Вступ
світоповертаюча плівка
Самоклейка світоповертаюча плівка – (ССП) використовується для залучення уваги учасників дорожнього руху до дотримання дистанції на дорозі, позначити габарити вантажних автомобілів, і зробити їх добре видимими в будь-який час доби і за будь-яких погодних умовах і, при цьому, не відволікати увагу водіїв від керування транспортним засобом.
Прямим попередником самоклейка світоповертаюча плівка для контурної маркування автомобілів були світловідбиваючі наклейки.Світоповертаюча плівка використовуються по всьому світу з 1939 року [1], коли в США був виготовлений і встановлено перший в світі дорожній знак.
Для вирішення поставлених завдань в ряді країн були проведені експерименти з використанням світловідбиваючої стрічки-плівки і нанесенням її в якості контурної маркування кузовів на великовантажні автомобілі, а також позначення дорожньої розмітки нанесенням акрилових композицій, допійованих світлоповертаючими елементами [2,3]. В результаті в США кількість аварій в темну пору доби серед автомобілів, маркованих світловідбиваючої стрічкою скоротилося більш ніж на 20%. У Німеччині використання світловідбиваючої стрічки призвело до зниження аварій вже більш ніж на 40% серед тих же автомобілів. але
найбільш вражаючими виявилися результати Європейської асоціації страховиків. серед 3500 вантажних автомобілів з нанесеною на них контурній маркуванням за 1,5 року експерименту асоціації не довелося виплатити жодної компенсації
за страховими полісами [1].
Після досягнення таких результатів використання світоповертаюча плівка для контурної маркування великовантажного автотранспорту, це нововведення стали вводити на законодавчому рівні на території Євросоюзу [1]. В Україні світоповертаюча плівка також отримала широке поширення. Вона використовується для виготовлення дорожніх знаків, маркування одягу, різних рекламних щитів і т.д.
Структура світлоповертаючих плівок
Світоповертаюча плівка застосовується в багатьох виробах, таких як номерні знаки автомобілів, дорожні знаки, попереджувальні знаки і інші світлоповертаючі об’єкти [4]. Для багатьох з таких об’єктів важливо, щоб плівка не тільки володіла світлоповертаючими властивостями, але і могла бути нанесена на основу, яка має нерівний рельєф, одержуваний штампуванням, пресуванням, видавлюванням або іншими способами. Наприклад, номерний знак зазвичай має плоску, в цілому, основу (таку як
алюмінієва пластина), яка піддається штампуванні, пресування, видавлювання рельєфу або іншої операції деформації в холодному стані, в результаті якої утворюються підносяться над фоном області, відповідні алфавітно-цифровим символам і / або інших знаків. Коли ССП застосовується при виготовленні номерного знака, вона за допомогою ламінування прикріплюється до основи, коли основа ще є плоскою (тобто до штампування, пресування або видавлювання рельєфу), а це означає, що світоповертаюча плівка повинна бути пристосована до операцій деформації в холодному стані [5].
З полімерів легко формуються катафоти – пластини, на задній поверхні яких видавлені призми повного внутрішнього відображення, і пластини з так званих світлоповертаючих матеріалів. Світлоповертаючий матеріал отримують
рівномірним розподілом в шарі полімеру сферичних лінз (мікроскопічних скляних кульок), щільно прилягають одна до одної [6].
Мікростеклошарікі з показником заломлення, який значно більше, ніж показник заломлення використовуваного полімеру, грають роль оптичних світлоповертаючих елементів. Отримана таким чином плівка являє собою
багатошаровий композит, товщиною до 180 мкм
Принцип дії світлоповертаючою плівки полягає в тому, що вона відображає світловий потік в напрямку його джерела, наприклад, фари автомобіля. Световозвращенія відбувається за рахунок використання на поверхні плівки безлічі мікрокульок або мікропризм, що знаходяться в прозорому полімері і виконують роль сферичних або призматичних лінз .
У світлорефлекційному елементі спостерігаються як мінімум шість заломлень. Їх може бути і більше при додатковому покритті плівки, наприклад, шаром, що дозволяє наносити сольвентні фарби. Чим більше кількість заломлень, тим більше буде відбуватися зсув відбитого світлового пучка і, як наслідок, зниження відбивної здатності [8]. Конструкція найбільш поширених
плівок є шар мікростеклошаріков, поміщених в слойсветопрозрачного полімеру. Нижня поверхня мікростеклошаріков (приблизно 1/3) металізована для створення ефекту дзеркала. Верхня поверхня композиції закрита захисним полімером: поліестером або акрилом.
На нижню металізовану поверхню нанесений клей, закритий антиадгезионной папером. Плівки, захищені поліестером, володіють
більшої механічною міцністю, але через старіння поліестеру (помутніння під дією світла) мають менший строк служби [9]. Плівки, захищені акрилом, мають більший термін служби і переважні для виготовлення знаків методом шелкографические друку, але вони мають меншу механічну міцність в процесі виготовлення знаків і в експлуатації. Термін служби плівки
визначається як період, протягом якого фотометричні характеристики плівки погіршуються НЕ більше, ніж в 2 рази [10].
З оптичної точки зору, скляний світлоповертаючий елемент у вигляді кулі ( «склокульок») являє собою поєднання опуклою лінзи з увігнутим дзеркалом. Промінь світла входить в кулю через опуклу вхідні поверхню, заломлюючись на кордоні “повітря-скло” в напрямку до центру кулі, далі потрапляє на протилежний падінню сторону кулі, поверхня якої являє собою аналог увігнутого дзеркала, що має коефіцієнт відбиття, що залежить від величини показника заломлення скла n (відповідно до закону Френеля);
відбивається від неї, і через кордон “скло-повітря”, заломлюючись на ній, повертається в напрямку, зворотному напрямку падіння. така конструкція світлоповертального елемента діє при будь-якому куті освітлення, забезпечуючи световозвращенія
падаючого на нього випромінювання. Однак, коефіцієнт световозвращенія R «склокульок» невисокий, він залежить від розмірів кулі і показника заломлення скла. Паралельний пучок променів, посланий на кульку, відіб’ється в строго зворотному напрямку за умови, якщо випромінювання буде фокусуватися першої поверхнею на протилежну поверхню кулі, тобто за умови, якщо d = f1,
де f1 = nR / (n-1) – фокусна відстань першої поверхні кулі, для кулі d = 2R. Цей умова може бути виконано тільки при n = 2. Для конкретної заданої довжини хвилі висвітлює випромінювання не може бути вибраний прозорий матеріал з такою величиною показника заломлення. Для більшості стекол показники заломлення рівні 1,5 … 1,7, тобто фокусна відстань f1 = (2,4 … 3) R. Таким чином, пучок випромінювання, переломлений на першій (Вхідний) поверхні кулі, на другу (відображає) його поверхня не фокусується, тому що d <f 1 (і чим менше показник заломлення скла, тим далі площину фокусування першої поверхні
відстоїть від поверхні, що відбиває кулі) [11]. Процес відбиття світла в плівках, виготовлених за технологією використання мікропризм, кардинально відрізняється від процесу відображення в плівках на основі скляних кульок повного
відображення в кутовий відбивач. У таких плівках набагато менше заломлень, а геометрія светоотражающего елемента дозволяє направити падаючий світло з набагато більшою точністю назад до джерела, ніж в плівках на основі скляних кульок.
Під яким би кутом ні падало світло на такий елемент, він повертається назад до джерела світла. Навіть при не зовсім точної орієнтації мікропризми в плівці світло повертається з тією ж точністю. При цьому закони відображення світла не нарушаються, і це виднона схемі: кут падіння світла дорівнює куту відбиття щодо перпендикуляра до освітлюваної площини.
Деякі виробники таких матеріалів виготовляють мікропрізматіческіе плівки з особливою конструкцією мікропризм і їх орієнтацією, що дозволяє забезпечити різні кути огляду в вертикальному і горизонтальному напрямках. на таких плівках нанесена спеціальна лінійна маркування для її орієнтації перед нанесенням на поверхню. Взаємно дотичні пірамідальні призми можуть бути утворені на одній стороні прозорого листового матеріалу (зазвичай пластика) методом формування або штампування (тиснення). У призм є три поверхні, які взаємно перетинаються під кутами 90 °. подібні призми в формі піраміди відомі з рівня техніки як уголковие відбивачі [12]. Уголковие відбивачі, не мають покриття у вигляді шару, що відображає металу, мають здатність световозвращенія за рахунок повного внутрішнього відображення (ППО) для променів світла, що падають на поверхні уголкового відбивача в межах деякого критичного інтервалу кутів. Як наслідок, значна частина світлового пучка, спрямованого на масив подібних відбивачів, буде повернута в напрямку джерела світла за умови падіння цього пучка на даний масив в межах критичного інтервалу кутів. В альтернативному варіанті поверхні уголкового відбивача (мікропризми) можуть бути покриті шаром металу, щоб зробити відбивач ефективним для більш широкого набору падаючих променів. Самоклейка світоповертаюча плівка – (ССП) використовується для залучення уваги учасників дорожнього руху до дотримання дистанції на дорозі, позначити габарити вантажних автомобілів з лицьового боку мають спеціальний шар полімеру, що запобігає пошкодження світлоповертаючих елементів. Найчастіше в якості захисного шару застосовують поліефір (ПЕТФ – поліетилентерефталат) [13]. Він захищає матеріал і від сонячного ультрафіолетового випромінювання. Такий шар здатний утримувати на своїй поверхні спеціальні фарби, що наносяться шовкотрафаретним способом. Тому за допомогою такої технології фарбування можна створювати різні наклейки, наприклад, для огороджувальних та запобіжних елементів небезпечних зон на виробництві або будівельному майданчику. Деякі серії плівок крім ПЕТФпокритія мають ще додатковий верхній шар, сприйнятливий до дії фарб на основі розчинників. За допомогою таких плівок можна створювати повнокольорові світлоповертаючі зображення фотографічної якості [6]. В даний час в Украіні використовуються світоповертаючі плівки зарубіжних виробників, таких як «3М» (США), «AVERY DENNISON» (Німеччина), «ТМ» (Китай) [8]. Найбільш поширеною і відомою фірмою є американська компанія «3М», саме їй в 1939 році була винайдена світлоповертаюча плівка [8]. На даний момент компанія виробляє світоповертаюча плівка під назвою «3М c» [13].
Найбільш широкий асортимент світоповертаюча плівка на світовому і російському ринку представлений фірмою Oralite (Німеччина). Віддзеркалення світла від поверхні цих плівок відбувається в напрямку джерела. Світловідбиваючий шар складається з світлопроникний полімеру з включенням скляних мікросфер. Здатність до спрямованого відображенню пояснюється як інтенсивної акумуляцією світла микросферами, так і дзеркально-лінзовий (катадіоптричні) ефектом, що виходять за рахунок особливої обробки поверхні мікросфер. щоб уникнути небажаної світлопроникності і посилити інтенсивність відбиття світла, під шар
мікросфер додається “срібний” світловідбиваючий шар [16]. Така добавка робить світоповертаюча плівка кілька важче, ніж звичайні вінілові плівки У таблиці 1 представлені порівняльні характеристики і асортимент плівок Oralite. За технологією виготовлення плівки
ORALITE діляться на 2 типу:
– тип I: всередину прозорого полімерного шару, що становить основу плівки, інтегровані скляні мікросфери. На “зворотний” бік
нанесені по порядку: шар світловідбиваючої амальгами, потім клейовий шар і підкладка;
-тип II: виробництво плівок другого типу –
це складний багатостадійний високотехнологічний процес, що полягає в тому, що в прозорий полімерний шар, що становить основу плівки, інтегровані скляні мікросфери, окремі групи яких об’єднані всередині повітряних “сумок” – капсул. Капсули герметичні -проміжки між ними міцно заварюються. З “Зворотної” сторони на мікросфери нанесено шар світловідбиваючої амальгами. “Зворотній” бік плівки покриває спеціальне біла речовина, потім клей і підкладка (рис.4) [19]. застосування дан
148 ної технології дозволяє істотно поліпшити що відображають і експлуатаційні характеристики плівки.