СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ И СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА КОНСТРУКЦИЮ
RETROREFLECTIVE COATING AND METHOD OF APPLYING RETROREFLECTIVE COATING ON STRUCTURE

Настоящее изобретение относится, в общем, к отражающим материалам, а более конкретно - к световозвращающему покрытию и к способу нанесения световозвращающего покрытия на поверхность.
Различные конструкции и сооружения вдоль дорог и автомагистралей могут создавать риск столкновения для автомобилистов. Ограждения, разделительные дорожные блоки (барьеры «Джерси», стенки «Джерси») и другие придорожные сооружения, которыми ограничены полосы движения, представляют собой потенциально опасные объекты, если они не достаточно хорошо размечены. Кроме того, придорожные сооружения, подобные бордюрам, тумбам, электрическим и фонарным столбам, могут представлять неожиданную опасность для автомобилистов. Риск столкновения с опасными придорожными объектами может увеличиваться в вечернее время, когда в более темных условиях сложнее разглядеть опасные объекты. Освещение верхним светом опасных придорожных объектов не всегда возможно или экономически осуществимо. Поэтому многие конструкции и придорожные сооружения снабжены отражающим материалом определенного типа, который отражает свет фар транспортных средств. Отражение света помогает водителям вовремя распознавать опасные придорожные объекты и исключать столкновения с ними.
Для улучшения видимости опасных придорожных объектов в ночное время на поверхности опасных объектов стали наносить световозвращающие материалы. Световозвращающие материалы являются желательными, так как они отражают свет обратно к источнику света с минимальным рассеиванием. В некоторых случаях световозвращающие материалы содержат множество отражающих элементов, удерживаемых вместе жидким или текучим слоем связующего, например, дорожно-маркировочной краской. Проблемы возникают тогда, когда отражающие элементы и текучие связующие наносят на поверхности, не являющиеся совершенно горизонтальными. С плоских, криволинейных или нерегулярных поверхностей, содержащих участки, расположенные негоризонтально (называемые в данном тексте, в общем, «наклонными поверхностями»), жидкие связующие могут стекать до затвердевания связующих. Если световозвращающее покрытие содержит отражающие материалы, подобные стеклянным шарикам, то шарики могут быть не очень хорошо приклеены к наклонной поверхности. Даже если шарики приклеены к поверхности, шарики и связующий материал могут постепенно оседать под действием силы тяжести и, возможно, слетать вниз с поверхности. Силы тяжести и другие факторы могут препятствовать формированию адекватного световозвращающего слоя на наклонных поверхностях.
Проблемы, с которыми сталкиваются при нанесении световозвращающих покрытий на наклонные поверхности, могут быть решены во многих отношениях посредством использования настоящего изобретения. Согласно первому аспекту изобретения масса световозвращающих гранул содержит стеклянные элементы, каждый из которых обладает коэффициентом преломления, составляющим, по меньшей мере, около 1,5. По меньшей мере, около 50% количества световозвращающих гранул имеет максимальную ширину, большую 0,012 дюйма (0,305 мм). Масса световозвращающих гранул может быть частично внедрена в связующий материал, нанесенный на поверхность конструкции.
2
Согласно второму аспекту изобретения конструкция содержит световозвращающую поверхность, имеющую наклонную лицевую поверхность, определенную, по меньшей мере, на части упомянутой конструкции. Световозвращающая поверхность также содержит связующий материал, нанесенный, по меньшей мере, на часть наклонной лицевой поверхности конструкции, где толщина слоя связующего материала составляет, по меньшей мере, около 10 мил (0,254 мм). Световозвращающая поверхность дополнительно содержит множество световозвращающих гранул, частично внедренных в связующий материал. Множество световозвращающих гранул внедряют в связующий материал с плотностью, составляющей, по меньшей мере, около 0,06 фунт/кв. фут (0,293 кг/м). Каждая световозвращающая гранула содержит стеклянный элемент, обладающий коэффициентом преломления, составляющим, по меньшей мере, около 1,5.
2
Согласно третьему аспекту изобретения способ нанесения световозвращающей поверхности на наклонную поверхность конструкции включает этап нанесения связующего материала, по меньшей мере, на часть наклонной поверхности, где толщина слоя наносимого связующего материала составляет, по меньшей мере, около 10 мил (0,254 мм). Способ также включает этап внедрения множества световозвращающих гранул, по меньшей мере, частично в толщу связующего материала. Множество световозвращающих гранул, внедренных в связующий материал, имеет плотность, составляющую, по меньшей мере, около 0,06 фунт/кв. фут (0,293 кг/м). Каждая световозвращающая гранула содержит стеклянный элемент, обладающий коэффициентом преломления, составляющим, по меньшей мере, около 1,5, и имеет диаметр, больший приблизительно 0,012 дюйма (0,305 мм).
Согласно четвертому аспекту изобретения световозвращающая гранула, предназначенная для частичного внедрения в связующий материал, содержит стеклянный элемент, обладающий коэффициентом преломления, составляющим, по меньшей мере, около 1,5, и имеет максимальную ширину, составляющую, по меньшей мере, около 0,012 дюйма (0,305 мм). Гранула выполнена по форме таким образом, чтобы ее можно было частично внедрять в связующий материал, который можно наносить на наклонную поверхность.
Приведенное выше краткое описание и последующее описание могут быть лучше понятны при рассмотрении их в сочетании с чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - вид в перспективе конструкции, содержащей световозвращающую поверхность согласно одному, приведенному в качестве примера, варианту осуществления изобретения;
на фиг. 2 - вид в увеличенном масштабе световозвращающей поверхности, представленной на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид в перспективе конструкции, содержащей световозвращающую поверхность согласно другому, приведенному в качестве примера, варианту осуществления изобретения; и
на фиг. 4 - схематический вид сверху, иллюстрирующий процесс нанесения световозвращающего материала на наклонную поверхность согласно другому, приведенному в качестве примера, варианту осуществления изобретения.
Хотя изобретение проиллюстрировано и описано в данном документе со ссылками на конкретные варианты осуществления, у авторов не было намерения ограничить изобретение показанными деталями. Скорее, могут быть выполнены различные модификации деталей в пределах объема и диапазона эквивалентов формулы изобретения и без отступления от сущности изобретения.
Проблемы, с которыми сталкиваются при нанесении световозвращающих покрытий на наклонные поверхности, могут быть решены во многих отношениях посредством использования настоящего изобретения, согласно которому используют световозвращающий материал, обладающий конкретным сочетанием физических параметров. Световозвращающий материал наносят поверх связующего материала для формирования световозвращающего покрытия, с помощью которого преодолевают многие проблемы, с которыми обычно сталкиваются при обращении с наклонными поверхностями. Световозвращающее покрытие можно наносить на любую наклонную поверхность, например, наклонную лицевую поверхность разделительного дорожного блока (стенки «Джерси»), на W-образный контур обычного ограждения или на другую наклонную поверхность. В обычном варианте осуществления световозвращающий материал состоит из массы стеклянных шариков, обладающих, среди других свойств, предварительно выбранным коэффициентом преломления и некоторым распределением размеров. Стеклянные шарики наносят на слой связующего материала заданной толщины. Покрытие, содержащее стеклянные шарики, частично внедренные и обездвиженные в связующем материале, где часть каждого шарика выступает из поверхности слоя связующего для отражения света, может быть нанесено на наклонные поверхности при учете толщины слоя, вязкости и других физических свойств связующего материала.
На чертежах в общем и на фиг. 1 в частности показана конструкция со световозвращающим покрытием, нанесенным согласно одному, приведенному в качестве примера, варианту осуществления изобретения. Конструкция представляет собой бетонный разделительный дорожный блок (бетонную стенку «Джерси» или бетонный барьер «Джерси») 100 с наклонной поверхностью 110. Разделительный дорожный блок (стенка «Джерси») 100, в общем, предназначен для установки вдоль полосы движения и может быть использован для направления движения или отделения одной полосы движения от другой полосы движения. Световозвращающая полоса, или линия, 200 нанесена вблизи верха наклонной поверхности 110 и проходит в продольном направлении вдоль наклонной поверхности 110. В этом устройстве на световозвращающую полосу 200 падает свет от проходящих транспортных средств и отражается в обратном направлении (к автомобилистам), предупреждая автомобилистов о расположении разделительного дорожного блока (стенки «Джерси») 100.
Световозвращающие материалы согласно настоящему изобретению могут быть нанесены на одну или большее число сторон придорожной конструкции для улучшения видимости конструкции в условиях темного времени дня. Например, полоса 200 проходит вдоль наклонной лицевой поверхности 110 и торцевой стенки 120 разделительного дорожного блока (стенки «Джерси») 100. Такая конфигурация этой полосы может потребоваться на участке разделительного дорожного блока (стенки «Джерси»), расположенном с торца ряда, где торцевая стенка 120 обращена навстречу движению. Различные полосы или рисунки могут быть использованы согласно изобретению, и они не должны быть ограничены конфигурациями, проиллюстрированными на чертежах.
Световозвращающая полоса 200 сформирована из покрытия 210, нанесенного на наклонную поверхность 110. Покрытие 210 содержит массу световозвращающих гранул, удерживаемых вместе в слое связующего материала. Световозвращающие гранулы согласно изобретению могут содержать ряд различных световозвращающих материалов или сочетаний материалов, например, световозвращающие гранулы могут иметь одинаковые размеры, геометрию и коэффициент преломления. Альтернативно световозвращающие гранулы могут представлять собой смесь различных световозвращающих элементов, имеющих различные размеры, геометрии и коэффициенты преломления.
,

На фиг. 2 представлен вид в увеличенном масштабе световозвращающего покрытия 210, содержащего ассортимент световозвращающих гранул, удерживаемых вместе в слое связующего 220. Согласно изобретению можно использовать ряд разнообразных световозвращающих гранул. Световозвращающее покрытие 210 содержит массу стеклянных шариков 230, рассеянных по всему слою связующего 230. Каждый стеклянный шарик 230 является сферическим и обладает коэффициентом преломления, составляющим, по меньшей мере, около 1,5предпочтительно, по меньшей мере,  около 1,7 и даже более предпочтительно, по меньшей мере,  около 1,9. В обычном варианте осуществления покрытие 210 содержит световозвращающие стеклянные шарики торговой марки Ultra 1,9, продаваемые компанией Potters Industries Inc. (г. Малверн, штат Пенсильвания, США), или эквивалентные стеклянные шарики. Покрытие 210 может содержать стеклянные сферы торговой марки VISIBEAD или торговой марки VISIBEAD PLUS II, также продаваемые компанией Potters Industries Inc. (г. Малверн, штат Пенсильвания, США). Альтернативно или дополнительно к приведенному выше, покрытие 210 может содержать агломерированные стеклянные шарики, например, показанные и описанные в публикации США № 2008/0253833.
Шарики 230 частично, но не полностью, внедрены в слой связующего 220, таким образом, что открытая часть каждого шарика выступает наружу из поверхности слоя связующего. Открытая часть каждого шарика фокусирует падающий свет на внутренней поверхности шарика, где он освещает краску слоя связующего, которая может быть ярко-желтой или белой дорожно-маркировочной краской. Шарик отражает этот свет обратно в направлении источника. В предпочтительных вариантах осуществления шарики 230 покрыты гидрофобным покрытием или подвергнуты другой поверхностной обработке, которая препятствует приклеиванию или покрыванию каким-либо другим способом связующим материалом открытой части шариков. Связующий материал, скапливающийся на открытой части шарика, может снижать световозвращающую способность шарика.
Световозвращающие покрытия согласно настоящему изобретению можно наносить на горизонтальные или наклонные поверхности различных конструкций или сооружений, расположенных вблизи полос движения транспортных средств, включающих (но не ограниченных данным перечнем): разделительные дорожные блоки (стенки «Джерси») барьеры, устои мостов, искусственные неровности, расположенные поперек проезжей части, для ограничения скорости движения транспорта, контрольные посты, электрические и фонарные столбы, столбы с указателями или дорожными знаками, тумбы, пожарные гидранты, тротуары, бордюры, средние линии, пешеходные дорожки и пешеходные переходы. Покрытия согласно изобретению могут быть нанесены на месте на существующие конструкции. Альтернативно придорожные конструкции согласно изобретению могут быть оборудованы или предварительно снабжены световозвращающими поверхностями до их установки вблизи полос движения транспортных средств.
На фиг. 3 показано стальное ограждение 300, выполненное согласно другому, приведенному в качестве примера, варианту осуществления изобретения. Ограждение 300 содержит световозвращающую полосу 400, нанесенную вдоль средней части ограждения. Полоса 400 сформирована из световозвращающего покрытия 410, приклеенного к нерегулярному контуру ограждения. Как отмечено выше, световозвращающая полоса 400 может быть нанесена на ограждение 300 при его изготовлении или после установки ограждения, уже находящегося в эксплуатации.
Диаметры шариков, используемых согласно изобретению, можно варьировать, и они не должны быть одного размера. Можно использовать стеклянные шарики различных градаций размеров для получения различных результатов. В приведенной ниже Таблице 1 представлены предпочтительные диапазоны градаций размеров стеклянных шариков.
Таблица 1Распределение размеров стеклянных шариков
Номер сита (США)
Удерживаемая масса (масс. %)
18
0-2
20
3-15
30
5-25
50
40-65
100
15-35
Поддон
0-5
Распределение размеров стеклянных шариков, приведенное в Таблице 1, может быть определено на основании гранулометрического анализа. В левой колонке Таблицы 1 перечислены номера сит (США), а в правой колонке представлены приблизительно доли (масс. %) стеклянных шариков, удерживаемых на соответствующих ситах (США), перечисленных в левой колонке (в последней строке Таблицы 1 вместо сита указан поддон). Приблизительно половина шариков удерживается на сите № 50 (США), и таким образом, их размер больше 0,0117 дюйма (0,3 мм). Приблизительно 0-5% стеклянных шариков проходят через сито № 100 (США) в поддон, и, таким образом, их размер меньше 0,0059 дюйма (0,15 мм).
2
2
Ряд различных связующих материалов можно использовать для приготовления слоя связующего 220, включающих (но не ограниченных данным перечнем) краску на водной основе, эпоксидную, полиэфирную, термопластичную, полиметилметакрилатную, полиуретановую, полимочевинную краски и краски, совместимые с летучими органическими соединениями. Шарики 230 могут быть нанесены с любым расходом или с любой плотностью, пригодными для создания световозвращающей поверхности. Удовлетворительные результаты наблюдали при использовании шариков 230 при плотности слоя связующего, составлявшей около 0,15 фунт/кв. фут (0,733 кг/м). При нанесении шариков с использованием слоя связующего с плотностью, большей или меньшей 0,15 фунт/кв. фут (0,733 кг/м), могут быть также достигнуты удовлетворительные результаты. Шарики 230 можно наносить, используя относительно тонкий слой связующего материала. Слой связующего 220 предпочтительно имеет толщину в диапазоне от около 10 мил (0,010 дюйма) (0,254 мм) до около 12 мил (0,012 дюйма) (0,305 мм).
Использование сочетания размеров шариков, коэффициентов преломления и толщины слоя связующего совместно вносит свой вклад в свойства световозвращающей поверхности, и неожиданно обеспечивается большая долговечность и яркость в условиях мокрой, сухой, ясной или туманной погоды. Хотя шарики являются относительно большими в сравнении с другими световозвращающими материалами, они не такие тяжелые, чтобы они оседали или соскальзывали с наклонных поверхностей под действием силы тяжести. Относительно тонкий слой связующего является достаточно толстым для удерживания шариков в частично внедренном состоянии.
Покрытие предпочтительно наносят в ходе непрерывного процесса. Слой связующего наносят на наклонную поверхность, после чего наносят световозвращающие материалы, например, стеклянные шарики. Стеклянные шарики можно наносить поверх слоя связующего, используя аппарат и процесс, показанные и описанные в патенте США № 7429146, содержание которого включено в данный документ путем ссылки в его полном объеме и для всех назначений.
.
Ниже описан, со ссылкой на фиг4, предпочтительный способ нанесения световозвращающего покрытия на наклонную поверхность согласно изобретению. На фиг. 4 проиллюстрирован схематически (вид сверху) процесс нанесения стеклянных шариков 230 на слой связующего 220, который был нанесен на поверхность W наклонной стенки. Как отмечено выше, слой связующего 220 предпочтительно наносят толщиной в диапазоне от около 10 мил (0,254 мм) до около 12 мил (0,305 мм.). Было установлено, что толщина слоя в этом диапазоне является достаточной для внедрения стеклянных шариков желаемого диапазона размеров, но при этом не столь большой, чтобы вызвать стекание слоя по наклонной поверхности под действием силы тяжести.
Стеклянные шарики 230 наносят с использованием форсунки N, которую перемещают вдоль траектории, параллельной длине поверхности W стенки. Направление движения форсунки N показано стрелкой X. Положение форсунки N зафиксировано при ее перемещении вдоль поверхности W стенки. При фиксированном положении форсунки N стеклянные шарики подают под острым углом θ относительно продольной оси поверхности W стенки.
Было установлено, что стеклянные шарики предпочтительной градации размеров могут надлежащим образом внедряться в слой связующего на желаемую глубину, если угол θ находится в предпочтительном диапазоне. Если угол θ расположения форсунки меньше предпочтительного диапазона, то шарики не вступают в контакт со слоем связующего с достаточной силой для внедрения в слой связующего на требующуюся глубину. Если угол θ расположения форсунки превышает предпочтительный диапазон, то шарики вероятнее всего отклоняются или отлетают рикошетом от поверхности стенки. Угол θ расположения форсунки предпочтительно составляет от около 30° до около 50°. Угол θ расположения форсунки более предпочтительно составляет от около 40° до около 50°. Угол θ расположения форсунки даже более предпочтительно составляет от около 40° до около 45°.
Было также установлено, что внедрение стеклянных шариков с меньшим разбрызгиванием слоя связующего происходит при подаче шариков в направлении, в общем, противоположном направлению перемещения форсунки. На фиг. 4 показан пример такого перемещения, где шарики 230 подают в направлении, в общем, противоположном направлению движения X форсунки N. Это означает, что если направление X рассматривается как движение вперед форсунки N, то шарики эжектируют из форсунки N в обратном направлении. Этим уменьшают результирующую скорость шариков и уменьшают или исключают разбрызгивание, которое может происходить при контакте шариков, движущихся со слишком большой скоростью, со связующим.
До сих пор описывались световозвращающее покрытие и процесс его нанесения в контексте нанесения покрытия на наклонные стенки. Это не означает, что такие же покрытие и процесс нанесения не могут быть использованы для обработки горизонтальных поверхностей. Кроме того, это не означает, что покрытие и процесс нанесения могут быть использованы только для обработки поверхностей с большими углами наклона. Кроме того, это не означает, что покрытие и процесс нанесения могут быть использованы только для обработки конструкций, придорожных сооружений или других стационарных объектов. Соответственно покрытие и процесс нанесения могут быть использованы для обработки совершенно горизонтальных поверхностей, например, настилов, тротуаров и средних линий, а также умеренно наклонных поверхностей, например, аппарелей.
Световозвращающие покрытия и процессы их нанесения согласно изобретению можно использовать для улучшения видимости любой конструкции, любого сооружения или объекта, представляющих собой горизонтальную или наклонную поверхность. Покрытия и процессы их нанесения можно использовать на плоских поверхностях, криволинейных поверхностях или нерегулярных поверхностях.
Хотя в данном документе показаны и описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, должно быть понятно, что такие варианты осуществления приведены только в качестве примеров. Множество вариантов, изменений и замен может быть предложено специалистами в данной области техники без отступления от сущности изобретения. Соответственно, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие варианты как подпадающие под действие сущности и объема изобретения.