（纺织工程专业论文）微珠直径对回归反光织物性能的影响[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 本文重点研究微珠直径对回归反光织物性能的影响，根据研究的需要，文中首先分 析微珠直径对单个微珠性能的影响，然后再对回归反光织物性能的影响展开讨论。在研 究中进行了理论分析、实验分析以及理论与实验相结合的过程。 在分析微珠直径对单个微珠性能的影响中，首先从理论上分析对微珠性能影响的几 个方面，主要包括反光性能和其它性能，得出微珠的光强度与微珠直径的平方成正比。 由于玻璃微珠的直径只有几十微米，无法测出单个微珠的光强度，实验中选择与玻璃微 珠光学原理一致的玻璃棒作为研究对象。实验表明与理论分析结论达到了统一。 在分析微珠直径对织物性能的影响中，首先从理论上分析对织物性能影响的几个方 面，主要包括反光性能、牢度性能以及其它性能，得出微珠直径较大时，微珠覆盖率、 织物反光强度都会提高以及织物其它性能发生变化。再加以实验的测量，实验表明，微 珠直径的变化会影响微珠粒数在织物表面的分布情况、微珠覆盖率、织物厚度、织物单 位面积重量、织物的耐摩擦性能以及织物的反光强度。 由于反光性能是回归反光织物最主要的性能，对影响这一性能的几个主要因素进行 了详细分析，并得出微珠直径的大小代表单个微珠光强度的高低；微珠粒数代表反光点 数目的多少；微珠覆盖率代表反射光线数量的多少。当微珠直径与微珠覆盖率都较大时， 回归反光织物的反光强度就会提高。 关键词：微珠直径；覆盖率；性能；反光强度；摩擦性能 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，j tm a i n l ys t u d j e st h ed i a i i l e t e ro fm i c m 一目a s sb e a d st ot h ei n n u e n c eo f r e t r o - r e f l e c t i v ef a b r j c so np e r f o 加a n c e f i r s t l y i td i s c i l s s e st h ep e r f o 硼a n c eo fs i n 四e s e c o n d ly t h ep e r f o 兀t l a n c eo ff a b r i ci ss t u d i e d i th a st h e o r e t i c a la n a l y s i s ，e x p e r i m e n tp r o c e s s ， a n dt h ec o m b j n a t i o no ft h e o r ya n dp r a c t i c ei nt h es t u d y f i r s t ly ，i ts t u d j e st h ep e o 珊a n c eo fm i c m 一目a s sb e a d sm a j n l yo nr e f l e c t i o na n do t h e r s i nt h ea n a l y s i so fs i n 目e t 1 l er e s u l ts h o w st h a tr e f l e c t j o ns t r e n 殍ho fm i c r ob e a dp m p o n i o n a l t os q u a r eo fi t sd i a m e t e ll tc a n tm e a s u r et h er e f l e c t i o ns t r e n 舀ho fs i n 舀e ，f o ft h ed j a m e t e ro f m i c r o 一一a s sb e a dt i ny 1 tc h o o s e sd a s ss t i c ka ss u b j e c tf o rt h es a m eo p t i c a lp r i n c i p l et o m i c r o 一一a s sb e a d i nt h ee n dt h et h e o r yi sf o u dt ob ei nl i n ew j t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s i ta l s of i r s t l ys t u d i e st h ep e r f o 邢a n c eo ff a b r i cm a i n l yo nr e f l e c t i o n ，f a s t n e s sa n do t h e r s i nt h ea n a l y s i so ff a b r i c t _ l l er e s u l t ss h o wt h a tm j c mb e a d sc o v e r a g er a t ea n dr e n e c t i o n s t r e n 舀hw i l lb eh i g h e rw h e nt h ed i a m e t e ri sb i g g e r a f t e r t h ee x p e r i m e n t ，“c o n c l u d e s t h a tt h e n u m b e ra n dc o v e r a g er a t eo fm i c mb e a d sa sw e l la st h i c k n e s s ，w e i g h to nu n i ta r e a ，c m c l 【i n g r e s i s t a n c ea n dr e n e c t i o ns t r e n g t ho ff a b r i cw i l lb ec h a n g e dw h e nt h ed i a m e t e rt 0b ed 鲥：f e r e n t s e v e r a lf a c t o r sh a v eb e e na n a l y z e dj nd e t a i la b o u tr e 日e c t i o nf u n c t i o n ，w h i c hj st h em o s t e s s e n t i a lp e r f o m a n c eo fr e t m - r e f l e c t e df a b r i c t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed i a m e t e rr e p r e s e n t s l i g h ti n t e n s i t yo fs i n g l em i c r ob e a d s ，t h en u m b e ro fw h i c hr e p r e s e n t s i s t e nd o t ，t h ec o v e r a g e r a t er e p r e s e n t ss c o t c h1 i g h t a tl a s t “c o n c l u d e st h a tr e f l e c t j o ns t r e n 舀ho fr e t r o r e f l e c t i v e f h b r i cw i l lr i s ew h e na l lo fd i a m e t e ra n dc o v e r a g er a t ea r eb i g g e l k e yw o r d s ：d i a m e t e ro fm i c m 一目a s sb e a d s ；c o v e r a g er a t e ：p e r f o m a n c e ；r e f l e c t i o ns t r e n 殍h c r o c k i n gr e s i s t a n c e i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：丝量盏日期：l 加6 年? 月蓐日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：蕴星盏 导师签名： 日期：州 遗逍少 年j 月平日 第一章绪论 1 1 回归反光织物 第一章绪论 1 1 1 回光反光织物及其组成 回归反光织物俗称定向反光布或反光布i l 2 j ，是一种具有高能见度的功能性织物。 主要用于起醒目作用的服装辅料或饰品，从结构上讲回归反光织物属于涂层织物，涂层 中含有大量的玻璃微珠，这些微珠对织物的反光性能起着重要的作用。 回归反光织物属于露出型的反光材料，光线聚焦在玻璃珠的底面，然后透过玻璃体 向光线射来的方向反射回去。其结构如图1 1 所示，在图中包括微珠、反光层、粘合剂 和基布p 1 j ，下面将分别介绍这四部分。 图l - 1 回归反光织物的结构不意图 1 一微珠2 一反光层3 一粘合剂4 一基布 1 玻璃微珠 玻璃微珠是回归反光织物的核心材料【5 6 】，它属于硅酸盐材料【7 “】，为了保证回归反 光织物的反光性能，要求这种玻璃微珠折射率高、圆度好、清晰透明、颗粒均匀，并且 玻璃微珠要达到单层排列【9 】。当反光布的玻璃微珠折射率范围在1 9 2 0 时，能保证较 好的反光效果1 1 0 】。 2 反光层 用作反光层的，一般是采用铝粉涂层或铝箔贴层或者镀铝的、平整紧密、表面光滑 的基布1 1 1 1 舶。在实际使用过程中，反射体用量并不是越多越好，当反射体用量增至一定 程度后，反光强度反而下降，并出现产品粘接牢度下降、加工困难、产品不耐洗涤、微 珠脱落等问题1 1 3 1 。在回归反光织物中除反光层外，其它各层均为高透明度的材料【1 4 】。 3 粘合剂 粘合剂的选择必须具备粘着力强、透明度高【1 5 】，即粘合剂不仅具备强有力的粘接力， 同时还要有很好的光学性能，并且能保持原织物的服用性能。国内外普遍采用丙烯酸树 脂和聚氨脂这两种粘合剂【3 】o 在生产过程中，玻璃微珠与粘合剂的配比对回归反射织物 的回归反射效果和耐磨性都有较大的影响【1 6 】。 江南大学硕士学位论文 4 基布 基布可选用涤棉布以及化纤类织物，前提是布面紧密，光洁平整。在生产工艺流程 中必须进行基布处理，应使原有基布的经纬交织的凹凸、布孔以及伸出织物表面的纤维 毛减小或减少，提高布面的平滑度，以减少漫反射提高产品的反光强度，同时增加基材 与后续材料的粘接性。此外，经过处理的织物还可以有效地防止涂层加工中的渗漏浆液 现象，使基布与反射层的粘合性能得到改善，成品的耐摩擦及耐洗涤性能大大提高i l ”。 1 1 2 回归反光织物的反光原理 回归反光织物是利用高折射率玻璃微珠形成的回复反射原理，能将入射光线集中在 一个狭小的光锥角内反射回光源处。并且在玻璃微珠的后表面镀有银或铝作为后向反射 器，具有极强的逆向回归反射性能，能将大多数光线直接反射回光源处，产生明亮的视 觉效果，具有很强的反光警示功效，其光路图如图1 2 、1 3 。 蜞戈 | i n 嗅艾 u| 图1 2 光线经微珠的光路示意图【1 7 l图1 3 微珠底部镀银后的光路示意图 如图，当一束平行光照射在微珠表面，可分为三部分，表面反射光i s 、内部反射光 i 。、透射光i 。在光量分配上，透射光占入射光量的8 6 ，表面反射光占7 5 ，内部反射 光占6 5 ，说明玻璃微珠仅使6 5 的光量沿原路返回1 1 7 j 。当在微珠背面镀上银或铝后， 透射光发生全反射，使得透射光全部转化为内部反射光，这时9 2 5 的入射光量都沿原 路返回，并且9 8 的光线集中在3 4 。内1 1 8 l ，说明内部反射光具有聚光性和回归性【1 9 j ， 也就能最大限度地实现回归反光的效果。 在上图中，光线在微珠内部发生两次折射和一次内反射，最后反射光线偏离入射光 线y 角返回，根据研究发现y 角越小，反射效果越佳，最理想的状况就是为零，并且y 角的大小主要由玻璃微珠的折射率来决定1 2 0 】。折射率接近2 时，y 角最小，因此在实际 选用折射率接近2 的玻璃微珠，来增强回归反光织物的反光性能，在黑暗中起到醒目的 作用。 第一章绪论 1 1 3 回归反光织物的性能 1 定向反光性能：这是回归反射织物最主要的性能。用来衡量这一性能的参数是逆 反射系数和广角度。 2 牢度性能：例如表面摩擦牢度、刷洗牢度、耐皂洗牢度、耐干洗牢度、日晒牢度。 牢度性能好，微珠在实际使用过程中就不致脱落，回归反射织物不易老化变质、变色或 褪色。 3 其他功能性：这是为适应多方面的用途而赋予织物的种种特殊功能。例如消防使 用的回归反射织物要求耐热、阻燃。为了使回归反射织物昼夜醒目，就需要赋予其萤光 色泽，为了晴雨都能用的全天候产品，就要赋予防水、抗湿性能等等1 2 1 】。 1 1 4 回归反光织物的加工方法 根据微珠在纺织基布上的施加方式，分为涂珠法、植珠法和转移法三种加工方式n 1 涂珠法 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。按工艺流 程的不同，又可分为多道加工和一液一道加工法。 a 多道加工法 基布一涂底层一涂反射层一涂玻璃微珠层一后处理( 涂透明树脂、防水等) 。在基 布上涂底层，使底布表面光滑，以提高反射层的反射效果，从而提高产品的反光强度。 b 一液一道加工法 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 料和粘合剂等全部混合为一体，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。 2 植珠法 植珠法是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； 或将玻璃微珠均匀撒在涂有粘合剂的织物上的撤珠法；或通过玻璃微珠槽的粘珠法。 工艺流程基布一底涂或浸涂一施加反射层一涂粘合剂一植珠一后处理 3 转移法 转移法是将玻璃微珠先施加于某种载体上，经多道加工工序，最后使玻璃微珠转移 到纺织品上的加工方法，工艺流程如下。 a 载体一前处理一布珠一反射层处理一涂覆或印刷处理一复合织物一剥离一后处理 b 载体一前处理一布珠一反射层处理一涂覆或印刷处理一热熔背涂一复合保护材料 一塑膜产品一转烫到应用品上 1 1 5 回归反光织物的应用 回归反光织物的质地柔软，有极佳的可视性和广角性，可以水洗和干洗，易裁剪、 江南大学硕士学位论文 切割、分条、缝纫。它的品种多样，其基布可用不同厚度的防水布、帆布、合成革、棉 布、尼龙布、锦纶布等材料1 2 2 j 。 回归反光织物作为服装辅料或饰品，多用于滚边、镶嵌、外套下摆、袖口、衣领、 袋盖、贴布绣花、商标标识、带子、臂章等处。它的应用主要集中在两大市场领域，一 是计划专用市场，二是民用市场。计划专用市场，一般是指根据国家指令法规，必须使 用的领域，如公安、交通、环卫部门工作人员的工作制服以及野外作业人员的服装、背 带等。民用市场指学生服装、各类服饰、衣帽、箱包等领域，并且随着人们生活提高和 安全意识的增强，这种功能性的服饰已成为未来服饰发展的趋势之一1 2 3 j 。 1 1 6 回归反光织物的检验 为了确保反光布的产品质量，国际上有关行业制订了相应的标准，其中最具有权威 性的是欧盟e n 4 7 1 标准，各企业以及检测单位均引用此标准来衡量反光布的质量，在这 一标准内主要体现三个方面的内容。 1 逆反射系数以及广角性 逆反射系数是用来衡量回归反光织物反光强度高低的一个参数，在其它条件相同的 情况下，逆反射系数越大，织物越亮，织物的反光效果越好。根据不同的场合，对逆反 射系数大小的要求不同。广角性是衡量的另一个标准，必须保证从多个角度都能很清楚 的发现目标。 2 回归反光织物的最小面积 面积越大，回归反光织物的醒目作用越好，但面积越大，织物的成本越高，只能使 用一个适当的面积来节约成本，又能发挥醒目的作用。 3 回归反光织物的牢度性能 玻璃微珠是通过粘合剂作用到织物上的，所以在使用过程中，易出现脱珠的现象。 为了保证织物的质量，必须对一些参数进行规定。如表面磨擦牢度、耐水洗、干洗牢度、 抗弯曲性能以及在寒冷气温下的抗褶皱性能【2 4 j 。 1 1 7 回归反光织物的反光性能测试 1 手电筒照射法 将手电筒放在齐眼处照射回归反光织物，眼睛顺光观察回归反光织物。为了便于比 较，最好规定观察及照射条件，这是一种定性方法，不能获得数据。 2 坝0 试夜间能见距离 在夜间利用缓慢行使中的汽车的车头灯照射前方的回归反光织物，测量能观察到回 归反光织物的可视距离。为了便于比较，也按各项规定条件进行观察。 3 仪器测试法【1 9 】 这是模拟回归反光织物使用的实际条件拟定仪器测试条件进行测试的方法。仪器测 4 ：ji， 第一章绪论 试原理图如下。 参 a 图1 _ 4 逆反射性能测量装置示意图【2 5 1 观察角是指光源照射到回归反射织物上，又从该织物反射到观察者所形成的角度， 这个角度要小。一般不超过2 。 入射角是指光源光照射到回归反射织物上与回归反射织物的法线间所形成的角度。 把光探测器放在试样的参考中心位置上，正对着光源，测量出垂直于试样表面的照 度值e - ，再移动光探测器使观测角a = 0 2 。，转动试样，使光的入射角成= 一4 。，测量 出试样反射光所产生的照度值e r 。 逆反射系数1 2 6 2 7 i r7 ： r ，：墨笪1 1 爿 、 r7 一试样的逆反射系数，c d l x 1 m 一； d 一试样参考中心与光探测器孔径表面的距离，m ： a 一试样的表面面积，m 2 ； e 一试样在参考中心的垂直照度，l x ； e r 一光探测器在不同观测角和入射角条件下测得反射光的照度，l x 。 根据公式可转化为r ：掣，在其它条件相同的情况下，可改写成r ，：，+ c ，c 上 以 表示常数，i 表示反射光的光强度，由于研究的对象是织物，所以i 表示光强度的累加。 从公式中可得知逆反射系数与反射光强度成正比，即反射光强度越高，逆反射系数越大， 织物的反光效果越好。 1 2 国内外研究现状 在国外，对于反光布的开发远早于国内的企业，发展最瞩目的是美国3 m 公司，它 已发展形成了3 ms c o t c h l i t e ( 视觉丽) 反光系列。它能将入射光线反射回光源处，产生极 强的反光效果，因而可加强行动的人在黑暗环境、视线不良或危急境况中的可见度，增 江南大学硕士学位论文 强安全性而避免发生意外，它们的用途广泛，许多国家的警察、环卫工人和消防员都在 使用，适用于安全背心背带、工作服、外套、雨具、运动服、背包、手套和鞋帽等众多 领域。并且3 m “视觉丽”反光材料的性能优良，具有很高的反光强度，同时具有良好 的广角性和耐洗性，主要产品均已通过了e n 4 7 1 高可视性警示服的欧洲检测标准f 船j 。 欧洲e n 4 7 1 是由欧洲标准化委员会( c e n ) 参照德国标准化学会( d l n ) 标准提出的，这一 标准的提出，规范了反光材料的产品质量，便于在国际市场进行买卖1 2 4 j 。 我国从2 0 世纪6 0 年代开始研制反光安全材料。从8 0 年代起，随着如高速公路和 铁路等交通事业的飞速发展，这方面的交通安全已提到了议事日程，对反光材料的研究 开发越来越受到重视。至8 0 年代中期，开始研究开发服用性的定向反光织物1 2 9 3 0 1 。在 国内反光布的生产工艺设备以及成品质量都走入世界前列，产品销售世界各地，例如浙 江方远夜视丽反光材料于1 9 9 5 年投产，目前它是中国最早研制开发反光材料的企业之 一，也是全国最大的逆向反光材料的生产基地，其产品远销欧美、俄罗斯、东南亚等地 区。经过多年的研究，国内反光布的生产已达到欧洲e n 4 7 1 的标准。为了要达到标准， 对玻璃微珠折射率、微珠质量、粘合剂种类、基布种类等等都有较高的要求，在这些参 数中，缺少对微珠直径的研究，经过初步验证得知，微珠直径的改变将对织物性能有着 重要的影响。 由朱俊伟撰写的一篇题为影响回归反射织物反光性能主要因素的研究中，提出了 具体的微珠直径，即当微珠直径介于2 5 0 3 0 0 目时，织物的反光强度达到最大1 3 “。在 这篇文章中，生产反光布的方法是涂珠法，即将玻璃微珠与粘合剂混合调制成涂层浆， 附着在涂有反射层的光滑基布上，再测量每块反光布料的反光强度来确定最合理的直径 范围。并且实验是在一定的涂层工艺条件下进行的，一定的涂层工艺，就是使玻璃微珠 与粘合剂用量达到一定的配比、涂层厚度一定等。当织物的反光强度达到最大时，微珠 是单层、紧密整齐地排列。通过这篇文章可以得出，随着微珠直径的增大，织物的反光 强度逐渐增大，但是微珠直径过大或过小都会降低织物的反光强度。微珠直径过大，微 珠粒数越少，织物的反光强度越低；微珠直径越小，织物就会出现缺珠或摞珠的情形， 因此微珠的直径只能选择一个适中值，以达到产品性能的要求。 另外，国内也有一些通过大小微珠共同使用来提高织物反光强度的研究。其中最值 得关注的是王绍民撰写的题为激光成珠大小镶嵌高效率逆反射列阵膜。所使用的方 法是在优选胶带纸上紧密排列大微珠，并使之陷入胶层5 0 左右，再镶嵌小微珠，也陷 入胶层5 0 左右，真空镀铝，加镀s i 0 2 保护，再用强力胶带覆盖，脱出前胶带纸即出反 光膜【3 “。经测定使用大小微珠镶嵌使用会有效提高逆反射效果，这是一种新技术，目前 只能局限于实验，投入生产还有待发展。 这两篇文章都指出通过微珠直径来提高织物反光强度的具体措施，从而改善了织物 的反光性能，同时也说明了微珠直径与织物的反光性能之间存在着密切的联系。本文从 第一章绪论 微珠在织物表面的分布排列情况分析微珠直径对织物性能的影响。 1 3 研究内容及意义 反光性能( 光强度) 牢度性能 其 = 缅一 图1 5 研究内容示意图 1 3 1 研究内容 本文研究内容可通过树形图表示如1 5 。主要围绕微珠直径对反光织物性能的影响， 在研究过程中，先分析对单个微珠性能的影响，由于回归反光织物表面是由无数个玻璃 微珠镶嵌而成的，从对单个微珠的分析，有利于分析过程的展开以及对研究对象进行细 致地研究。再对织物的诸多性能进行详细分析。 论文大体上分为理论分析以及实验验证，在理论分析中从两个方面进行展开。 ( 1 ) 微珠直径对单个微珠性能的影响，包括微珠的反光性能、微珠覆盖面积、微珠体 积、微珠重量； ( 2 ) 微珠直径对回归反光织物性能的影响，包括织物的反光性能、牢度性能、粘合剂 种类和用量、织物厚度、织物的单位面积重量等等。 实验验证过程中的研究对象是根据理论研究的需要，过程包括以下几个方面。 f 1 ) 应用自制的装置来测定微珠直径对单个微珠反光性能的影响； ( 2 1 应用逆反射系数测量仪测量回归反光织物的反光强度； ( 3 ) 应用视频变焦显微镜测量不同织物表面的微珠粒数、微珠直径、微珠覆盖率； ( 4 ) 应用织物厚度仪测量不同织物的厚度； ( 5 ) 应用电子天平为织物称重，得出织物的单位面积重量； ( 6 ) 应用织物耐磨试验机和视频变焦显微镜测定不同反光布料的耐磨性能； 经过理论分析、实验验证以及s a s 软件对实验数据进行处理，得出研究结果。 以及回归性，因此有必要对玻璃微珠进行详细的分析，以改善织物的性能。 在对玻璃微珠研究的过程中，有关微珠直径的研究甚少，并且在最初的探索性研究 中发现微珠直径与反光织物性能有着密切的联系，由此奠定了课题的研究方向。值得一 提的是，本文并不是为了提出最合理的微珠直径大小，而是为了阐明微珠直径与织物性 能的相互关系。 在研究过程中，重点突出以下几点：微珠直径对织物的反光强度是否有影响；微珠 直径对织物的耐摩擦性能是否有影响；微珠直径对织物厚度是否有影响：微珠直径对织 物重量是否有影响。 本文的研究意义可归结为以下三点： 一、从微观角度展开分析，包括微珠直径、微珠粒数、微珠覆盖率等在织物表面的 分布排列情况； 二、为微珠直径的选择提供理论依据； 三、改善织物的反光性能。 8 第二章微珠直径对回归反光织物性能影响的研究 第二章微珠直径对回归反光织物性能影响的研究 回归反光织物的表面由无数个直径只有几十微米的玻璃微珠镶嵌而成，这些玻璃微 珠是回归反光织物的核心材料。经过初步研究发现，微珠折射率与织物的反光效果、微 珠直径与织物厚度、微珠直径与织物重量等等有着密切的联系，说明单个微珠的物理性 能影响着织物性能。因此在分析微珠直径对织物性能的影响之前，需就微珠直径对单个 微珠性能的影响作详细的研究，包括微珠的反光性能、微珠投影面积、微珠体积、微珠 重量等等。 2 1 微珠直径对单个微珠性能的影响 2 1 1 反光性能 根据回归反光织物的组成结构，建立模型如图2 1 ，通过理论分析微珠直径对单个 微珠反光性能的影响。 h b 点光源 图2 1 反光布的纵向结构剖面图【3 圳 如图，在垂直于入射光线方向、距离微珠球心h 处放置接收屏，点光源到入射点之间 的距离为h 。由于玻璃微珠的直径只有几十微米p ”，远远小于光源到织物表面的距离， 可以近似地认为入射光是一束平行光线，因此在文中着重研究光线垂直于织物表面入射 时的情况。如图，入射光线以a 角进入玻璃微珠，折射光线经反射层于b 点发生全反射， 然后反射光线经微珠折射，在接收屏上留下光斑d 点。 设微珠半径为r ，微珠入射点处元面积为d s l ，出射光线在接收屏上的元面积为d s 2 ，入 射光线在a 点的入射角和折射角分别为。和卢，光源的发光强度为，。 江南大学硕士学位论文 由图可知，在入射点处兀面积对光源所张的立体角为d 。， 岫= 鲁 那么在入射点处元面积出。上的光通量d f 为： d fi i q 幽1 吨+ 鲁 入射光线经过微珠后，大部分的光能将沿原路返回，那么c 点就可以被看作是点光 源，最终在接收屏上接收到的光强度为j ，。 接收屏上的微元面积对点光源所张的立体角为d m ：， d 吡= 高 设光线在a 点的透射率为t ( a ) ，在b 点的反射率为r ( 卢) ，在c 点的透射率为t ( 卢) 。 且入射光线和出射光线的光通量应满足： d f + 丁( 口) + r ( 卢) 4 t ( 卢) = ，+ d 山2 ( 2 1 ) 经过计算可得出，反射光的光强度i ，【”。q 为 扣兰：辈：竺竺掣翌竺 ( 2 - ：) 毳犷 p 纠 2 1 1 1 发光强度 发光强度数值上等于单位立体角内的光通量，用来表示光源的发光强弱【3 7 3 ”。 根据以上公式，对于单个的微珠来说，选用相同的折射率，在同一光源照射下，反 射光的发光强度与微珠直径的平方成正比，即直径越大，反射光的发光强度越大；直径 越小，反射光的发光强度越小，绘制图形如下。 4 0 婺。o 羹z o 蔷- o 0 3 03 5 4 04 55 05 56 0 豫诛直 m 图2 2 微珠直径与发光强度的关系 1 0 第二章微珠直径对回归反光织物性能影响的研究 从光通量考虑，发光强度在数值上等于通过单位立体角内的光通量，而光通量与微 珠的表面积成正比，表面积越大，能通过的光线自然就会增多，光通量越大。选用折射 率相同的玻璃微珠，它们对光线的汇聚能力是一致的，因而出射光线相对入射光线的偏 转角度是一致的。那么发光强度就与光通量是成正比的，最终说明微珠直径越大，光通 量越大，微珠的发光强度越大。 2 1 1 2 光强度的分布 在公式2 2 中，设微珠折射率h = 2 ，可得出反射光强度的向量分布示意图2 3 如下。 回归反光织物的光学特性是无论入射光方向如何改变，反射光总是以很高的强度指 向光源。从光学原理上讲，这一特性是由微珠内表面反射光的汇聚形成的。 当微珠直径的改变时不会影响微珠的几何形状，所以，微珠直径的改变也不会影响 微珠反射光强度的分布。但是，微珠任意方向的绝对反光强度与入射光的照度及入射光 的光通量是有关系的。根据以上分析，反射光的强度与微珠直径的平方成正比，当微珠 直径增大时，入射光的光通量越大，反射光的发光强度越大。 入射光 iii 微珠 图2 3 不1 司入射角度处的光强度分布 在图2 3 中，微珠中心区域的发光强度是最大的，随着入射角度的增大，发光强度 逐渐减弱，那么当一束光线照射到微珠上时，微珠中心是最亮的，我们称具有光强极大 值的光线为特征光线1 3 。随着微珠直径的增大，发光强度的分布不会变化，但是发光强 度的大小将增加，因此微珠中心部分将会更亮。 2 1 2 其它性能 微珠直径的变化不仅改变了单个微珠的反光性能，还改变了微珠的其它性能。 2 1 2 1 投影面积 玻璃微珠是镶嵌在织物表面的，一般情况下，一半微珠暴露在空气中，一半微珠镶 在反射层内部，随着微珠直径的改变，微珠在织物表面的投影面积也将发生改变。设投 影面积为m ，微珠半径为r ，则单个微珠的投影面积为 肘= 斌2 ( 2 3 ) 由于玻璃微珠的直径只有几十微米，在织物表面有若干个玻璃微珠组成，由这些玻 江南大学硕：l ：学位论文 璃微珠共同发生回归反光效果，当微珠直径改变时，发生回归反光效果的面积也会改变。 可得知投影面积与微珠半径的平方成正比，随着微珠半径的增大，投影面积也增大。 2 1 2 2 体积 玻璃微珠是圆球状、硅酸盐类材料，当微珠直径改变时，势必引起微珠体积发生变 化。设微珠体积为v y ：昙积，( 2 4 ) 气 、。 在回归反光织物中，玻璃微珠镶嵌在反射层内部，当微珠体积发生变化后，织物的 厚度、织物的柔软度、微珠与反射层的接触面积等都会发生改变。由公式可得知微珠体 积与微珠半径的立方成正比，随着微珠半径的增大，微珠体积也增大。 2 1 2 3 重量 玻璃属于硅酸盐类材料，是混合物，当成分改变时玻璃密度将会发生变化，在研究 过程中，设玻璃微珠的密度保持不变。根据微珠半径与微珠重量之间的关系，可列出关 系式如下。 g ：g ：p 要积，。g ：要积，昭 ( 2 5 ) 玻璃微珠是回归反光织物的核心材料，玻璃微珠的重量在织物重量中占一定的比 例，当单个玻璃微珠重量发生改变，必定会改变织物总的重量。根据公式可知，微珠重 量与微珠半径的立方成正比，随着微珠半径的增大，微珠重量也会随之增大。 总的说来，当微珠的直径改变时，将改变单个微珠的反光性能以及其它物理性能。 2 2 微珠直径对回归反光织物性能的影响 2 2 1 织物的反光性能 织物的反光性能是回归反光织物最主要的性能。根据对单个微珠的分析可知，直 径的改变会对单个微珠的反光性能产生重要的影响，那么也必定会对织物性能产生影 响。下面将分析微珠直径改变后，微珠覆盖率、织物反光强度以及织物反射光分布的变 化情况。 2 2 1 1 织物的微珠覆盖率 在回归反光织物的表面，微珠之间有许多的空隙为粘合剂覆盖，因此微珠在理想状 态下也无法完全覆盖织物表面。由于引起回归反光作用的是聚集在织物表面的玻璃微 珠，从而提出覆盖率这一概念，即微珠覆盖面积占织物总表面积的百分比，被微珠覆盖 的面积称为有效反光面积。以下将分析微珠直径变化后，织物中微珠覆盖率的变化。设 织物长为a ，宽为b ，微珠半径为r ，则可得出理想状态下微珠的覆盖率m 为： 第二章微珠直径对回归反光织物性能影响的研究 b 图2 4 回归反光织物表面结构示意图 1 一玻璃微珠 2 粘合剂 m ：。旦。积：。塑：7 8 5 ( 2 6 ) 2 r 2 r4 曰 由上式可知：当选用直径相同的微珠，在织物表面的最大覆盖率是7 8 5 ，这是一种 理想状态。实际上，在织物表面的微珠并不是整齐而紧密地排列，而存在着空隙，选用 直径不同的微珠，微珠的覆盖率将会发生变化。下面分两种情况讨论：一、在同一块织 物表面选用相同直径的微珠，分析微珠直径对微珠覆盖率的影响；二、在同一块织物表 面选用不同直径的微珠，分析微珠直径对微珠覆盖率的影响。 1 在同一块织物表面选用相同直径的微珠 微珠覆盖率是微珠直径与微珠粒数综合作用的结果，但是一般情况下，当微珠直径 越小时，微珠在织物表面极易产生重叠，引起微珠在织物表面分布不均匀，部分区域微 珠粒数多，部分区域微珠粒数少，使微珠覆盖率降低。并且微珠直径越小会导致微珠不 圆度的提高，最终降低了织物反光强度降低；当微珠直径较大时，织物表面的空隙减少， 珠子圆整，微珠能够均匀地分布在织物表面，使得织物的反光强度也较高。 总之，微珠直径增大的过程就是织物表面空隙减小以及微珠在织物表面分布趋向均 匀的过程。另外经过前面的分析可知，在等面积的基布上，当使用相同直径的微珠时， 微珠覆盖率低于理想状态时的最大覆盖率。 注：微珠直径相同可近似地认为微珠直径相差较小，差值2 u m 。 2 当在同一块织物表面选用不同直径的微珠 当在织物表面的微珠直径不相同时，就是所使用的微珠直径相差较大。在大微珠的 空隙之处，镶嵌直径较小的微珠，那么大微珠之间的空隙就被小微珠填补了，这时织物 表面的微珠覆盖率一定增大。 图2 5 在织物表面使用大小直径不同的两种微珠 江南大学硕士学位论文 如图2 5 ，在织物表面是两种直径的微珠镶嵌在同一块反光布料的表面，大小不同微 珠直径分别为r 1 ，r 2 ，基布的长宽都是4 r ，设r 1 = r ，为了使大小微珠排列紧密，得到 r ，= i 2 1 j r 。则 ，广-、 堕：世! 二! 壁：压一1 ：o 4 1 4f 2 7 1 r r 。 镶嵌使用经计算得到，未使用小直径微珠时的微珠覆盖率为7 8 5 ，当使用小微珠后， 微珠覆盖率达到了9 6 4 。说明大小微珠，能有效提高微珠覆盖率。 根据以上分析，可得出以下结论。 1 在织物表面使用相同直径的微珠，随着微珠直径的增大，能有效提高微珠覆盖率。 2 在织物表面大小微珠镶嵌使用，有效提高了微珠覆盖率。 2 2 1 2 织物的反光强度 微珠对反光织物反光性能影响的过程中，不单是微珠直径还有微珠粒数。微珠直径 决定了单个微珠发光强度的大小；微珠粒数决定了反光点数目的多少，但是微珠粒数不 能确定反射光线数量的多少。真正影响反射光线数量的是微珠直径与微珠粒数共同作用 的结果。被微珠覆盖的部分形成了反射面，反射面越大，被反射回光源处的光线数量越 多。 当一束光源作用在织物表面，被反射回光源处光线数量越多，并且每个反光点的发 光强度越高，那么织物表面越亮，织物的反光强度就越高。根据以上分析，可得出影响 织物反光强度的有两个因素：微珠直径与微珠覆盖率。 在同一织物表面，使用相同直径的微珠与使用不同直径的微珠对织物反光性能的影 响效果是否一样? 下面将分情况进行讨论。 1 在同一织物表面使用相同直径的微珠 在织物表面使用相同直径的微珠，随着微珠直径的增大，织物表面的空隙趋向减少， 微珠覆盖率提高。这种情况下，微珠直径大，单个微珠的光强度越高：微珠覆盖率高， 被反射回光源处的光线数量越多，因此织物的反光强度越高。 2 在同一织物表面使用不同直径的微珠 如果在织物表面紧密排列大微珠，然后在大微珠之间镶嵌小微珠。当大微珠直径增 大时，微珠粒数减少，但是微珠覆盖率增大，再加上小微珠的覆盖率，织物表面的微珠 覆盖率肯定增大。这种情况下，微珠直径大，微珠覆盖率高，织物的反光强度一定能得 到有效提高。 根据以上分析可知，使用直径相同的微珠或者使用直径不同的微珠( 大微珠在织物 表面是紧密排列的) ，随着微珠直径的增大，织物的反光强度都会有所提高。 3 微珠覆盖率不变时 1 4 第二章微珠直径对回归反光织物性能影响的研究 微珠覆盖率不变，即织物表面的有效反光面积是一定的。在分析过程中，选用两种 不同直径的微珠来分析微珠直径对织物反光强度的影响情况。 设两种不同的微珠直径分别为d 。、d ：，在织物表面的微珠粒数分别为n 1 、n 2 ，则存 在 z ( 妒- 2 z ( 笥一v z 根据理论分析，单个微珠的光强度与微珠直径的平方成正比，并且设直径不同的单 个微珠的光强度分别为r 、r ：，则存在 r l = 划l r 2 = m 2 2 那么两块布料的总光强度大小比较可表示为： m ：2 豁旬 ( 2 s ) 2 r 2 j v 2 从2 2 、7 从数值上显示，当微珠直径改变时，织物的反光强度是相等的，但是它们引起的视 觉效果是不一样的。相等的光强度作用在不同数目的微珠上，微珠数目越少，光强分布 相对集中，这时织物越亮；微珠数目越多，光强分布相对分散，反光织物表面将相对较 暗。 因此当覆盖率相同时，微珠直径越大，织物的反光强度越高。 综合以上三点分析可知，微珠直径与织物反光强度的变化是一致的。 2 2 1 3 织物的反射光分布 从织物的反射光分布看，回归反光织物表面由玻璃微珠覆盖，织物的反射光分布是 由单个微珠反射光分布共同作用的结果。 图2 5 大小不同直径微珠在回归反光织物表面的结构示意图 1 一玻璃微珠 2 一粘合剂 如图2 - 5 ，是由直径不同的微珠覆盖在织物表面的，这是一种理想状态，事实上， 微珠直径无论大小，都不能紧密而整齐地排列在织物表面，往往会出现缺珠和重叠现象。 江南大学硕：l ：学位论文 微珠直径越小，微珠粒数越多，但微珠成圆度会下降，并且珠与珠之间易产生缺珠 和重叠的现象。这一现象会导致微珠不能均匀地分布在织物表面，部分区域分布的微珠 粒数多，部分区域分布的微珠粒数少。并且根据微珠直径与微珠投影面积之间的关系， 微珠直径越小，织物表面的有效反光面积减少。 当微珠直径越大，珠与珠之间的间隙减少，微珠在织物表面分布趋向均匀，微珠成 圆度也有所提高，并且根据微珠直径与微珠投影面积之间的关系，当微珠直径增大时， 微珠投影面积也在增加，因此织物表面的有效反光面积增加。 根据以上分析，可得出如下两个结论： 1 微珠直径越小，微珠粒数增多，并且微珠分布不均匀以及织物表面有效反光面积 减少。 2 微珠直径越大，微珠粒数减少，并且微珠分布趋向均匀以及织物表面有效反光面 积增加。 2 2 2 织物的牢度性能 主要是织物的耐摩擦性能。回归反光织物属于外露型的反光材料，部分微珠暴露在 外边，直接与空气接触，另一边微珠镶嵌在反射层内。由直径不同微珠制成的回归反光 织物，织物经多次使用后，微珠的脱落情况将会有所不同。因此微珠直径不同会对织物 的牢度性能有所影响。 2 2 3 织物的其他性能 2 2 3 1 对粘合剂种类和用量的影响 根据上述分析，似乎微珠直径越大越好，但实际上并非如此。微珠直径越大，微珠 在织物表面的粘结牢度越差，为了满足产品的实际，需要选用合适的粘合剂种类。下面 通过理论分析当微珠直径增大后，粘合剂用量的变化情况。在分析过程中生产工艺与粘 合剂种类不变，并且设玻璃微珠一半暴露在空气中，一半镶嵌在反光层中。 a 图2 6 回归反光织物的纵向剖面图 参照图2 4 ，设在一块面积为爿b 的布料表面，有半径为r 的微珠若干，2 r 为基布 表面到微珠中心的距离，根据图2 6 利用公式可求出粘合剂的体积用量。 y = 爿曰z r 一号积3 丢丢去= 爿朋c z 一 c 2 柳 3 22 r2 r 、 6 由上式可知，在相同面积的基布上，粘合剂的用量与微珠半径成正比，随着微珠直 第二章微珠直径对回归反光织物性能影响的研究 径的加大，粘合剂用量增多。 2 2 3 2 对镀银或镀铝量的影响 在回归反光织物中，添加反光层有多种，此处所采用的是真空镀铝法。在真空情况 下，用高温使铝气化后，吸附在玻璃珠上形成反光层。下面通过理论分析微珠直径变化 对镀银量的影响。在分析过程中，设微珠一半暴露在空气中，一半镶在反射层内，参照 图2 6 可得出镀银量的体积公式。 旷= 杀去引三z ( r + 叁) j - 三积3l = 竿怯+ 丢+ 吉) c z 加， 2 r 2 r2 i3ikj 3 l 6 lkk 2k 3j 、7 根据上述的理论公式，镀银量的体积与微珠半径成正比，说明当微珠直径增大后， 镀银量增加。从另一个方面考虑，随着微珠直径的增加，微珠在织物表面的覆盖率增加， 织物表面的有效反光面积也随之增加，从而镀银量也增加。 2 2 3 3 对织物厚度的影响 回归反光织物的厚度主要由三部分组成，包括基布、粘合剂和微珠。一般情况下回 归反光织物的厚度在1 0 0 3 0 0 u m 之间，微珠的直径3 0 7 0 u m ，那么微珠直径在织物 厚度中占据着一定的比例。从回归反光织物的组成结构上，玻璃微珠有部分是暴露在空 气中的，当微珠直径增大时，暴露在空气部分的厚度增加，引起织物厚度增加。从另一 角度考虑，微珠直径越大，可能粘合剂量也在增多，粘合剂厚度增加，织物的厚度随之 增加。 2 2 3 4 对织物单位面积重量的影响 对回归反光织物单位面积重量而言，在等面积的基布上，微珠直径增加，会使织物 的重量增加。参照上图2 4 ，设微珠的比重为p ，则织物的单位重量： g ：去去芸积3 p 。g ：；斌昭 ( 2 1 1 ) 2 r2 j r3 。 3 。、 由上式可知，在其它条件不变时，微珠直径与织物重量成正比，即微珠直径越大， 织物越重。 2 2 3 5 对织物成本的影响 在回归反光织物的表面密集着玻璃微珠，下面将分析改变微珠直径对织物成本所产 生的影响，这部分的成本影响主要是微珠总成本的变化情况。 在一块面积为爿b 的布料表面植入玻璃微珠，设微珠半径为r ，微珠密度为p ， 计算这块面料的微珠成本为 p ：兰斌，。旦。p 。：塑( 2 1 2 ) 3 2 r2 r3 其中m 表示单价，由公式可知同一块布料中的微珠成本同微珠直径成正比。当微珠 江南大学硕士学位论文 直径增大后，这块面料的总成本也增大。 2 3 微珠直径的选择 综合分析微珠直径对织物性能的影响，从织物的反光性能考虑微珠直径越大越好， 但是从粘接牢度、水洗牢度、柔软性、织物成本考虑微珠直径不宜太大，