, die aus der Oberfläche des Bahnmaterials 105 hervorstehen. In dieser Ausführungsform bilden die Vorsprünge 106 das gewünschte Bild. Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung ist eine flexographische Druckplatte. Wenn diese Art von Bild tragender Vorrichtung in der Anordnung von 11 so plaziert wird, daß die Bild formenden Vorsprünge 106 des Einsatzes 104a die freigelegten Würfelecken kontaktieren und die Anordnung einer erhöhten Temperatur und/oder Druck unterworfen wird, wird eine retroreflektierende Bahn erzeugt, die ein glitzerndes Bild auf einem im wesentlichen nicht-glitzerndem Hintergrund trägt.
Der Grad und der Umfang des Glitzerns kann durch die Prozeßbedingungen gesteuert werden. Beispielsweise führt die Verarbeitung mit einer flexographischen Druckplatte über kurze Zeit dauernd zu einem Bild, das nur an den Punkten glitzern kann, wo die Projektionen 106 direkt die Rückseite der Würfeleckenelemente 30 berühren. Nicht-Kontaktbereiche bleiben retroreflektierend und im wesentlichen nicht-glitzernd. Wenn die Verarbeitungszeit zunimmt, und wenn die Verarbeitungstemperatur zunimmt, erstreckt sich das Ausmaß des Glitzerns von den Kontaktpunkten der Vorsprünge 106 weg, und das sich ergebende Bild ändert sich allmählich von (a) einem Glitzern nur an Kontaktpunkten zu (b) einem glitzernden Bild auf einem glitzerndem Hintergrund, zu (c) zu einem nicht-glitzerndem Bild (wo die Würfelecken im wesentlichen aus den Kontaktbereichen gedrückt wurden) auf einem glitzernden Hintergrund.
In 16b ist ein Bildformungselement 104b dargestellt, das ein Trägermaterial 108 aufweisen kann, auf welchem ein durch Wärme übertragbares Material 110 in der Form und Größe des gewünschten Bildes abgeschieden wurde. Beispielsweise kann durch Wärme übertragbare Farbe 110 auf einem Trägerfilm 108 in der Form des zu übertragenden Bildes abgeschieden sein. Der das gewünschte Bild tragende Trägerfilm 108 wird als eine Einsatz 104 in einem Laminator 71 von 11 so eingelegt, daß die freigelegte Rückseite der Würfeleckenelemente 30 die Bildoberfläche 110 auf dem Trägerfilm 108 berührt. Die Anordnung wird den Verarbeitungsbedingungen von erhöhter Temperatur und/oder Druck unterworfen, und die sich ergebende retroreflektierende Bahn trägt ein nicht-retroreflektierendes Bild auf einem glitzernden retroreflektierenden Hintergrund.
Der Bild tragende Einsatz 104 in 11 kann auch ein großes Stück eines (nicht dargestellten) Stoffes oder eines anderen Materials sein, das ein Gesamtmuster oder eine Textur trägt. In dem Falle einer StoffEinsatz, wird das von der Einsatz getragene Bild von der Konfiguration des Stoffes abgeleitet. Zusätzlich kann das Bild auf der Bahn einem aus dem Stoff geschnittenen Bild entsprechen. Wenn eine StofftypEinsatz in Kontakt mit der freigelegten Rückseite der Würfeleckenelemente 30 plaziert und die Anordnung erhöhter Temperatur und/oder Druck unterworfen wird, trägt die sich ergebende retroreflektierende Würfeleckenbahn ein Gesamtbild, das glitzern kann, und das die Konfiguration oder Textur des Stoffes zeigt. Ferner kann die Textur oder Webart des Stoffes den Glitzereffekt in dem abgebildeten Bereich verstärken. Grobe Gewebe tendieren zu einer Verstärkung des Glitzerns. Falls gewünscht, kann die untere Ablösepapierschicht 76 in 11 vollständig entfernt werden, und das Muster oder Bild der unteren unbeheizten Oberfläche 74 der Wärmelaminationsmaschine kann auf die retroreflektierende Bahn in einem glitzernden Muster übertragen werden.
Es gibt eine große Bandbreite in der Herstellung von Bildern, indem die geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn mit einem Bildformungselement in Kontakt gebracht wird. Das Aussehen des Bildes hängt von den Prozeßbedingungen, dem Aufbau, aus welchen die bebilderte glitzernde Bahn gemacht ist, und der Größe, der Form und Materialien der Bildformungselemente ab. Der Grad des Glitzerns in bebilderten und nicht bebilderten Bereichen kann erfolgreich verändert werden, wenn eine oder mehrere von diesen Variablen verändert wird. Wenn das Bildformungselement 104 beispielsweise eine texturierte Oberfläche wie z. B. ein Stoff ist – wie z. B. ein gewebtes Polyestergitter – kann der Glitzereffekt erheblich im Vergleich zu der glitzernden Bahn verbessert werden, die ohne eine derartige texturierte Oberfläche hergestellt wird. Mikrophotographien einer Bahn mit verbessertem Glitzern zeigten einen wesentlich größeren Grad an Würfeleckenelement-Neuorientierung, einschließlich Gruppen von Würfeleckenelementen die sich übereinander stapelten, als eine Bahn, die ohne ein texturiertes Bildformungselement erzeugt wurde. Man glaubt, daß der verbesserte Glitzereffekt zu den zusätzlichen reflektierenden Pfaden in Beziehung steht, die für Licht verfügbar sind, das auf die übereinander gestapelten Würfeleckenelemente einfällt. Demzufolge gibt es einen allgemeinen Bereich von Erzeugungsfähigkeiten von glitzernden Bildern des Artikels der Erfindung, welcher erreicht werden kann, indem diese oder weitere Variablen verändert werden.
Eine retroreflektierende Bahn, welche den Glitzereffekt zeigen kann, welche entweder nach dem ersten oder zweiten vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, kann auch dazu gebracht werden, ein Bild zu tragen, indem direkt auf die Außenoberfläche 51 der Körperschicht 58 gedruckt wird. Wenn transparente Farben verwendet werden, sind der Glitzereffekt und die Retroreflektion durch das transparente Bild hindurch sichtbar und werden durch diese Farbe dominiert. Wenn opake Farben verwendet werden, werden die Retroreflektion und die Glitzereffekte nur in dem Bildbereich blockiert, wenn er von der Vorderseite der Bahn aus betrachtet wird. Transparente und opake Farben können auch auf der Rückseite der Würfeleckenelemente zum Erzeugen von Bildern plaziert werden.
Retroreflektierende Bahnen, welche glitzern und Bilder tragen können, können auch mittels der zweiten Technik direkt aus einer Form erzeugt werden. Im wesentlichen ist jedes Verfahren, das zur Herstellung von retroreflektierenden Bahnen verwendet wird, die glitzernde Bilder auf einem nicht-glitzernden Hintergrund oder nicht-glitzernde Bilder auf einem glitzernden Hintergrund gemäß der ersten Technik (11) zeigen, auch auf die zweite Technik (14) anwendbar. Wenn ein glitzerndes Bild auf einem glitzernden Hintergrund angeordnet ist, zeigen der bebilderte Bereich und der Hintergrund variierende Grade von Glitzern, so daß der bebilderte Bereich von dem Hintergrund unterscheidbar ist. Eine glitzernde retroreflektierende Bahn, die ein Bild zeigt, kann als ein Muster verwendet werden, auf welchem Formmaterialien abgeschieden und/oder gehärtet werden. Die Entfernung des strukturierten Bahnenmaterials deckt eine neu erzeugte Form auf, welche das auf dem Mustermaterial erzeugte Bild trägt. Die Verwendung derartiger Formen erzeugt eine Bahn, die in der Lage ist, Licht zu retroreflektieren und die den Glitzer effekt zeigt, und auch noch das Bild enthält, das auf die Originalbahn aufgebracht wurde, aus welcher die Form hergestellt wurde. Bilder, die direkt auf die freigelegte Rückseite der Würfeleckenelemente durch verschiedene Techniken gedruckt, abgeschieden oder ausgebildet wurden, können originalgetreu in dem Formherstellungsprozeß wiedergegeben werden. Bilder, die auf der Körperschicht 58 plaziert wurden können ebenfalls dazu führen, daß sie in dem Formherstellungsprozeß repliziert werden.
Lichtdurchlässige polymerische Materialien können zum Herstellen retroreflektierender Bahnen der Erfindung verwendet werden. Bevorzugt können die ausgewählten Polymere wenigstens 70 Prozent der Intensität des darauf einfallenden Lichtes bei einer gegebenen Wellenlänge hindurch lassen. Bevorzugter lassen die Polymere mehr als 80 Prozent durch und noch bevorzugter mehr als 90 Prozent des einfallenden Lichtes.
Für einige Anwendungen, insbesondere wenn ein glitzernder Artikel gemäß der ersten Technik hergestellt wird (d. h. unter Verwendung von Wärme und/oder Druck) sind die polymerischen Materialien, die in den Würfeleckenelementen verwendet werden, bevorzugt hart und starr. Die polymerischen Materialien können beispielsweise thermoplastische oder vernetzbare Harze sein. Der Elastizitätsmodul derartiger Polymere ist bevorzugt größer als etwa 10 × 10⁸ Pascal und bevorzugter größer als etwa 13 × 10⁸ Pascal.
Beispiele von thermoplastischen Polymeren, die in den Würfeleckenelementen verwendet werden können, umfassen Acrylpolymere, wie z. B. Poly(methylmethacrylat); Polycarbonate; Zellulosen, wie z. B. Zelluloseacetat, Zellulose(acetat-co-Butyrat), Zellulosenitrat; Epoxyde; Polyurethane; Polyester, wie z. B. Poly(butylenterephthalat), Poly(ethylenterephthalat); Fluorpolymere, wie z. B. Poly(chlorfluorethylen), Po ly(vinylidenfluorid); Polyvinylhalogenide, wie z. B. Poly(vinylchlorid) oder Poly(vinyilidenchlorid); Polyamides, wie z. B. Poly(caprolaktam), Poly(aminocapronsäure), Poly(hexamethylendiamin-co-Adipinsäure, Poly(amid-co-Imid), und Poly(ester-co-Imid); Ppolyetherketone; Poly(etherimid); Polyolefine, wie z. B. Poly(methylpenten); Poly(phenylenether); Poly(phenylensulfid); Poly(styrol) und Poly(styrol)-Copolymere, wie z. B. Poly(styrol-co-Acrylnitril), Poly(styrol-co-Acrylnitril-co-Butadien); Polysulfon; Silicon-modifizierte Polymere (d. h., Polymere die einen kleinen Gewichtsanteil (weniger als 10 Gewichtsprozent) an Silicon enthalten), wie z. B. Siliconpolyamid und Siliconpolycarbonat; Fluor-modifizierte Polymere, wie z. B. Perfluorpoly(ethylenterephthalat); und Gemische der vorstehenden Polymere, wie z. B. Poly(ester)/Poly(carbonat)-Gemisch, und ein Fluorpolymer/Acrylpolymer-Gemisch.
Die Würfeleckenelemente können auch aus reaktiven Harzsystemen bestehen, die durch einen Polymerisationsmechanismus freier Radikale durch Aussetzung an aktinische Strahlung vernetzt werden können. Zusätzlich können diese Materialien mittels thermischer Einrichtungen unter Verwendung eines thermischen Initiators wie z. B. Benzoylperoxid polymerisiert werden. Strahlungs-initiierte kationisch polymerisierbare Harze können ebenfalls verwendet werden.
Reaktive Harze, welche für die Erzeugung von Würfeleckenelementen geeignet sind, können Gemische eines Photoinitiators und wenigstens eines eine Acrylatgruppe enthaltenden Verbundstoffes sein. Bevorzugt enthält das Harzgemisch einen difunktionalen oder polyfunktionalen Verbundstoff, um die Ausbildung eines vernetzten polymerischen Netzes bei einer Bestrahlung sicherzustellen.
Beispiele von Harzen, die durch einen Mechanismus freier Radikale polymerisiert werden können umfassen: Acryl basierende Harze abgeleitet von Epoxyden, Polyestern, Polyethern und Urethanen; Ethylen-ungesättigte Verbundstoffen; Aminoplastabkömmlinge mit wenigstens einer freien Acrylatgruppe; Isocyanatabkömmlinge mit wenigstens einer freien Acrylatgruppe; andere Epoxydharze als die acrylierten Epoxyde; und Gemische und Kombinationen davon. Der Begriff Acrylat wird hierin verwendet, um sowohl Acrylate als auch Methacrylate zu umfassen. Das U.S. Patent 4,576,850 an Martens offenbart Beispiele von vernetzten Harzen, die in Würfeleckenelementen einer glitzernden retroreflektierenden Bahn verwendet werden können.
Ethylen-ungesättigte Harze enthalten sowohl monomerische als auch polymerische Verbundstoffe, die Atome von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten und optional Stickstoff, Schwefel und die Halogene. Sauerstoff- und Stickstoffatome oder beides sind im allgemeinen in Ether-, Ester-, Urethan-, Amid- und Harnsäuregruppen vorhanden. Ethylenungesättigte Verbundstoffe besitzen bevorzugt ein Molekulargewicht von weniger als etwa 4000 und bevorzugt werden Ester aus einer Reaktion von Verbundstoffen welche aliphatische Monohydroxydgruppen oder aliphatische Polyhydroxydgruppen und ungesättigte Carboxylsäuren, wie z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Itakonsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure und dergl. enthalten, hergestellt.
Einige Beispiele von Verbundstoffen mit Acryl- oder Methacryl-Gruppen sind nachstehend aufgelistet. Die aufgelisteten Verbundstoffe sind veranschaulichend und nicht einschränkend.
(1) Monofunktionale Verbindungen:
Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, n-Hexylacrylat, n-Octylacrylat, Isooctylacrylat, Isobornylacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, 2-Phenoxy ethylacrylat, N,N-Dimethylacrylamid;
(2) Difunktionale Verbindungen:
1,4-Butandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, Neopentylglycoldiacrylat, Ethylenglycoldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, and Tetraethylenglycoldiacrylat, and Diethylenglycoldiacrylat;
(3) Polyfunktionale Verbindungen:
Trimethylolpropantriacrylate, Glyceroltriacrylate, Pentaerythritoltriacrylat, Pentaerythritoltetraacrylat, und Tris(2-acryloyloxyethyl)isocyanurat.
Einige repräsentative Beispiele von weiteren Ethylenungesätigten Verbindungen und Harzen umfassen: Styrol, Divinylbenzen, Vinyltoluol, N-Vinylpyrrolidon, N-vinylcaprolaktam, Monoallyl, Polyallyl, und Polymethallylester, wie z. B. Diallylphthalat und Diallyladipat, und Amide von Carboxylsäuren, wie z. B. N,N-Diallyladipamid.
Beispiele von Photopolymerisations-Initiatoren, die mit den Acrylverbindungen gemischt werden können, umfassen die nachstehenden Beispiel-Initiatoren: Benzyl, Methyl-o-benzoat, Benzoin, Benzoinethylether, Benzoinisopropylether, Benzoinisobutylether, usw., Benzophenon/Tertiäramin, Acetophenone, wie z. B. 2,2-Diethoxyacetophenon, Benzylmethylketal, 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, 2-Hydroxy-2-Methyl-1-Phenylpropan-1-on, 1-(4-Isopropylphenyl)-2-Hydroxy-2-Methylpropan-1-on, 2-Benzyl-2-N,N-Dimethylamin-1-(4-Morpholinphenyl)-1-Butanon, (2,4,6-Trimethylbenzoyl)diphenylphosphinoxid, 2-Methyl -1-4-(methylthio)phenyl-2-morpholin-1-propanon, Bis(2,6-Dimethoxybenzoyl)-2,4,4-Trimethylpentylphosphinoxid, usw. Diese Verbindungen können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Kationisch polymerisierbare Materialien enthalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Materialien, welche Epoxyd-und Vinyletherfunktionsgruppen enthalten. Diese Systeme werden durch Oniumsalzinitiatoren, wie z. B. Triarylsulfon- und Diarylodoniumsalze photoinitialisiert.
Bevorzuge Polymere zur Verwendung in den Würfeleckenelementen umfassen Poly(carbonat), Poly(methylmethacrylat), Poly(ethylenterephthalat), aliphatische Polyurethane und vernetzte Acrylatharze, wie z. B. multifunktionale Acrylatharze oder acrylierte Epoxyde, acrylierte Polyester und acrylierte Urethane, vermischt mit mono- und multifunktionalen Monomeren. Diese Polymere werden aus einem oder mehreren der folgenden Gründe bevorzugt: thermische Stabilität, Umweltstabilität, Klarheit, Lösung aus dem Werkzeug oder der Form, hohe Aufnahmeempfindlichkeit für die Aufnahme einer retroreflektierenden Beschichtung.
Die in einer Landschicht, wenn eine vorhanden ist, verwendeten polymerischen Materialienkönnen dieselben wie die Polymere sein, die in den Würfeleckenelementen verwendet werden. Die optionale Landschicht weist bevorzugt eine glatte Grenzfläche zu den Würfeln und der Körperschicht auf. Hohlräume und/oder Grenzflächenrauhigkeit werden bevorzugt zwischen den Würfeln und der optionalen Landschicht oder der Körperschicht vermieden, so daß eine optimale Helligkeit durch die retroreflektierende Bahn gezeigt werden kann, wenn Licht davon retroreflektiert wird. Eine gute Grenzfläche verhindert eine Streuung von retroreflektierendem Licht aufgrund von Brechung. Wenn sie vorhanden ist, ist die Landschicht in den meisten Fällen in einem Stück bzw. integral mit den Würfeleckenelementen ausgeführt. Mit "in einem Stück" ist gemeint, daß das Land und die Würfel aus einem einzigen polymerischen Material ausgebildet sind – nicht aus zwei unterschiedlichen polymerischen Schichten, die anschließend mit einander vereint werden. Die Polymere, die in den Würfeleckenelementen und der Landschicht verwendet werden, können Brechungsindizes aufweisen, die sich von denen der Körperschicht unterscheiden. Obwohl die Landschicht bevorzugt aus einem Polymer ähnlich dem der Würfel besteht, kann die Landschicht auch aus einem weicheren Polymer bestehen, wie z. B. den vorstehend für die Verwendung in der Körperschicht beschriebenen.
Die Körperschicht kann ein Polymer mit niedrigem Elastizitätsmodul für ein leichtes Biegen, Wellen, Falten, Verformen oder Strecken aufweisen, und zur Ermöglichung, daß die Würfeleckenelemente neu angeordnet werden, wenn eine geordnete Anordnung Wärme und Druck ausgesetzt wird. Der Elastizitätsmodul kann kleiner als 5 × 10⁸ Pascal sein, und kann auch kleiner als 3 × 10⁸ Pascal sein. Eine Körperschicht mit niedrigem Elastizitätsmodul ist jedoch nicht immer erforderlich. Wenn es erwünscht ist, glitzernde retroreflektierende Bahnen zu erzeugen, welche weniger flexibel sind, können Bahnen mit einer Körperschicht mit einem höheren Elastizitätsmodul verwendet werden, wie z. B. starres Vinyl mit einem Elastizitätsmodul von etwa 21 bis 34 × 10⁸ Pascal. Im allgemeinen weisen die Polymere der Körperschicht eine Glasübergangstemperatur auf, die niedriger als 50°C ist. Das Polymer ist bevorzugt so, daß das polymerische Material seine physikalische Unversehrtheit unter den Bedingungen beibehält, welchen es während der Verarbeitung unterworfen wird. Das Polymer weist erwünschtermaßen eine Vicat-Erweichungstemperatur auf, die höher als 50°C ist. Die lineare Formschrumpfung des Polymere ist erwünschtermaßen kleiner als 1 Prozent, obwohl bestimmte Kombinationen von polymerischen Materialien für Würfeleckenelemente und die Körperschicht einen größeren Schrumpfungsgrad für das Körperschichtpolymer tolerieren können. Bevorzugte Materialien, die in der Körperschicht verwendet werden, sind gegen eine Verschlechterung durch UV-Lichtbestrahlung beständig, so daß die retroreflektierende Bahn in Langzeitaußenanwendungen eingesetzt werden kann. Wie vorstehend angegeben sind die Materialien oder die Polymerkörperschicht lichtdurchlässig und bevorzugt im wesentlichen transparent. Körperschichtfilme mit einer matten Oberfläche – die transparent wird, wenn die Harzzusammensetzung darauf aufgebracht wird, oder die während des Herstellungsprozesses transparent werden, beispielsweise als Reaktion auf die Härtungsbedingungen, die zur Formung der Anordnung von Würfeleckenelementen angewendet werden – sind nützlich. Die Körperschicht kann entweder nur eine einzige Schicht oder eine mehrschichtige Komponente nach Wunsch sein. Beispiele von Polymeren, die in der Körperschicht verwendet werden können umfassen:
fluorierte Polymere wie z. B. Poly(chlortrifluorthylen), beispielsweise Kel-F800^TM, beziehbar von 3M, St. Paul, Minnesota; Poly(tetrafluorethylen-co-hexafluorpropylene), beispielsweise Exac FEP^TM, beziehbar von Norton Performance, Brampton, Massachusetts; Poly(tetrafluorethylen-co-perfluor(alkyl)vinylether), beispielsweise Exac PEA^TM ebenfalls von Norton Performance beziehbar; und Poly(vinylidenfluorid-co-hexafluorpropylen), beispielsweise Kynar Flex 2800^TM beziehbar von Pennwalt Corporation, Philadelphia, Pennsylvania;
ionomerische Ethylen-Copolymere wie z. B.: Poly(ethylen-co-methacrylsäure) mit Natrium oder Zinkionen, wie z. B. Surlyn-8920^TM and Surlyn-9910^TM beziehbar von E.I. duPont Nemours, Wilmington, Delaware;
Polyethylen mit niedriger Dichte, wie z. B.: Polyethylen mit niedriger Dichte; lineares Polyethylen mit niedriger Dichte, Polyethylen mit sehr niedriger Dichte;
Weichmacher-haltige Vinylhalogenpolymere, wie z. B. Weichmacher-haltiges Poly(vinylchlorid);
Weichmacher-freie oder unplastifizierte starre Vinylpolymere, wie z. B. Pentaprint^TM PR 180 von Klockner Pentaplast of America, Inc., Gordonsville, Virginia;
Polyethylen-Copolymere welche umfassen: Säure-funktionale Polymere, wie z. B. Poly(ethylen-co-Acrylsäure) und Poly(ethylen-co-Methacrylsäure), Poly(ethylen-co-Maleinsäure), und Poly(ethylen-co-Fumarsäure); Acryl-funktionale Polymere, wie z. B. Poly(ethylen-co-Alkylacrylate), in welchen die Alkylgruppe Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, usw., oder CH₃(CH₂)n- ist, wobei n = 0–12 ist, und Poly(ethylen-co-Vinylacetat); und
aliphatische and aromatische Polyurethane, abgeleitet von den nachstehenden Monomeren (1)–(3): (1) Diisocyanaten, wie z. B. Dicyclohexylmethan-4,4'-diisocyanat, Isophorondiisocyanate, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Cyclohexyldiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, und Kombinationen dieser Diisocyanate, (2) Polydiole, wie z. B. Polypentylenadipatglycol, Polytetramethylenetherglycol, Polyethylenglycol, Polycaprolaktondiol, Poly-1,2-Butylenoxidglycol, und Kombinationen dieser Polydiole, und (3) Kettenverlängerer, wie z. B. Butandiol oder Hexandiol. Im Handel erhältliche Urethanpolymere umfassen: PN-04, or 3429 von Morton International Inc., Seabrook, New Hampshire, or X-4107 from B.F. Goodrich Company, Cleveland, Ohio.
Kombinationen der vorstehenden Polymere können ebenfalls in der Körperschicht des Körperabschnittes verwendet werden. Zu bevorzugten Polymeren für die Körperschicht zählen: Ethylen-Copolymere, die Einheiten enthalten, die Carboxylgruppen oder Esters von Carboxylsäuren, wie z. B. Poly(ethylen-co-Acrylsäure, Poly(ethylen-co-Methacrylsäure), Poly(ethylen-co-Vinylacetat); die ionomerischen Ethylen-Copolymere; Weichmacher-haltiges Poly(vinylchlorid); und die aliphatischen Urethane enthalten. Diese Polymere werden aus einem oder meh reren der nachstehenden Gründe bevorzugt: geeignete mechanische Eigenschaften, Haftung auf der Landschicht oder den Würfeleckenelementen, Klarheit und Umweltbeständigkeit.
Die Auswahl bestimmter Harze für die Würfeleckenelemente und die Körperschicht kann zu einem sich gegenseitig durchdringenden Netz nach der Härtung führen. Spezielle Kombinationen von Harzen für die Würfeleckenelemente und die Körperschicht können ohne weiteres auf Durchdringung hin durch Aufbringung einer Menge des Würfeleckenharzes auf die Körperschicht gesucht werden. Priola, A., Gozzelino, G., und Ferrero, F., Proceedings of the XIII International Conference in Organic Coatings Science and Technology, Athens, Griechenland, 7.–11. Juli 1987, S. 308–18, offenbart einen für diesen Zweck geeigneten Uhrenglastest. Siehe auch U.S. Patentanmeldung 07/472,444 eingereicht am 7. Juni 1995.
In einer Ausführungsform, die Polycarbonat-Würfeleckenelemente und/oder eine Polycarbonat-Landschicht enthält, die ein Polyethylen-Copolymer, wie z. B. Poly(ethylen-co-(Meth)acrylsäure), Poly(ethylen-co-Vinylacetat) oder Poly(ethylen-co-Acrylat) enthält, kann die Zwischenflächenhaftung zwischen der Körperschicht und der Landschicht oder den Würfeleckenelemente verbessert werden, indem eine (nicht dargestellte) Bindeschicht dazwischen plaziert wird. Die Bindeschicht kann auf die Körperschicht aufgebracht werden, bevor die Körperschicht auf die Landschicht oder die Würfeleckenelemente laminiert wird. Die Bindeschicht kann als eine dünne Beschichtung unter Verwendung beispielsweise von: einem aliphatischen Polyurethan in organischer Lösung, wie z. B. einer Permuthane^TM U26-248 Lösung, beziehbar von Permuthane Company, Peabody, Massachusetts; Q-thane^TM QC-4820 beziehbar von K. J. Quinn and Co., Inc., Seabrook, New Hampshire; einer aliphatischen Polyurethan-Wasserdispersion, wie z. B. NeoRez^TM R-940, R-9409, R-960, R-962, R-967, and R-972, beziehbar von ICI Resins US, Wilmington, Massachusetts; einer Acrylpolymer-Wasserdispersion, wie. z. B. NeoCryl^TM A-601, A-612, A-614, A-621 und A-6092, beziehbar von ICI Resins US, Wilmington, Massachusetts; oder einer Alkylacrylat- und aliphatischen Urethan-Copolymer-Wasserdispersion, wie z. B. NeoPac^TM R-9000 aufgebracht werden. Zusätzlich kann ein elektrisches Entladungsverfahren. wie z. B. eine Corona- oder Plasmabehandlung angewendet werden, um die Haftung der Bindeschicht an der Körperschicht oder der Bindeschicht an der Landschicht oder an den Würfeleckenelementen weiter zu verbessern.
Retroreflektierende Würfeleckenbahnen, die gemäß der zweiten Technik hergestellt werden, können aus den vorstehend diskutierten Polymeren, wie in der ersten Technik hergestellt werden. D. h., die Würfeleckenelemente können härtere, oder Polymere mit höherem Modul aufweisen, und der Körperabschnitt kann weichere, oder Polymere mit niedrigerem Modul aufweisen. Zusätzlich zu diesen Materialien können Würfeleckenbahnen, welche härtere Körperschichtpolymere aufweisen, wie z. B. Polyester oder Polykarbonate ebenfalls mittels der zweiten Technik hergestellt werden. Ferner ist, wenn die Bahn mittels der zweiten Technik hergestellt wird, die auf die Würfeleckenelemente anwendbare Chemie breiter als in der ersten Technik, d. h., die Würfeleckenelemente können entweder harte oder weiche Polymere aufweisen. Die U.S. Patentanmeldung 08/625,857 für Wilson et al. (eingereicht am 1. April 1996) offenbart Beispiele von Polymeren, die in den Würfeleckenelementen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Wenn ein Artikel der Erfindung gemäß der zweiten Technik hergestellt wird, können weiche Polymere – d. h., Polymere mit einem Elastizitätsmodul kleiner als 10 × ¹⁰⁸ Pascal – verwendet werden, um die Würfeleckenelemente in einer glitzernden retroreflektierenden Bahn zu erzeugen. In der zweiten Technik werden die Würfeleckenelemente nicht den Wärme- und/oder Druckbedingungen der losweisen oder kontinuierlichen Prozesse der ersten Technik unterworden, da die Würfeleckenelementorientierungen durch die Konfiguration der Form bestimmt sind. D. h., die mittels der zweiten Technik hergestellten glitzernden Bahnen erhalten die Orientierungen der Würfeleckenelemente direkt aus der Form. Eine Verformung der Würfeleckenelemente ist daher von wesentlich weniger Bedeutung, und es ist möglich, glitzernde Bahnen zu erzeugen, welche nur weiche Polymere über dem gesamten Aufbau aufweisen, oder im wesentlichen daraus bestehen.
Beispiele weicher Polymere, die zum Herstellen einer glitzernden Würfeleckenbahn unter Anwendung der zweiten Technik verwendet werden können, umfassen: flexible Poly(vinylhalogenide), wie z. B. Poly(vinylchlorid), Poly(vinylidenchlorid); PVC-ABS; reaktive and nicht-reaktive Vinylharze; Vinylacrylate; Gemische von Vinylacrylaten mit acrylierten Epoxyden; Polysiloxane; Alkylalkoxysilane; acrylierte Polysiloxane; Polyurethane; acrylierte Urethane; Polyester; acrylierte Polyester; Polyether; acrylierte Polyether; acrylierte Öle; Poly(tetrafluorethylen); Poly(fluorethylene-co-Fluorpropylen); Poly(ethylene-co-Tetrafluorethylen); Polybutylen; Polybutadien; Poly(methylpenten); Polyethylene, wie z. B. mit niedriger Dichte, hoher Dichte, und linearer niedriger Dichte; Poly(ethylen-co-Vinylacetat); Poly(ethylen-co-Ethylacrylat).
Diese Polymere können entweder alleine verwendet werden oder miteinander vermischt werden. Ferner können sie mit denjenigen für die erste Technik beschriebenen vermischt werden, um eine glitzernde retroreflektierende Würfeleckenbahn mittels der zweiten Technik zu ergeben. Zusätzlich kann die Einstellung der Vernetzungsdichte der reaktiven Polymere oder Gemische, die für die erste Technik aufgelistet sind, ebenfalls weiche Materialien ergeben. Die Eigenschaften der nicht reaktiven Polymere können eingestellt werden, indem die Konzentration der Zusätze, wie z. B. Weichmacher, angepaßt wird, oder durch die Auswahl unterschiedlicher Polymergrade.
Färbungsmittel, UV-Absorber, Lichtstabilisatoren, Absorber für freie Radikale oder Antioxidantien, Verarbeitungshilfen, wie z. B. Antiblockierungsmittel, Lösemittel, Schmiermittel und andere Zusätze können der Körperschicht der Würfeleckenelemente zugesetzt werden. Die ausgewählte spezifische Farbe hängt natürlich von der gewünschten Farbe der Schicht ab. Farben werden typischerweise mit etwa 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent zugesetzt. UV-Absorber werden typischerweise mit etwa 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent zugesetzt. Beispiele von UV-Absorbern umfassen Derivate von Benzotriazol, wie z. B. Tinuvin^TM 327, 328, 900, 1130, Tinuvin-P^TM, beziehbar von Ciba-Geigy Corporation, Ardsley, New York; chemische Derivate von Benzophenon, wie z. B. Uvinul^TM-M40, 408, D-50, beziehbar von BASF Corporation, Clifton, New Jersey, oder Cyasorb^TM UV531 von Cytech Industries, West Patterson, New Jersey; Syntase^TM 230, 800, 1200, beziehbar von Neville-Synthese Organics, Inc., Pittsburgh, Pennsylvania; oder chemische Derivate von Diphenylacrylat, wie z. B. Uvinul^TM-N35, 539, ebenfalls beziehbar von BASF Corporation of Clifton, New Jersey. Lichtstabilisatoren, die eingesetzt werden können, umfassen gestörte Amine, welche typischerweise bei etwa 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent eingesetzt werden. Beispiele von Lichtstabilisatoren mit gestörten Aminen umfassen Tinuvin^TM-144, 292, 622, 770, und Chimassorb^TM-944, alle beziehbar von Ciba-Geigy Corp., Ardsley, New York. Adsorber von freien Radikalen oder Antioxidantien können mit etwa 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent eingesetzt werden. Geeignete Antioxidantien umfassen gestörte Phenolharze, wie z. B. Irganox^TM-1010, 1076, 1035 oder MD-1024, oder Irgafos^TM-168, beziehbar von Ciba-Geigy Corp., Ardsley, New York. Ein kleiner Anteil von weiteren Verarbeitungshil fen, typischerweise nicht mehr als 1 Gewichtsprozent von den Polymerharzen, kann zugesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit des Harzes zu verbessern. Nützliche Verarbeitungshilfen umfassen Fettsäureester oder Fettsäureamide, beziehbar von Glyco Inc., Norwalk, Connecticut, Metallstearate, beziehbar von Henkel Corp., Hoboken, New Jersey, oder Wax E^TM, beziehbar von Hoechst Celanese Corporation, Somerville, New Jersey. Flammhemmer – wie z. B. Tetrabrom-Bisphenol-ADiacrylatMonomer, SR 640, von Sauromer Company, Inc., Exton, Pennsylvania, oder Tricresylphosphat, Kronitex^TM TCP, von FMC Corporation, Philadelphia, Pennsylvania – können ebenfalls den polymerischen Materialien der Erfindung zugesetzt werden, um ihre Gesamteigenschaften zu verbessern, sowie die Eigenschaften des Artikels auf welchen es angebracht werden kann.
Die flexible glitzernde retroreflektierende Bahn kann auf unregelmäßigen Oberflächen, wie z. B. gewelltem Metall verwendet werden. Beispielsweise kann die Bahn über einer Seitenwand eines Lastwagenanhängers oder auf einer flexiblen Oberfläche wie z. B, einem Kleidungsartikel plaziert werden. Andere Anwendungen einer derartigen glitzernden retroreflektierenden Bahn umfassen Warnflaggen, Verkehrszeichen, Verkehrspylone, Lichtwände und Fahrzeugauffälligkeitsmarkierungen. Wenn sie auf Lichtwänden verwendet wird, kann die Bahn in einer rohrförmigen Konfiguration plaziert werden. Beispielsweise kann die Bahn in der Form eines Rohres oder eines Zylinders angepaßt werden, und eine Lichtquelle kann direkt in den rohrförmigen glitzernden Artikel gerichtet werden. Die rohrförmige glitzernde Bahn kann mit einer Armatur angepaßt werden, der ihre Befestigung an einer Lichtquelle, wie z. B. an dem Ende einer Blinkleuchte ermöglicht. Die glitzernden retroreflektierenden Bahnen können auch geprägt oder anderweitig in dreidimensionale Strukturen angepaßt werden, wie es in der U.S. Patentanmeldung 08/641,126 mit dem Titel "Formed Ultra-Flexible Retroreflective Cubecorner Composite Sheeting with Target Optical Properties and Method for Making Same", eingereicht am selben Tag wie diese Patentanmeldung beschrieben ist.
Die Erfindung wird ferner im Detail durch die nachstehenden Beispiele veranschaulicht. Obwohl die Beispiele diesem Zwecke dienen, dürfte es sich verstehen, daß die verwendeten speziellen Bestandteile sowie andere Bedingungen und Details nicht in einer Weise zu betrachten sind, welche die Erfindung unzulässig einschränkt.
BEISPIELE
Test der Retroreflektionshelligkeit
Der Koeffizient der Retroreflektion R_A wurde gemäß standardisierten Test ASTM E 810-93b gemessen. Der Werte für R_A werden in Candela pro Lux pro qm (cd·lx^–1·m^–2) gemessen. Der in ASTM E 810-93b verwendete Eintrittswinkel war –4° und der Betrachtungswinkel war 0,2 Grad. Ferner bedeutet Bezugnahme auf "ASTM E 810-93b" die ASTM E 810-93b, in welcher die Eintritts- und Betrachtungswinkel wie im vorstehenden Satz spezifiziert waren.
Test der Leuchtdichte
Die Leuchtdichte der Würfeleckenbahnen wurde unter Verwendung eines Spektrocolorimeters nach einen standardisierten TEST ASTM E 1349-90 gemessen. Die Leuchtdichte wird durch einen als Luminanzfaktor Y (LFY) bezeichneten Parameter ausgedrückt, welcher als die Leuchtdichte der Testprobe relativ zu einem perfekt streuenden Reflektor ist. 0° Beleuchtung und 45 Umfangsbetrachtung wurden bei der Ermittlung des LFY angewendet. LFY-Werte reichen von 0 bis 100, wobei ein LFY-Wert von 0 Schwarz darstellt und ein LFY-Wert von 100 Weiß darstellt.
Beispiele 1a–1ee –
Losweise Herstellung eines glitzernden Artikels
Eine geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn, hergestellt wie in dem Beispiel 1 der U.S. Patentanmeldung Ser. Nr. 08/472,444, eingereicht am 7. Juni 1995, wurde verwendet. Die Bahn enthielt retroreflektierende Würfeleckenelemente, die 90 μm (0,0035 Inch) vom Scheitel bis zur Basis maßen, und bestand aus 1,6-Hexandioldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat und Bisphenol-A-Epoxydiacrylat in einem Verhältnis von 25 : 50 : 25 Gewichtsanteilen mit 1 Prozent Harzgewicht Darocur^TM 4265 als Photoinitiator, einer 250 μm (0,01 Inch) dicken, klaren, farblosen, flexiblen Vinyl-Körperschicht, und einem Polyethylenterephthalat-Trägerfilm von 50 μm (0,002 Inch) Dicke. Das Harz wurde durch den Film hindurch mit einer FUSION H Lampe (erhältlich von Fusion UV Curing Systems, Gaitersburg Maryland), betrieben mit 235 Watt/cm bei 7,6 m/min. (25 ft./min) gehärtet, und dann von der Rückseite der Würfeleckenelemente aus mit einer AETEK Mitteldruckquecksilberlampe (erhältlich von AETEK International, Plainfield, Illinois), betrieben bei 120 Watt/cm bei 7,6 m/min (25 ft./min) nachgehärtet. Die Bahn wurde auf einem Kraft-Abzugpapier (Scotchcal^TM SCW 98 Marking film, 3M, Saint Paul, Minnesota) mit den offenliegenden Würfeleckenelementen nach unten zu dem Papier zeigend plaziert. Zusammen wurden das Kraftpapier und die geordnete Würfeleckenbahn auf die Gummioberfläche einer Hix Modell N-800 Wärmelaminationsmaschine (Hix Corporation, Pittsburg, Kansas) gelegt, die auf 175°C (350°F) vorgeheizt war, wobei das Kraftpapier auf der Gummioberfläche lag. Die Laminationsmaschine war eingestellt, 2,75 × 10⁵ Pascal (40 psi) Luftdruck bei 175°C (350°F) für 45 Sekunden zu liefern. Die Laminationsmaschine wurde aktiviert und am Ende der Erwärmungsperiode die Würfeleckenbahn entfernt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde der Polyesterfilm von der Körperschicht entfernt, um die glitzerfähige retroreflektierende Würfeleckenbahn freizulegen. Weitere Verarbeitungsbedingungen wurden angewendet, um eine glitzernde retroreflektierende Bahn zu erzeugen, wobei die Temperatur, Zeit und der Druck verändert wurden. Die Auswirkungen dieser Veränderungen auf das Glitzern und die retroreflektierende Helligkeit sind in der Tabelle 1 dargestellt.
Das Beispiel 1 wurde auf Leuchtdichte geprüft, und zeigte einen LFY-Wert von 37,73.
TABELLE 1 Auswirkung des Losprozesses Bedingungen bei der Erzeugung von glitzernden Bahnen
Beispiele 2a–2m
Bebilderter glitzernder Artikel hergestellt unter Verwendung einer flexographischen Druckplatte
Eine geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn gemäß Beschreibung in dem Beispiel 1a–1ee wurde verwendet. Eine Bahn aus Kraft-Ablösepapier wurde auf der Gummimatte der Hix Modell N-800 Wärmelaminationsmaschine gelegt. Auf die Oberseite der Papierbahn wurde eine flexographische Druckplatte mit einem erhabenen Bild (16a) in der Form der Buchstaben "JPJ", umgeben von einem Kreis aufgelegt. Die geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn mit einem Polyesterträger auf der Oberseite der Körperschicht wurde auf die flexographische Druckplatte so aufgelegt, daß die Rückseite der Würfeleckenelemente die vorstehenden Bildelemente der Druckplatte berührte. Ein zweites Stück eines Kraft-Ablösepapiers wurde auf die Oberseite der Würfeleckenbahn aufgelegt. Diese Anordnung entspricht 11, in welcher die flexographische Platte durch 104 dargestellt ist. Die Anordnung wurde auf 175°C (350°F) mit einem in der nachstehenden Tabelle 2 aufgelisteten Luftleitungsdruck (psi) und Zeiten erwärmt. Wenn der Laminationszyklus beendet war, wurde die Laminationsmaschine geöffnet und die retroreflektierende Würfeleckenbahn entfernt. Wenn die Bahn auf Raumtemperatur abgekühlt war, wurde der optionale Polyesterfilm (falls verwendet) entfernt, um die glitzerfähige retroreflektierende Würfeleckenbahn aufzudecken. Verschiedene Arten eines "JPJ"-Bildes wurden abhängig von dem Aufbau und den Verarbeitungsbedingungen hergestellt und diese sind nachstehend in der Tabelle 2 aufgeführt.
Beispiele 3a–3f
Erzeugung von Bildern unter Verwendung eines Polyesterfilms
Eine geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn und die in den Beispielen 1a–1ee verwendete Maschine wurden ohne dem unteren Ablösepapiers 76 verwendet. Ein Polyesterfilm mit verschiedenen Dicken wurde als das Bildformungselement 104 verwendet und so positioniert, daß er die Rückseite der Würfeleckenelemente berührte. Um positive Bilder auf der glitzernden Bahn zu erzeugen, wurde die Form der geometrischen Figuren eines Quadrates, eines Kreises und eines Dreiecks (jedes 1,25 cm (0,5 Inch) in der Außenabmessung) aus einer Bahn von 10 × 15 cm (4 × 6 Inch) eines Polyesterfilms bekannter Dicke ausgeschnitten. Das sich ergebende Polyesterfilm-Bilderzeugungselement wurde wie 104 gemäß Darstellung in 11 positioniert. Um Negativbilder auf der glitzernden, texturierten Bahn zu erzeugen, wurden die geometrischen Figuren, die ausgeschnitten worden waren, um ein Positivbild-Erzeugungselement zu erzeugen, direkt auf die unbeheizte Laminatoroberfläche 74 aufgelegt. Die Bilder wurden in der glitzernden, texturierten retroreflektierenden Würfeleckenbahn erzeugt, indem die Wärmelaminationsmaschine bei 175°C (350°F) für 45 Sekunden bei einem Leitungsdruck von 2,75 × 10⁵ Pa (40 psi) betrieben wurde. Beschreibungen der bebilderten Bahnen sind in der Tabelle 3 aufgelistet.
Beispiel 4
Erzeugung eines Bildes unter Verwendung einer Übertragungsfarbe
Eine geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn und die in den Beispielen 1a–1ee beschriebene Vorrichtung wurden mit einem optionalen Polyesterträger verwendet. Das Bildformungselement war ein Stück eines schwarz bedruckten Etikettenbandes (16B) hergestellt mit einer Merlin Express Elite Etikettenbandmaschine (Varitronic Systems, Inc. Minneapolis, Minnesota) und wurde mit dem Farbbild die Würfeleckenelemente berührend positioniert. Die Laminationsmaschine wurde bei 175°C (350°F) für 45 Sekunden bei 2,75 × 10⁵ Pa (40 psi) Luftdruck geschlossen gehalten. Am Ende des Verarbeitungszyklusses wurde die Bahn aus der Maschine entfernt. Nachdem sie zur Raumtemperatur zurückgekehrt war, wurde der Polyesterträger entfernt, um ein glitzerndes retroreflektierendes Würfeleckenbahnenmaterial mit einem von dem Etikettenband übertragenen schwarzen Farbbild offenzulegen. Eine Überprüfung der Bahn mit retroreflektierter Beleuchtung zeigte ein retroreflektierendes dunkles Bild auf einem glitzernden und retroreflektierenden Hintergrund.
Beispiel 5
Aus einem gewebten Stoff hergestelltes glitzerndes Bild
Eine geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn und die in den Beispielen 1a-1ee beschriebene Vorrichtung wurden mit dem optionalen Polyesterträger verwendet. Das Bildformungselement war ein Stück eines einfachen Polyesterwebstoffes 188 g/m² (2,2 oz/yd²) und war, wie durch 104 in 11 dargestellt, angeordnet. Der Verarbeitungszyklus konnte 45 Sekunden bei 175°C (350°F) bei 2,75 × 10⁵ Pa (40 psi) Leitungsdruck stattfinden. Nachdem die Bahn auf Raumtemperatur abge kühlt war, wurde der Polyesterträger entfernt, um die retroreflektierende Würfeleckenbahn aufzudecken, die eine Gesamttextur in dem Muster des verwendeten Stoffes und mit Glitzereffekt zusätzlich zu der Gesamtstruktur hatte. Die so hergestellte glitzernde texturierte Bahn zeigte ein intensiveres Glitzern als die durch das Beispiel 1 hergestellte Bahn ohne Textur. Die Probe wurde auf Leuchtdichte geprüft und zeigte einen LFY-Wert von 54,33 (Mittelwert von drei Messungen).
Beispiel 6
Durch einen kontinuierlichen Prozeß hergestellte glitzernde Bahn
Eine geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn wie in den Beispielen 1a–1ee beschrieben wurde durch eine Endlos-Spalttyp-Laminationsstation, wie sie in 12 dargestellt ist, durchgeführt. Die Vorrichtung war speziell gebaut und wies eine beheizte Walze 77 aus rostfreiem Stahl, eine unbeheizte mit Gummi beschichtete Walze 77', einen Mechanismus zum Steuern und Einstellen der Kraft, mit welcher im Spalt die beheizte Walze 77 und der unbeheizten Walze 77' aufeinandertreffen, mittels Druckluft, und eine Einrichtung zum Steuern der Geschwindigkeit auf, mit welcher sich die Walze bewegt. Die Endlos-Laminationsvorrichtung war auf eine Geschwindigkeit von 30,5 cm/min (1,5 ft/min), 175°C (350°F), und 2,75 × 10⁵ Pa (40 psi) Spaltschließdruck eingestellt. Bahnen der geordneten retroreflektierenden Bahn von 7,5 × 43 cm (3 × 17 Inch) wurden in den sich bewegenden Spalt eingeführt, wobei die Würfeleckenelemente die unbeheizte gummibeschichtete Walze berührten. Die Bahnen wurden nach dem Passieren des Spaltes gesammelt, auf Raumtemperatur gekühlt und der Polyesterträger entfernt, um eine glitzernde retroreflektierende Würfeleckenbahn zu erzeugen. Weitere Verarbeitungsbedingungen wurden verwendet, um eine glitzernde retroreflektierende Bahn zu erzeugen, wobei die Temperatur, Geschwindigkeit und der Spaltdruck verändert wurden. Veränderungen dieser Bedingungen hatten ähnliche Auswirkungen auf die glitzernden retroreflektierenden Bahnen, wie sie durch die Veränderung der Prozeßbedingungen in dem in Beispiel 1 beschriebenen Losprozeß beobachtet wurden. Ähnliche Ergebnisse wurden unter Verwendung einer Endlosrollenbahn erzielt.
Beispiel 7
Glitzernde Bahn hergestellt aus einer elektrogeformten Form
Eine glitzerfähige retroreflektierende Würfeleckenbahn hergestellt gemäß Beschreibung in Beispiel 1h wurde auf einem Verstärkungsträger positioniert und in ihrer Lage mit einem doppelseitigen Klebeband fixiert. Eine Metallbeschichtung aus Silber wurde über der gesamten Oberfläche durch elektrodenlose Abscheidung erzeugt, um die glitzernde retroreflektierende Würfeleckenbahn für eine Elektroplattierung leitend zu machen. Die sich ergebende Anordnung wurde in einem Nickelsulfamatbad mit 120 g/L (16 ounces/gallon) Nickel; 3,7 g/L (0,5 ounces/gallon) Nickelbromid; und 30 g/L (4,0 ounces/gallon) Borsäure eingetaucht. Der Rest des Plattierungsbades wurde mit destilliertem Wasser aufgefüllt. Eine Menge von S-Nickelanodenpellets war in einem Titankorb enthalten, der in dem Plattierungsbad aufgehängt war. Ein gewebter Polypropylenbeutel war vorgesehen, der den Titankorb innerhalb des Plattierungsbades umgab, um wandernde Teilchen einzuschließen. Das Plattierungsbad wurde kontinuierlich durch ein 5 μm Filter gefiltert. Die Temperatur des Bads wurde auf 32°C (90°F) gehalten, und ein pH von 4,0 wurde in der Plattierungsbadlösung eingehalten. Eine Stromdichte von 215 A/m² (20 Amps per square foot) wurde an das System für 24 Stunden angelegt, wobei die montierte Bahn kontinuierlich mit 6 Umdrehungen pro Minute gedreht wurde, um eine gleichmäßige Abscheidung zu verbessern. Nach der Entfernung aus dem Elektroformungsbad wurde die glitzerfähige retroreflektierende Würfeleckenbahn von dem elektroabgeschiedenen Metall entfernt, um eine Nickelform von angenähert 0,063 cm (0,025 Inch) Dicke zu erhalten, welche die Negativform der originalen glitzernden retroreflektierenden Würfeleckenbahn war. Die Form alleine zeigte die Eigenschaften von Glitzern, obwohl sie nicht die Regenbogenschattierungen zeigte, zu denen die Bahn fähig war, und die Form war retroreflektierend.
Ein Gemisch aus 1,6-Hexandioldiacrylat, Trimetylolpropantriacrylat und Bisphenol-A-Epoxyddiacrylat in einem Verhältnis von 25 : 50 : 25 Gewichtsanteilen mit 1 Prozent Gewichtsanteil Darocur^TM 4265 als Photoinitiator (Radcure IRR 1010, Lot N215-0302, UCB Radcure, Smyrna, Georgia, wurde sorgfältig auf einen Rand der elektrogeformten Form aufgebracht. Die Harzbank wurde langsam über die Form gerollt, um dem Harz zu ermöglichen alle Merkmale der Form auszufüllen. Wenn eine glatte Beschichtung aus Harz in der Form war, wurde sie durch Aufrollen einer Vinylfilmbahn von 0,025 cm (0,010 Inch) Dicke (American Renolit Corporation, Whippany, New Yersey 07981) abgedeckt. Der sich ergebende feuchtes Harz enthaltende Aufbau der wurde durch den Vinylfilm hindurch durch einen Durchlauf durch ein Fusion Modell DRS-120QN System und Belichtung mit einer Fusion V Lampe, die mit hoher Leistung (235 Watt/cm) arbeitete, bei einer Geschwindigkeit von 7,6 m/s (25 ft/min) gehärtet. Die Entfernung der gehärteten Bahn aus der Form ergaben eine Bahn, die auf der Rückseite der Würfeleckenelementanordnung durch Passieren unter einer Fusion H Lampe mit 7,6 m/s (25 ft/min) bei hoher Leistung (235 Watt/cm) nachgehärtet wurde. Die sich ergebende Würfeleckenbahn, hergestellt aus der elektrogeformten Form war retroreflektierend, glitzernd und zeigte einen Regenbogen von Farben in den Lichtpunkten.
Beispiel 8
Glitzernde Bahn, hergestellt aus einer elektrogeformten Form mit einem Tinten- bzw. Farbbild
Ein Bild in der Form von "3 M" wurde mit einer nicht wässrigen Stempelkissenfarbe auf der Würfeleckenseite der retroreflektierenden Würfeleckenbahn erzeugt, die wie in Beispiel 1h hergestellt wurde. Wenn die Farbe getrocknet war, wurde die sich ergebende glitzernde retroreflektierende Würfeleckenbahn, die das Farbbild trug, wie in Beispiel 7 beschrieben, montiert, präpariert und elektrogeformt. Die Entfernung der Bahn aus der elektrogeformten Form ergab eine Nickelform, von etwa 0,063 cm (0,025 Inch) Dicke, welche ein Umkehrbild des Gummistempels zeigte. Diese Form wurde verwendet, um eine Würfeleckenbahn gemäß dem Beispiel 7 zu erzeugen. Nach dem Härten und Entfernen der neu erzeugten Bahn aus der Form wurde beobachtet, daß die Bahn retroreflektierend und in der Lage war, den Glitzereffekt zu zeigen, in der Lage war, den Regenbogeneffekt zu zeigen, und die Bahn das Bild von "3M" wie auf die Originalfolie gestempelt zeigte, aus welcher die Form hergestellt worden war. Das Bild erschien auf der Bahn als ein nicht retroreflektierendes glitzerndes Bild auf einem retroreflektierenden Hintergrund.
Beispiele 9a–9f
Siebgedruckte Bilder
Ein Siebdruck-Handtisch (Modell 1218 AWT World Trade Inc., Chicago, Illinois) wurde mit einem 110 T (mesh/inch) Drucksieb ausgestattet, der das Bild "Atlanta 1996" trug. Eine geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn, wie in den Beispielen 1a–1ee beschrieben, wurde auf der Druckoberfläche plaziert und mit der transparenten permanenten Blaudruckfarbe GV-159 (Naz-Dar Corporation, Chicago, Illinois 60622-4292) bedruckt, oder mit transparenter grüner Farbe SX 863 (Plast- O-Meric SP, Inc., Sussex Wisconsin 53089-0375) oder mit der opaken Purpurfarbe SX 864 B (Plast-O-Meric) bedruckt. Mit den Würfeleckenelementen während des Drucks nach oben weisend wurde das siebgedruckte Bild auf der Rückseite der Würfeleckenelemente ausgebildet. Wenn die Würfeleckenelemente während des Druckes nach unten wiesen, wurde das siebgedruckte Bild auf der vorderen Vinylfilmoberfläche der Würfeleckenelemente ausgebildet. Die Bahn mit den mit Permanent Blau GV-159 bedruckten Bildern wurde über Nacht luftgetrocknet bevor sie weiter verarbeitet wurde. Die Bahn mit mit SX863 oder SX864B gedruckten Bildern wurde mit einem Texair Modell 30 Siebdruckbandofen (American Screen Printing Equipment Company, Chicago, Illinois 60622) in einen Gel-Zustand versetzt, der so eingestellt war, daß die Infrarotplatte bei 593°C (1100°F) arbeitete, die elektrisch beheizte Zwangsbelüftung sich in der "Aus"-Position befand und eine Bandgeschwindigkeit eingestellt war, um eine Verweilzeit von 42 bis 46 Sekunden vor der weiteren Verarbeitung zu ermöglichen. Nach der anfänglichen Trocknung oder Gelation, wurden die siebgedruckten Würfeleckenbahnen unter Wärme und Druck wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt. Die Behandlungsergebnisse sind nachstehend in der Tabelle 4 aufgelistet.
Beispiele 10a–10n
Vakuumbeschichtete Bahn
Eine geordnete nicht-zufällige retroreflektierende Würfeleckenbahn und die in den Beispielen 1a–1ee verwendete Vorrichtung wurden angewendet. Die retroreflektierende Bahn wurde mit einer Dampfabscheidungsschicht eines Materials von angenähert 85 nm (850 Å) Dicke vorbereitet. Die geordnete retroreflektierende Würfeleckenbahn wurde in eine Glockenbehälter-Vakuumvorrichtung mit einer angenäherten Kapazität von 250 Liter (Modell 900-217-12, Stokes Vacuum Equipment, Equipment Division of Pennsalt Chemical Corporation, Philadelphia, Pennsylvania 19120) eingelegt. Nach der Evakuierung des Glockenbehälters auf 1,33 × 10^–3 Pa (10^–5 Torr) oder weniger wurde das zur Abscheidung auf der Bahn vorgesehene Material mit einem Elektronenstrahl (Airco Temescal, Electron Beam Power Supply Model CV-10, Berkely, California) bestrahlt, bis die Abscheidung auf der Würfelseite der Bahn vollständig war. Die sich ergebende dampfbeschichtete, geordnete, nicht-zufällige Würfeleckenbahn wurde mit Wärme und Druck wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt, um eine Würfeleckenbahn zu erzeugen, welche in der Lage war, sehr starkes extrem brillantes Glitzern von beiden Seiten zu zeigen. Die auf diese Weise erzeugte Bahn schien eine bessere Helligkeit zu haben, als die Bahn die vakuumbeschichtet ist, hat aber die Würfeleckenelemente nicht gemäß der Erfindung orientiert. Die nachstehende Tabelle 5 listet repräsentative Materialien auf, welche auf die geordnete, nicht-zufällige Würfeleckenbahn vakuumbeschichtet wurden. Nach der Vakuumbeschichtung wurden alle Bahnen mittels Wärme und Druck behandelt, um die Bahn glitzerfähig zu machen. Die Tabelle 5 stellt auch eine kurze Charakterisierung der Dampf beschichteten Bahnen dar.
Die zwei Schritte dieses Beispiels, Dampfbeschichtung, dann Verarbeitung mittels Wärme und Druck, können in umgekehrter Reihenfolge mit demselben Ergebnis ausgeführt werden. D. h., eine geordnete, nicht-zufällige Würfeleckenbahn kann zuerst, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, verarbeitet werden, um eine Bahn zu erzeugen, welche den Glitzereffekt zeigen kann. Die sich ergebende glitzernde Bahn kann dann einer Vakuumabscheidung mit Materialien auf der Würfeleckenseite unterzogen werden, um eine Würfeleckenbahn zu erzeugen, die ein sehr starkes, extrem brillantes Glitzern von beiden Seiten zeigen kann. Die Spaltenüberschrift "Verarbeitungsfolge" in Tabelle 5 gibt an, ob die Würfeleckenbahn zuerst glitzernd gemacht wurde und dann dampfbeschichtet wurde, oder zuerst dampfbeschichtet wurde und dann glitzerfähig gemacht wurde. Der Eintrag "Glitzernd, dann VC" betrifft eine Bahn, die in einer ersten Operation glitzernd gemacht wurde, und in der dann die Dampfabscheidung in einer zweiten Operation erfolgte. Der Eintrag "VC, dann glitzernd und Textur" betrifft eine Bahn, die in einer ersten Operation Dampf beschichtet wurde, und dann in einer zweiten Operation glitzernd gemacht wurde. In diesem Falle wurde die dampfbeschichtete Bahn ohne ein unteres Ablösepapier 76 in 11 glitzernd gemacht, und die sich ergebende Bahn hatte den Glitzerungseffekt überlagert auf einem Gesamtmuster oder einer Textur der unteren unbeheizten Gummiplatte 74.
Die Beispiele 10a und 10b wurden auf Leuchtdichte geprüft, und diese Beispiele zeigten LFY-Werte von 16,7 bzw. 18,9.
Beispiel 11
Herstellung eines retroreflektierenden Produktes mit einem Versiegelungsfilm
Glitzernde, retroreflektierende Würfeleckenbahnen hergestellt nach Beispiel 9 wurden mit einem 250 μm (0,01 Inch) dicken, pigmentierten, geprägten Vinylversiegelungsfilm (Nan Ya, Bachelor, Lousiana) Ultraschall verschweißt. Die Würfeleckenelemente der siebgedruckten glitzernden Bahn wurden mit der geprägten Seite des Versiegelungsfilmes in Kontakt gebracht, und ein 50 μm (0,002 Inch) dicker Polyesterfilm wurde dann auf die nicht geprägte Seite des Versiegelungsfilmes aufgebracht. Der Aufbau wurde auf einem strukturierten Amboß gelegt, der an der Basis eines Branson Model 184V Ultraschallschweißgerätes befestigt war, wobei die Polyesterbahn dem Horn der Schweißvorrichtung gegenüberlag und die Vinyl-Körperschicht der glitzernden Würfeleckenbahn den strukturierten Amboß berührte. Die Ultraschallschweißvorrichtung wurde bei 20 KHz, 4,2 × 10⁵ Pa (60 psi) 5,2 m/min (17 ft/min) mit einer Amplitude gleich 60 Prozent des Maximums und einem Hornradius von 7,277 cm (2,865 Inch) betrieben. Der Amboß wies drei 2,5 cm (1 Inch) breite Spuren mit benachbarten Dreiecken mit Seiten von etwa 3,5 cm in der Länge und Grundlinien von 5 cm (2 Inch) in der Länge und eine 2,5 cm (1 Inch) breite Spur mit Diamanten bzw. Rauten mit Seiten von 2 cm (0,75 Inch) Länge auf. Der Ultraschallschweißprozeß ergab versiegelte Proben deren Versiegelungslinien eine saubere Wiedergabe des Amboßmusters waren.
Alle vorstehend zitierten Patente und Patentanmeldungen sind als Ganzes durch die Bezugnahme in dieser Patentanmeldung beinhaltet.
Wie durch die vorstehende Diskussion dargestellt, kann die Erfindung verschiedene Modifikationen und Veränderungen annehmen, ohne von ihrem gesamten Schutzumfang und ihrer Erfindungsidee abzuweichen. Demzufolge ist die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene beschränkt, sondern soll nur durch die in den Ansprüchen und jeglichen Äquivalenten davon beschriebenen Beschränkungen begrenzt sein.

Claims

Glitzernde retroreflektierende Bahn mit einer Anordnung von Würfeleckenelementen, die Flächen von benachbarten Würfeleckenelementen aufweisen, die so angeordnet sind, daß ein zwischen Flächen benachbarter Würfeleckenelemente angeordneter Flächenwinkel α in einem solchen Maß variiert, daß die Bahn glitzert, wenn Licht darauf einfällt, wobei das Glitzern von einer Vorderseite der Bahn unabhängig davon erkennbar ist, ob ein Versiegelungsfilm auf der Anordnung von Würfeleckenelementen angebracht ist, wobei die Anordnung von Würfeleckenelementen durch sich im allgemeinen schneidende Rillen definiert ist, wobei wenigstens eine Rille Flächen von benachbarten Würfeleckenelementen besitzt, die so angeordnet sind, daß ein zwischen benachbarten Flächen angeordneter Flächenwinkel α entlang der bzw. den Rille(n) variiert.
Retroreflektierende Bahn nach Anspruch 1, wobei die Anordnung der Würfeleckenelemente durch drei Sätze von sich schneidenden Rillen definiert ist, wobei jeder Rillensatz zwei oder mehr im allgemeinen parallele Rillen aufweist und wenigstens eine Rille in wenigstens einem der Sätze Flächen von benachbarten Würfeleckenelementen aufweist, die so angeordnet sind, daß der Flächenwinkel α, der zwischen den benachbarten Flächen angeordnet ist, entlang der bzw. den Rille(n) in dem Satz variiert.
Retroreflektierende Bahn nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eine Rille in jedem der drei Sätze sich schneidender Rillen Flächen von benachbarten Würfeleckenelementen aufweist, die so angeordnet sind, daß der Flächenwinkel α, der zwischen den benachbarten Flächen angeordnet ist, entlang den Rillen in allen drei Rillensätzen variiert.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Würfeleckenelemente jeweils eine Basisebene aufweisen, und die Würfeleckenelemente so angeordnet sind, daß die Basisebenen nicht alle in derselben allgemeinen Ebene liegen, wenn die Bahn flach liegt.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Würfeleckenelemente wenigstens über einen Abschnitt der Anordnung zufällig gekippt sind.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Würfeleckenelemente etwa 60 bis 200 μm hoch sind und eine Variation in der Höhe zwischen den Scheiteln von 1 bis 40 μm im Mittel zeigen.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Glitzern von der vorderen und hinteren Seite der Bahn gesehen werden kann, wenn Licht entweder auf die vordere oder auf die hintere Seite der Anordnung auftritt.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Glitzern der Bahn einen Lumineszenzfaktor Y (LFY-Wert) von 38 oder größer verleiht, wenn er gemäß ASTM E 1349-90 gemessen wird.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Glitzern der Bahn einen Lumineszenzfaktor Y (LFY-Wert) von 55 oder größer verleiht, wenn er gemäß ASTM E 1349-90 gemessen wird.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Anordnung von Würfeleckenelementen mit einer Schicht aus Metall beschichtet ist und wobei die Bahn einen Lumineszenzfaktor Y (LFY-Wert) von 10 oder größer zeigt, wenn er gemäß ASTM E 1349-90 gemessen wird.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 10, wobei die Würfeleckenelemente Basiskanten aufweisen, die nicht in derselben gemeinsamen Ebene liegen, wenn die Bahn flach liegt.
Retroreflektierende Bahn nach Anspruch 2, wobei der Winkel α von 0 bis 180° variiert.
Retroreflektierende Bahn nach Anspruch 12, wobei der Winkel α von 35 bis 115° im Mittel variiert.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 13, wobei einige Würfeleckenelemente übereinander gestapelt sind.
Retroreflektierende Bahn nach Anspruch 1, welche ein glitzerndes Bild auf einem nicht-glitzernden Hintergrund, ein nicht-glitzerndes Bild auf einem glitzernden Hintergrund, oder ein glitzerndes Bild auf einem glitzernden Hintergrund aufweist.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Lichtpunkte, die das Glitzern aufweisen, verschiedene Farben des sichtbaren Spektrums zeigen.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Glitzern wenigstens etwa 10 Lichtpunkte pro Quadratzentimeter zeigt.
Retroreflektierende Bahn der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Glitzern wenigstens etwa 50 Lichtpunkte pro Quadratzentimeter zeigt.
Retroreflektierendes Produkt, das die retroreflektierende Bahn nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und ferner einen Versiegelungsfilm aufweist, der auf einer Rückseite der Anordnung der Würfeleckenelemente befestigt ist.
Kleidungsartikel, der das retroreflektierende Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 19 auf einer Außenoberfläche befestigt aufweist.
Retroreflektierender Artikel, der die retroreflektierende Bahn nach einem der Ansprüche 1 bis 19 in einer rohrförmigen Konfiguration angeordnet aufweist.
Retroreflektierender Artikel nach Anspruch 21, welcher eine Armatur an seinem einen Ende aufweist, wobei die Armatur die Befestigung des retroreflektierenden Artikels an einer Lichtquelle ermöglicht.
Glitzernder Artikel, welcher Licht retroreflektieren kann, wobei der Artikel aufweist: (a) eine Basisoberfläche; und (b) eine strukturierte Oberfläche gegenüber der Basisoberfläche, wobei die strukturierte Oberfläche eine Anordnung von Würfeleckenelementen aufweist, die durch drei Sätze von sich schneidenden Rillen definiert ist, wobei jeder Rillensatz zwei oder mehr im allgemeinen parallele Rillen aufweist und wenigstens eine Rille in wenigstens einem der Sätze Flächen von benachbarten Würfeleckenelementen aufweist, die so angeordnet sind, daß ein Flächenwinkel, der zwischen benachbarten Flächen angeordnet ist, entlang der bzw. den Rille(n) in dem Satz vari iert, wobei die Variation des Flächenwinkels unabhängig von der Befestigung eines Versiegelungsfilms auf der strukturierten Oberfläche ist.