具有金属化的立方角反射片的指示牌的制造方法 发明的背景
本发明涉及用逆向反射立方角反射片制造指示牌的方法，特别是使用在立方角面上带有镜面反射层的反射片制造指示牌的方法。
用于本文的术语“指示牌”指独自树立的，通常用文字数字，符号，图象或其它记号传达信息并且使用时安装在如标杆，框架，墙或类似物体上的制品。具体的例子包括用来控制交通(停，让，限速，信号，路旁标志，等等)的指示牌，路牌，以及机动车的牌照板。术语“逆向反射”指将斜入射光线以与入射方向反平行或近于反平行的方向反射，使得入射光返回光源或其邻近区域的属性。
两种已知类型的逆向反射片是微球基反射片和立方角反射片。微球基的反射片(有时称为“嵌珠的”反射片)使用大量微球，通常至少部分嵌入粘结剂层，并具有相连接地镜面反射或漫反射材料(例如颜料颗粒，金属薄片，蒸气镀层)以逆向反射入射光。说明性的实例公开在美国专利3,190,178(McKenzie)，4,025,159(McGrath)，和5,066,098(Kult)中。相反，立方角逆向反射片包含一个主体部分，它具有包含着大量立方角元件的结构表面。每个立方角元件含有三个近乎互相垂直的光学面，合力逆向反射入射光。通常，但并非总是，该主体部分具有一个基本上平面的前表面和一个与该结构表面相符合的后表面。例子包括美国专利1,591,572(Stimson)，4,588,258(Hoopman)，4,775,219(Appledorn等)，5,138,488(Szczech)，5,213,872(Pricone等)，5,691,846(Benson，Jr.等)和5,696,627(Benson等)。
按给定的立方角元件的每个面反射光线的机理立方角反射片又可进一步分类。其中的一类，反射由全内反射(″TIR″)提供。在此情况中，立方角元件是由透明材料构成的棱锥形结构，所述的反射面是透明材料与良性气(或其它低折射率介质)环境之间的界面。未审定美国申请09/087,683讨论了这一类型的立方角反射片。
本申请涉及另一类型的立方角反射片，其中反射是通过安置在立方角元件面上的镜面反射材料薄层提供的。铝，银，金，铜等，或它们的组合，甚至非金属如多层介电组件都可通过蒸气沉积法或其它方法涂覆在立方角元件面上，用作镜面反射材料。不论所用镜面反射材料是什么类型，在本文中这种反射片都称为金属化的立方角反射片，即使镜面反射材料不含有金属。
目前，在用金属化的立方角反射片制造逆向反射指示牌时，指示牌板用金属，木材，塑料等硬质材料制成。本文中“指示牌板”是指适合于安装在所需的最终用途中的硬质基材。随后提供金属化的立方角反射片，这种反射片本身是在独立的步骤下制得的，包括至少一个第一聚合物层，它具有光滑的前表面和界定棱锥形立方角元件的后结构表面；涂覆在结构表面上的一薄层铝；涂覆在铝层上的一层压敏粘合剂(″PSA″)；在反射片背面覆盖着压敏粘合剂层的剥离衬里。通过剥去剥离衬里暴露出压敏粘合剂层就制好了这样的金属化的反射片。将该反射片的粘合剂层与指示牌板的前表面接触，贴在指示牌板的光滑的平整的前表面上。在把反射片贴在指示牌板之前或之后，可将文字，符号，或其它记号加在第一聚合物层之上的各层上。
一直存在着降低逆向反射指示牌的成本和简化其制造的需要。
发明概述
在本文中公开的方法能够取消在金属化的立方角反射片上涂覆粘合剂和贴上剥离衬里的各个步骤。而是，通过以下步骤可以制造逆向反射指示牌：将硬质的基材层和粘合剂层共挤出，该硬质基材层适合用作指示牌板；提供具有包括了大量立方角元件的结构表面的立方角反射片，该立方角元件上有镜面反射材料；将该逆向反射片贴在所述的粘合剂层上。硬质的基材较好包含聚烯烃材料，在一个实施方案中，挤出的基材中包含沟槽，以便提高硬度，减轻重量，降低成本。粘合剂层可包括单层或多层，对立方角反射片和硬质基材层都显示高粘合强度。粘合剂层可包含热活化的，压敏的，或其它合适的粘合剂。
该方法可用于这样的金属化的立方角反射片，其中结构表面形成于反射片的后表面上，在该后表面上立方角元件面形成棱锥状突出。该方法还可用于这样的金属化的立方角反射片，其中结构表面形成于反射片的前表面上，在该前表面上立方角元件面形成孔穴。
附图简述
图1说明本发明所述的一种方法，可用于制造逆向反射指示牌。
图2示出图1中所示的各层的片段剖示图。
图3示出一类金属化的立方角反射片的放大的片段剖示图。
图4和图5是用改进方法制造的另一种逆向反射指示牌的片段剖示图。
图6说明这一改进的方法。
图7是按照本公开的方法之一制造的代表性的逆向反射指示牌的透视图，其中一部分金属化的立方角反射片被示成从指示牌板上撕开。
图8是按照一个所公开的方法制造的另一个代表性的指示牌的部件分解图。
在这些图中，为了方便起见，相同的参照符号被用来表示相同的元件或显示相同或类似功能的元件。
说明性的实施方案的详述
在图1中，流程10正在进行逆向反射指示牌的制造过程。将要构成指示牌板的熔融材料由一个或多个挤出机12加入共挤出模头14。模头14也从一个或多个挤出机16接受适合作为粘合剂的熔融材料。选择挤出机的流速和模头14的构造，以便产生相对厚的硬质基材层18和相对薄的粘合剂层20。这些层通过辊22a和22b被延压。在一个实施方案中，如图所示，一卷具有后表面24a的金属化的立方角反射片24也通过辊22a，22b，使得反射片24通过粘合剂层20粘合到硬质基材层18上。或者，反射片24可在延压操作之后另外贴上。当层压结构向着冲床或切割机26行进时，可用电扇，水浴之类进行冷却。在切割机26上，该结构被切成单个的指示牌板料28，或切成标准长度，以后再由它切成指示牌。在一个较不理想的替代方法中，在硬质基材层18/粘合剂层20的组合被切成单个指示牌板料之后，再将反射片24贴上去。在此情况中，粘合剂层20可能需要刚好在贴上立方角反射片24之前进行例如加热的准备工作。如果立方角反射片24最初没有包含标志或其它图象，则可在切割操作之前或之后将另外的一层或多层层压或用别的办法贴在反射片24上。
如上所述的制造立方角逆向反射指示牌的方法省却了在一个独立的步骤中将粘合剂层涂覆在立方角反射片上的需要，也省却了对损耗性的剥离衬里的需要。
在本方法中，硬质基材层18和粘合剂层20的一者或二者可包含多组成材料和多组成层。基材层18较好由相对廉价的聚合物材料(如聚烯烃，特别是高密度聚乙烯)构成。为了有利于环境，可以使用回收的塑料。可简单地将这种材料的粒料加入挤出机12中。
粘合剂层20可包含热活化的或压敏的粘合剂，或对立方角反射片的背表面24a和对硬质基材层有高结合强度的其他合适的材料。乙烯丙烯酸的聚合物(EAA)和/或乙烯乙酸乙烯酯的聚合物(EVA)通常是合适的，即便要粘合的立方角反射片的背表面是由铝蒸气镀层或其他金属层构成的。由杜邦出售的BynelTM牌树脂也很适用，特别是当要粘合的立方角反射片的背表面包含诸如聚碳酸酯的聚合物时。使用丙烯酸和丙烯酸异辛酯(“IOA”)的混合物的压敏粘合剂也在考虑之中。美国专利Re.24,906(Ulrich)和5,660,922(Herridge等)还提出了其他合适的粘合剂。更多的粘合剂组合物可在美国专利5,637,646(Ellis)和4,181,752(Marten等)中找到。还可使用在美国专利申请09/393,369(“Retroreflective Articles Having Multilayer Films and Methods ofManufacturing Same”Lasch等)中公开的三层或双层或其他多层粘合剂结构。粘合剂层20还可包括促进粘合或改善共挤出的中间聚合物层(在本领域中称为联系层)。
图2示出了各种可用于图1方法的层的片段剖视图。金属化的立方角反射片30(前表面32和后表面34)包括主体层36，它维持在其表面上的立方角元件的结构表面的整体性，在这一情况下该结构表面与背表面34相符合。一层镜面反射材料(在图2中看不到)安置在结构表面上。入射在前表面32上的光通过反射片的主体层，从立方角元件的金属化的面上反射出来，以大体朝光源的方向从前表面32射出。反射片30也可包括顶层38。层38可包括常规的紫外吸收剂，带图案的油墨层，或其他图案化的层，形成如数字文字，符号，或图象以及他们的组合的标志。顶层38也可包含由3M公司出售的ElectrocutTM膜和能够形成标志的类似的膜。图3提供了反射片30的近视图，其中在主体层36的结构表面上有一层镜面反射材料37。
回到图2，硬质基材层18和粘合剂层20最初被示成与立方角反射片34分离，然后再和它结合。粘合剂层20围绕着结构表面中的突起物流动，并对硬质层18和对金属化层37都有高结合强度。
图4和图5示出用稍稍改进的方法制造的另一种逆向反射指示牌的片段剖视图。这些剖视图以相应于该方法的上卷方向(如图1所示的A-A部分)取自指示牌。在图4和图5中，硬质基材层18已被不同的硬质基材层40所取代。像层18一样，层40也是与粘合剂层29一起共挤出的，并形成指示牌板，在其上安装立方角反射片。和层18不同，层40包括了孔隙或沟槽42，它们降低了产品的重量和材料用量，同时保持了很好的坚固性。在高速公路上指示牌板轻的重量一般相应地降低了机动车与它相撞时它可能造成的破坏。降低材料用量相应地降低制造成本。沟槽42以与共挤出层的移动方向相对应的方向贯通指示牌板的长度。在图4和图5的片段剖视图中只显示了2个沟槽42，但是沿指示牌的宽度可重复有这样的沟槽。沟槽42可如图示为封闭的，即在剖视图中被硬质基材层的材料所包围，或者它们可以是开放的，例如在剖视图中它们具有倒“U”形。
图5显示了与图4相似的指示牌剖面，只是金属化的立方角反射片30已被金属化的立方角反射片44代替。立方角反射片44具有前表面46和后表面48。然而，该反射片包括主体层50，它的结构表面52(立方角元件在其中形成)与后表面48不符合。在结构表面52中的立方角元件包含3个近乎相互垂直的面，就像在反射片30中一样，但在反射片44中这些面被排列成凹穴而不是如在反射片30中那样的棱锥形突起。适用于本方法的这种立方角凹穴基的反射片可参见美国专利4,127,693(Lemelson)和未审定的美国专利申请09/227,963(″Cube Corner Cavity Based Retroflectors and Methods forMaking Samen″Smith等)和09/228,367(“Cube Corner Cavity BasedRetroflectors with Transparent Fill Material”Smith等)。连续的或不连续的镜面反射材料层被贴在结构面52上，使得每一个面都具有充分的反射性。顶层54可具有早先对层38描述相同的特征。另外，顶层54(或其部分)可如图5所示的那样流入各个立方角凹穴，或也可以不流入。或者，在某些情况下也可以取消顶层54，除非它对于形成标志是必需的。
图6说明流程60，它是图1方法的一个替代方法。如图所示，图6方法制造图5的逆向反射指示牌。如图1一样，提供挤出机12，16。用共挤出模头62代替共挤出模头14。模头62被设计为提供硬质基材层40中的沟槽42。在仍是熔融的状态对层20，40进行延压会不利地使沟槽42坍塌。因此，用常规的真空冷却器64取代辊22a，22b。真空冷却器64包含金属板64a，64b，在它的表面上具有与移动中的卷材相接触的孔隙，这些孔隙又与泵66连接。泵66提供足够的负压，使得移动通过的卷材不会在熔融状态下因自身的重量而坍塌。板64a，64b通过在其中循环的制冷剂68有效地冷却。在排出冷却器64时，产品已准备好可以在切割机26被切割成单块的指示牌料，由此产生指示牌70。
图7和图8是可以用本发明方法制造的代表性的指示牌的图示。在图7中，指示牌72包含指示牌板74(如前述的层40或18)和金属化的立方角反射片76(如前述的反射片44，30，或24)，为了说明的目的，反射片76被示成部分从指示牌板剥离。指示牌板74包括一层共挤出的薄粘合剂层，在图中未另行示出。指示牌72有一个或多个孔78，机械固定器80(如栓，铆钉，螺丝，钉子，或其它常规的固定器)可通过这些孔将指示牌固定在安装元件(如杆82)上。带有“停”字的标志贴在反射片76的顶层上。
图8是和指示牌72相似的指示牌84的部件分解图。指示牌84是机动车牌照板。金属化的立方角反射片86(与反射片76类似)具有背表面(图8中未示出)，与指示牌板88的前表面88a接触。前表面88a有一层共挤出的粘合剂层。标志就贴在立方角反射片86的顶层上。在指示牌板88上的孔88b用于安装的目的，这些孔与反射片86上的孔对应排列。最好在把金属化的立方角反射片安装到指示牌板上以后再冲出这些孔。
在逆向反射片的制造中，一般先制造具有所需要的结构表面的母模具，然后用电铸技术或其他常规复制技术复制。结构表面可包括基本上相同的立方角元件，或可包括具有不同尺寸，形状，或取向的立方角元件。该复制件的结构表面，在本领域中称为“打模机”，含有立方角元件的负象。该复制件可用作形成逆向反射器的模具。然而，更通常的做法是，将许多个正的或负的复制件组装在一起，形成大得足以用来制造逆向反射片的模具。然后可例如如上所述通过用一排立方角元件压纹(emboss)已有的片材，或将流体材料注入模具制成整体材料状的逆向反射片。或者，如PCT WO95/11464(Benson等)和美国专利3684348(Rowland)所报导的那样，通过在预制的膜上延压立方角元件，或将预制的膜层压在预制的立方角元件上，制造逆向反射片层叠产品。举例说，可通过把镍电解沉积在母模具上形成镍模具，用该镍模具制造反射片。电铸的模具可用作打模机将模具的图案压纹在一块厚约500微米，折射率约为1.59的聚碳酸酯膜上。该模具可用在压机中，在约175℃至200℃的温度进行挤压。
用于制造这种反射片的适用材料是那些尺寸稳定的，耐久的，耐气候老化的，容易成形为所需要的结构的材料。合适材料的例子包括丙烯酸类树脂(一般具有约1.5的折射率，如罗门哈斯的Plexiglas树脂)；热固性丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯，优选辐照固化的，聚碳酸酯(具有约1.6的折射率)；基于聚乙烯的离聚物(商品名为“SURLYN”)；聚酯；和乙酸丁酸纤维素。一般可以使用通常可在加热和加压下成形的透光材料。可用于形成逆向反射片的其他合适的材料公开在美国专利5450235(Smith等)中。按需要，反射片还可包括色料，染料，紫外吸收剂，或其他添加剂。
可用于本发明的指示牌板可包含一定厚度的聚合材料，它在风，雨，阳光，冰雹等环境力的存在下，甚至在摄氏零度以下的温度遭受物体的冲击时，能保持结构的完整性。这样的材料包括但不限于聚碳酸酯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；高密度聚乙烯；乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)；和聚酰胺。
实施例
通过共挤出硬质的基材层(厚度为约50-75密耳，1.3-1.9毫米)和粘合剂层(厚度约为2-3密耳，0.05-0.08毫米)制造指示牌板。使用宽度为约12英寸(300毫米)的2层共挤出模头。硬质基材层由高密度聚乙烯构成，具体型号为HiD9512聚乙烯，由得克萨斯休斯敦的Chevron化学公司出售。粘合剂层由EAA构成，具体型号为Primacor牌3440(9％酸)，由密西根的Midland陶氏化学公司出售。共挤出模头取向为使薄粘合剂层在底部，硬质基材层在顶部。基材流速(即，硬质基材层材料和粘合剂材料的流速)为约50磅/小时(23千克/小时)。这些熔融层在一对辊轴之间延压，然后冷却，切成易操作的尺寸。
将如此制得的指示牌板放在约250°F(120℃)的烘箱中约10分钟使粘合剂层软化。然后贴上金属化的立方角反射片。该反射片主要由具有结构前表面(在其上形成大量立方角凹穴)和平坦的后表面的主体层构成。主体层的前后表面都涂有铝蒸气镀层。立方角凹穴上没有覆盖顶层。将加热后的指示牌板从烘箱中取出，用手辊将金属化的立方角反射片贴在指示牌板上。将立方角反射片的后表面就此压在软化的粘合剂层的整个前表面上，只是沿着指示牌板的前表面的一条边上已经贴有一条ScotchTM MagicTM胶带，用于以后的剥离试验。将该结构物放置在环境温度的铝板之间以便冷却。除沿贴有胶带的边缘的反射片的折板外，立方角反射片牢固地粘合在指示牌板上。垂直于含有折板的边缘切下该指示牌板的一条1英寸宽的带，用于180度剥离试验，试验方法类似于ASTMD903标准试验方法。所用的剥离试验装置可测量的最大的力(4.4磅)尚不足以造成立方角反射片和指示牌板基材之间的粘合断裂。因此，粘合强度大于4.4磅/英寸(7.7牛顿/厘米)。
虽然本发明已结合优选实施方案进行叙述，但本领域的熟练人员会认识到，在不改变本发明的精神和范围的前提下对形式和细节可以作出改变。