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服装尽管是人类衣食住行四大基本生存要素之一,但随着科技的发展与人们生活水平的不断提高,衣着已经远远的超越了原有的传统观念:即遮羞、护体、美观的三大传统效用。人们开始追求服装向舒适性、高级化、多元化、感性化、功能化和智能化的方向发展。服装功能化问题历来是纺织服装界讨论的中心问题之一,对于服装功能与舒适性的改善,己日益成为广大设计者、生产者、经营者和消费者的共同需求、并力求达到的目标。人们对穿衣有着不少的新讲究、新需求和新追求,除了过去追求的崇尚自然、舒适、时尚、保健、卫生、安全、方便外,现在又侧重强调功能化、智能化、生态化、多样化和个性化等等。今天本文介绍的高能见度服装(higi visibility garments)印花技术就是一种功能化、智能化的服装加工技术。

一、高能见度服装及材料

我们这里所说的高能见度是指夜间能见度而言。夜间能见度是指夜间汽车驾驶员对前方具有反射光线的物体能够辨别的最大距离。一种现场直观的测试方法是以汽车车头前灯为光源,在汽车行驶状态下,顺着车头前灯光线,观察前方放置的反光物体,到看得见时为止的最大距离,所以夜间能见度是以车灯与反光物体之间的距离来表示的。到目前,能做为高能见度服装材料主要有以下三种类型,其中两种在刊物中都有过介绍。把适当的颜料掺入PVC或聚氨酯树脂中,然后通过印花或通过转移涂层的方法处理到基布上即可。能够在白天产生高能见度的“日光颜料”或荧光颜料,在很多种颜色中以其橙色尤其黄色用的最多;其次是光致发光材料,经白天“充电”后,在黑夜中可以发出一段时间的白光。上述这些材料以高能见度的标准来衡量,它们的发光亮度是不够的,对于夜间行车车灯前的物体的发光亮度没有多少作用,它们所提供的能见度还不如一块雪白的布。今天本文讨论的逆向反射材料(光学元件),当车灯照射到它以后,它能将灯光反射回车灯方向,即射向司机,对司机来说,物体的能见度大大提高,此时的能见度大约是白布的一千倍。

二、什么是逆向反射

为了理解逆向反射,这里不得不回顾一下在普通物理学中光的反射现象,在这里咱们共同做个小实验:首先营造一个没有光线的黑暗小房子里,准备三样物品:一支手电筒、一面平面镜和一张白纸。先用手电筒去照那面平面镜,你会发现只有在镜面反射光的方向上你才会看到耀眼的亮光,其他镜面部分是看不到光亮的。如果把平面镜换成准备好的那张白纸,再重复这个实验,用手电筒去照白纸,你会发现,无论你从那个方向去观察,向白纸上去看那个方向都是一样的亮度。这是为什么产生了不同的观察效果呢?原来,平面镜产生的是镜面反射,它将照射进去的平行光线全部按一定的角度平行地反射了出去,所以我们只有在反射光的方向上才可以看到耀眼的亮光。而白纸人们看上去表面挺光滑的,但实际上纸的表面有许多细微的凹凸不平的起伏,所以当平行光线照射到纸的表面上时,入射的光线就被那些凹凸不平的小东西向各个不同方向反射出去,所以,无论我们站在那个方向去看那张纸,总会有一部分反射光射入我们的眼中,所以我们就会看见它。人们管白纸的那种反射称为漫反射或呌散射。如果拿手电筒和拿平面镜的两个人相互对照,会产生入射光(手电筒)被平面镜全部折射回去,这种反射就是逆向反射。所以说逆向反射是一类特殊的反射,它能使光线沿着原来的路径反射回去。若想使无论光线依什么方向射入,都能使它沿照原来入射方向返回去,那么逆光反射的用处可就太大了。

三、逆向反射元件的产生及应用

⒈角反射器

从前面的实验里我们知道,当一细束手电筒的光射在一面小镜子上,这束反射光并不沿原路返回,要使反射光沿原路返回,只能让镜子面垂直于光束,如果,不管反射面怎样放置,都使反射光沿原来入射光的方向返回,一面镜子就无法完成任务了。如再用一面镜子,当两面镜子互相垂直的时候,才会达到这个目的。在这里发现当光线埀直两面镜子的棱入射,才会有这个结果。所以,若想无论光线从什么方向入射,都能斏它沿着原来入射方向返回去,两面镜子又无法胜任了,把三面小镜子互相埀直粘合起来,它就能把任何方向射入的光线沿原来入射光方向反射回去,人们把它们的组成叫做反射器,这个小小反射器有个奇妙的特点,能把任何光线都沿原来入射方向反射回去。在20世纪30年代,由于自行车风行,英国政府颁布了一项交通法令,自行车的尾部必须装备一个反射器,这样在黑夜中后面的汽车司机才能通过反射器发现前面骑车的人,这项法令公布后,夜间的道路交通事故明显减少。从此,各种各样的反射器都设计制造出来了,各国自行车尾部都安装上了这样的红色或黄色的反射器,明白了里面的光学知识,认为车尾灯不再是装饰品了。逆光反射的功能是提高物体在黑暗中的能见度,据说,美国每年要发生五千件夜行人在公路上被车辆撞死的事故,约占全部行人车祸事故的一半。因为,在黑暗中,车灯前的人体反射光是很微弱的,司机很难看清晰,为此提高夜行人的能见度是减少交通事故的有效办法。

1969年7月,阿波罗11号的宇航员首先登上月球,他们把反射器带上去了,重达30公斤,是由100块熔融石英棱镜组成的,以后又陆续送上四个,面积更大,把它们分别放在月球的不同地方,这些角反射器可忠实地把光线反射回来,只要我们用激光照射它们,它们会将光线反射回原来的地方,在它们的有力帮助下,人们可以非常精确的测量月球与地球之间的距离了。角反射器使我知道的是多个平面镜的组合形成的,除了平面镜还有什么样的镜面可以形成逆向反射呢?那就是下面介绍的球面镜。

2、球形透镜:即所谓的用玻璃制成的玻璃微珠。微珠是20世纪六十年代发展起来的一种新型微粒材料,由于它的物理、化学、机械、电绝缘等方面的特殊性,故其用途涉及各个领域。1973年在美国匹兹堡国际灰渣会议上,毕特华博士论述了从粉煤灰中提取空心微珠的可能性以及它的优良性能,由此,美国飞利特公司就着手开发粉煤灰空心微珠,并以商品形式在市场上销售。我国空心微珠的发展基本是从20世纪70年代末开始的,在空心微珠的研究和应用上落后于国外。为了促进空心微珠的发展,国家曾经多次下达文件,鼓励发展空心微珠,并且给予优惠政策,一些生产空心微珠的厂家也相继诞生。人造空心微珠有玻璃的、氧化铝和碳微珠等类型。有无色透明的、半透明的、乳白非透明的,像颗颗晶莹的珍珠。那么玻璃微珠为什会产生逆向反射呢?当入射光进入玻璃珠与空气的界面时产生了光的折射,但玻璃珠的折射率是由该玻璃的化学组成决定的,所以,折射角因玻璃的折射率的不同而有变化。当折射光在玻璃珠内部聚焦时,焦点与球心的距离称为焦距(E),若在E点处有一个光滑的镜面,折射光便会产生逆向反射,反射光依旧穿过玻璃珠与空气的界面顺照回复到入射光的方向而去。(如图1所示的状况)当E与球的半径r相等时,若在球体的背面有一个反射涂层(如同人们日常生活用的平面镜子一样),E与r之间的关系可用关系式表达如下:

E-r=r(2-n)


式中n为玻璃珠的折射率2(n-1),当n>2时,E<r,焦点聚焦在玻璃珠的内部,达不到反射层,所以得不到良好的逆向反射效果;当n<2时,E>r,焦点就聚焦在玻璃珠的外部空间,也无法产生良好的逆向反射效果。只有当n=2时会得到最高等级的逆向反射亮度。但考虑各种因素的影响,对n为2的适当修正,在实际生产中当n=1.93时,会获取最高的逆向反射,得到最大的光亮度。玻璃微珠镀膜技术有了很大的发展,大致分为湿法和干法两种:湿法有喷雾法、溶胶-凝胶法、印刷法等;干湿有真空蒸镀法(离子镀)、溅射法等。利用高反射金属膜技术可以使玻璃微珠的反射率显著提高。

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