光回归反射织物

光回归反射安全用纺织品的加工技术

及其原理综述

摘要介绍了光回归反射的定义及其纺织品的应用情况，其在安全领域，如交通安全专业服装、野外作业专业服装和儿童老人等的日常服饰的大量应用。同时着重介绍了光回归反射织物的加工技术及其原理，并对其发展前景做了展望。

关键词：光回归反射；光回归反射纺织品；加工技术；原理

1引言

回归反射是一种光学现象,当光线照射到透镜之类的物体上,经折射后聚集,再从焦点反射又经透镜折射回归光源方向,这就是回归反射。回归反射织物具有将照射到其上的人射光按原人射线大部分返回,提高自身能见度的功能,因而将它制成服装或其它用品,很适合夜间或黑暗处活动人员的穿着或携带,借以提高自身的能见度,防止交通事故的发生。

作为反光织物，肯定要求其拥有一般织物所拥有的外观、手感、服用性能外还有要求其反光性能。光回归反射织物作为一种功能性织物，具有很强的反射性能，醒目的机理也不同于一般的夜光或荧光物质；无辐射作用，无须事先经过一般时间的光照等。拥有良好的服用功能，它是一种理想、安全的防护用品。现今广泛应用于铁路、公路、消防、交警、环卫、救护、井下作业、野外工作等行业中的专业服装，还有人们日常生活中的服装、鞋帽、手套、箱包、雨具，大量用于老人、儿童、残疾人和城市居民的日用生活纺织品中。

具有回归反射性的制品早在本世纪30年代就已出现,我国从80年代中期开始研制,并有样品问世。作为反光织物,既要考虑其反光功能,又要考虑到外观、手感、服用性能以及可加工性、可缝性能等。用于纺织工业的反光布,多采用微珠露出型的加工方法,以期得到反光性能较好,而又较轻便、柔软、服用性能好的效果。目前，反光织物已经存在一系列的产品，根据反光亮度的不同可以满足不同用途的要求。一般来说，作为日常用的反光织物只有比一般织物亮几倍就可以满足要求，但是作为安全劳保服装，对亮度的观察角度的要求是比较高的。此外，反光布拥有许多花色品种、不同外形、各种色泽，又有直接在安全制品上印制花纹、图案、文字的反光印花或反光花布等。这样，既达到安全目的，又有装饰效果，扩大了应用范围。可供人们利用这种安全材料来提高行路安全［1-3］。

2 回归反射织物的结构

根据回归反射的原理和回归反射织物的结构，可知回归反射织物由基布、反射层、化学树脂、玻璃微珠等组成。［4-6］

2.1微珠

欲达到醒目的效果玻璃珠的选择很是重要。一般是使用由二氧化钛、一氧化钡、二氧化锆、一氧化锌、二氧化硅等组成的玻璃或塑料微珠。理论上，Nd=2.00时，特征光才会有真正回归性（微珠剥离）,经过试验证明折射率在1.9～2.2，直径在44～88 μm的微珠合适。［7］具体加工中微珠的折射率、直径大小是要根据反射制品的反光亮度要求来确定的，并在确定了加工方法后才进行。制成有色的微珠可以得到相应的彩色反光制品。内部反射光在进出微珠时要经过两次折射,微珠折射率的变化会对其回归反光能产生极大的影响。

2.2反射层

为了加强反射光强度，在玻璃微珠下面要有一反射率近100％的光反射层。用作反射层的材料一般用铝、银、锡、镍等，要求亮度要高，而且不易被氧化发黑。反射层的加工方法很多，有涂层法，真空镀层法，即蒸化真空沉积法，以及溅射法和液体处理法。目前，回归反射织物的反射层多用涂层法和真空镀铝法获得。

入射光折射进入微珠后,在微珠的背面分解为内部反射光与透射光,而这两部分光量的比是由微珠背面的反射率决定的。微珠的内部反射光仅占入射光的6.5%,而透射光占入射光量的86%.如要增强微珠的反光效果,必须将透射光转变为内部反射光。反射层对回归反光织物的反光强度有很大影响,反射层的反射率越高,回归反射光越强。［8］

2.3粘合剂

反光织物中，微珠、反射材料等与纤维都毫无亲和力，所以要使用粘合剂。粘合剂种类一般用丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、氯乙烯树脂、丙烯腈树脂混合物等。对粘合剂要求粘合力要强，透明度要高。目前国内外一般都使用溶剂型粘合剂，具有反光性好、粘合强度高、粘合迅速等优点，但是该类粘合剂不环保，而水溶性粘合剂可以彻底解决这个问题，因而水溶性的粘合剂具有很大的发展空间另外粘合剂的用量在制作过程中要求控制得当。

2.4基布

一般来说，各种紧密、平整、光滑的基布都适于作回归反射织物，只要经过适当的预处理，改善坯布本身经纬交织而产生的表面粗糙度，就可以使微珠在织

物上呈单层水平排列。

3回归反射原理［9-11］

回归反射是光的反射现象之一，与光的另两种反射现象——漫反射与镜面反射不同之处是光的反射方向沿着入射光的入射方向返回至光源。如图1所示。

图1表明了光的反射的三种状态，三种状态的产生与其物体表面光滑程度及表层物质形态有直接关系。漫反射——平行的入射光线射到粗糙不平的物体表面上，反射光向各个方向反射的现象；镜面反射——平行的入射光射到平滑的物体上，反射光以法线为中轴，与入射光对称的方向呈平行的反射现象；回归反射——平行的入射光射到球形透镜型或角锥棱镜型结构的物体上反射光沿接近入射光线返回的现象。

反光织物是由定向反光主体玻璃微珠、反射镜面层及织物底基、粘合剂等构成。当光线照射到玻璃球体时，光线在玻璃介质中产生折射，经球体后表面的镜面反射层反射后，又经球体折射返回光源方向。从而达到了反射光线方向按入射方向返回的目的。如图2。

常见的反光布有多种结构，如图3所示，目前市场销售的反光布主要是珠子露出型的结构，如图3(a)、(b)。

图3(a)为露出型，其结构组成依次为基布、粘接剂、反射层、粘接剂、微珠层。其特点是微珠呈单层水平排列，微珠的前面没有任何覆盖物，微珠的一部分暴露于空气之中，一部分埋植于粘合剂层中，微珠与反射层直接接触或靠得非常近。这种类型的反光性能好，适应的入射角广，但制成的回归反射织物表面粗糙，微珠容易脱落。附着水质会使反射性能降低甚至丧失，但可以通过后处理给以改善。这种类型所反射的光为白色。图3(b)也为露出型，其结构组成依次为基布、粘接剂、反射层、间隔层、微珠层。其特点几乎与上项所述相同，差别仅仅在于微珠与反射层之间有间隔层。

作为对图(a)，(b)两种类型作了进一步加工。(c)的特点是在暴露型的表面

罩上一层透明薄膜，将微珠罩盖在薄膜内，而不是埋植在粘合剂层内。这种类型能保持微珠与空气的界面，使回归反射织物的反光性能在潮气与雨水中不会降低，并使微珠保持稳定不掉以及受尘埃、污物等的影响。将薄膜着色或印制文字、图案能反射相应的彩色光，但反光性能不及上述类型。图(d)是封闭型，结构组成依次为基布、粘接剂、反射层、间隔层、微珠层、表面层，其特点是微珠呈单层水平排列并整个被埋植于表面层下，微珠与反射层之间有间隔层。其反光性能不及暴露型好，适应的入射角也不及暴露型广，但表面光滑，微珠不会脱落，反射性能不会受水质的影响。将表面层着色或印制文字、图案就能制得彩色或文字、花纹图案的回归反射织物，能反射相应的彩色光。

4加工方法

根据微珠的施加方式，可分为三种加工方法。

4.1 涂珠法

所谓涂珠法就是将玻璃微珠与粘合剂混合调制成涂层浆，涂刮于织物上而成。该方法制作简单，成本低，但是成品手感不佳，以民用为主，无法达到特殊流域的反光要求。按工艺流程的不同又可分多次加工法和一液一道加工法。(1)多次加工法，依次在基布上面，涂底层→涂反射层→涂玻璃微珠层，经过后处理，就是涂上透明树脂、防水整理等。在基布上涂底层，使底布表面光滑，是为了提高反射层的反射效果，从而提高产品的反光强度；(2)一液一道加工法，该法是将回归反射加工中多层结构所需要的玻璃微珠(或塑料微珠)反射材料、着色颜料、粘合剂等全部混合成为一体。现统称为“全球系”油墨，然后将此油墨配制成印花浆或涂层浆，经一道涂层或印刷工序加工，即可成回归反射制品。

4.2植珠法

植珠加工法利用高压电产生强电场，使玻璃微珠带电而吸附于织物上的静电

植珠法，有将微珠均匀撒在涂有粘合剂的织物上的撒珠法，以及通过微珠槽的粘珠法。该法成品手感较粗，但可缝纫。目前，国内对于涂珠加工法和植珠加工法都有应用。

工艺流程：基布底涂或浸涂→施加反射层→涂粘合剂→植珠→后处理。

4.3转移法

转移基材→前处理→布珠→热处理→反射层处理→涂覆或印刷。

(1)复合织物→剥离→后处理。

(2)热熔背涂→复合保护材料→塑膜产品→转烫到织物上。

转移法生产产品应用广泛方便灵活，它具有外观光滑细腻、手感柔软的特点，不但反光强度高，而且防水、耐磨、耐洗。并且背涂特种热熔胶的产品使用灵活方便，可以加工成布，也可以电脑刻成图案、字符，转烫到各种基材上，如服装、革、鞋帽、雨衣等。该方法制作成本较高，工序复杂，但越来越受欢迎。

5回归反射织物反射性能测试及方法［12-14］

根据反光织物的用途不同，所要求的回归反射制品的性能也不相同。现在国内尚没有统一标准，一般来说要求以下几个项目：(1)亮度要求；(2)夜间能见距离；(3)表面抗湿性；(4)耐静水压大小；(5)表面摩擦牢度；(6)折叠摩损牢度；

(7)耐热、耐寒性；(8)耐日晒牢度；(9)耐干洗性；(10)皂洗牢度。其r9(3)-00)项的测试，一般是采用常规的测试方法。

显然作为反光织物在夜间或者黑暗之中表现出的特色和作用是我们所看重的。回归反射织物的反射性能是最重要的指标之一，回归反射材料的反光性能测试主要是光强度系数和逆反射系数的测试，而测试方法有绝对测试、相对测试以及光谱辐射法测试。

6发展前景［15，16］

公路、铁路等交通建设飞速发展，繁忙的交通昼夜不停，交通工作人员和夜间行走的普通人员的安全问题迫在眉睫。在我国由交通部率先推出的养路工统一安全标志制服，在全国范围执行使用。经过近10年的孕育发展，除交通部外，安全、环卫、石油勘测、铁路、煤矿、民政等都在使用中，但鉴于美国3M公司反光材料的价格太高，只能用较便宜的国产中低亮级产品。反光材料在服装服饰、鞋帽的使用与普通纺织面料不同，它是以条带、字符、装饰图案等形式使用，因此，它的使用量不可能像纺织面料那样大，从另外一种意义上讲，反光材料的使用是为了提高行人的安全性，即提高司机发现目标的距离。而能见距离与反光材料的使用面积、产品的反光强度成正比。如产品的反光强度高、使用面积虽小，

夜间能见距离可以很远，从而提高安全系数，因此市场上逐渐趋于需要高反光强度的产品，所以用梯度折射率微球代替传统的超高折射率匀质玻璃微球制作反光材料有着广阔的发展前景，我们应该加大在此处的投入。据不完全统计，目前仅国内的需求量近两三千万平方米，其中进口约占30％。从发展趋势来看，人们的安全意识在增强，反光材料的需求会持续增长，尤其国内普通民用的使用会使反光材料的市场需求成几倍增长，并且要求在提高主要性能指标的同时，还要在手感外观弹性等方面改善。

目前，国内用户对国内生产的反光布的反光性能、防水性能、耐洗性能反光布所起的安全保护作用等方面给予了肯定，主要性能指标也是越来越好，但与美国3M公司的产品比较，在反光强度及其他一些技木指标如耐磨、耐洗性、耐气候等存在相当大的差距，还不能适应全球市场发展的需要，尤其是作为安全劳保服装，要求反光强度越高越好，反光角度越大越好。因此，加速反光产品研究开发，满足市场需求具有非常重要的现实意义。

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