Световозвращающая разметочная линия

 

Использование: при создании технических средств регулирования дорожного движения. Сущность изобретения: флуоресцентные вещества, содержащиеся в связующем, преобразуют в излучение видимой области спектра поглощенное излучение УФ и/или видимой, близкой к УФ, области спектра и/или ИК и/или видимой, близкой к ИК, области спектра. Причем в качестве флуоресцентного вещества используют люминофор или антистоксовый люминофор, например, выполненный в виде фторида с общей формулой (Zn_1-xCd_x)F₂, где x≅0,2, активированного эрбием и иттербием, а связующее может быть выполнено в виде самоклеющегося термопластика. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области получения световозвращающих материалов, содержащих прозрачные микрошарики и функционирующих как рефлектирующие отражатели в любых погодных условиях, и к области разметки дорог, в частности, к световозвращающим разметочным линиям и техническим средствам для регулирования дорожного движения и обеспечения безопасности движения на шоссейных дорогах, и может быть использовано для отделения и/или обозначения соседних полос для движения транспорта с односторонним движением друг от друга, тротуаров на проезжей части с регулируемым движением транспорта, эскалаторов и т.п. а также для изготовления дорожных знаков, указателей, экранов, номерных знаков для машин, специальных элементов для обнаружения предметов в темноте, кредитных, идентификационных и т.д. карточек и т.п.

В современных условиях проблема получения эффективно эксплуатируемых на существующих в настоящее время дорогах и вновь прокладываемых транспортных магистралях световозвращающих разметочных линий в связи с возрастающим потоком автотранспортных средств, в том числе иномарок, модернизацией транспортных артерий страны, и в связи с возрастающей открытостью границ для автотранспорта и стремлением России иметь автотранспортную сеть европейского стандарта, встала достаточно остро. Связано это с тем, что существующие световозвращающие разметочные линии обеспечивают, главным образом, высокие световозвращающие свойства в дневное и ночное время суток (от излучения головных фар транспортных средств). И совсем в незначительном числе световозвращающих разметочных линий сделаны попытки обеспечить, наряду с высокими световозвращающими свойствами разметочной линии в дневное и ночное время, также высокие световозвращающие свойства в вечернее время суток, на рассвете и в дневное время суток, когда в связи с погодными условиями освещенность трассы является невысокой. Важность этого трудно переоценить, если учесть, что наиболее интенсивное движение и максимальное количество аварий на транспорте приходится именно на это время.

Однако существующие световозвращающие разметочные линии, обеспечивающие повышенные световозвращающие свойства в вечернее время суток, на рассвете и в дневное время суток при низкой освещенности, являются недостаточно эффективными.

Известна световозвращающая разметочная линия, содержащая композицию прозрачных микрошариков и флуоресцентные вещества, преобразующего поглощенное излучение с меньшей длиной волны электромагнитного спектра в излучение желтого света, в связующем (патент Великобритании N 2224296, кл. E 01 F 9/08, 1990).

Однако известная разметочная линия имеет невысокие световозвращающие свойства в вечернее время суток, на рассвете и в дневное время, когда освещенность трассы из-за погодных условий является невысокой, так как используемое флуоресцентное вещество не обеспечивает преобразование электромагнитного излучения в области больших чем 600 нм длин волн в излучение желтого света. Разметочная линия на всей поверхностью работает на световозвращение, так как присутствие только микрошариков для обеспечения световозвращающих свойств от излучения головных фар транспортных средств не позволяет получать достаточно высокое световозвращение, особенно в темное время суток.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является световозвращающая разметочная линия, содержащая композицию прозрачных микрошариков, неметаллических частиц с цветонесущей отражающей поверхностью и флуоресцентного вещества, преобразующего поглощенное излучение в УФ и видимой, близкой к УФ, областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимой области спектра с большей длиной волны, в связующем (патент США N 3030870, кл. G 02 B 5/128, 1962).

Однако известная разметочная линия имеет невысокие световозвращающие свойства в вечернее время суток, на рассвете и в дневное время, когда освещенность трассы из-за погодных условий является невысокой, так как используемое флуоресцентное вещество не обеспечивает преобразование электромагнитного излучения в области больших чем 600 нм длин волн в излучение желтого света.

В известной разметочной линии материал цветонесущих частиц с отражающей поверхностью ограничен использованием только элементов с диэлектрическими свойствами, что снижает возможности его технологического получения. Кроме того, известная разметочная линия является непрочной и легко разрушается при воздействии на нее транспортных средств, происходит легкое выщербление из разметочной линии элементов, обеспечивающих световозвращение, что также снижает световозвращающие свойства. Известная разметочная линия после нанесения на поверхность шоссе уже не может быть удалена при необходимости без разрушения (для использования, например, на другом участке шоссе). Новым достигаемым техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение эффективности разметочной линии посредством повышения стабильности и яркости ее световозвращающих свойств в вечернее, рассветное и дневное (с невысокой освещенностью) время суток.

Новый технический результат достигается тем, что в световозвращающей разметочной линии, содержащей композицию прозрачных микрошариков, частиц с цветонесущей отражающей поверхностью и флуоресцентного вещества, преобразующего поглощенное излучение в УФ и видимой, близкой к УФ, областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимой области спектра с большей длиной волны, в связующем, в отличие от прототипа, в качестве флуоресцентных используют вещества, преобразующие поглощенное излучение в УФ и/или видимой, близкой к УФ, областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимой области спектра с большей длиной волны и/или преобразующие поглощенное излучение в ИК и/или видимой, близкой к ИК, областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимой области спектра с меньшей длиной волны.

Флуоресцентное вещество, преобразующее поглощенное излучение в УФ и/или видимой, близкой к УФ, областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимой области спектра с большей длиной волны, может быть выполнено в виде люминофора, а флуоресцетное вещество, преобразующее поглощенное излучение в ИК и/или видимой, близкой к ИК, областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимой облсти спектра с меньшей длиной волны, может быть выполнено в виде антистоксового люминофора, при этом частицы с цветонесущей отражающей поверхностью могут быть выполнены из металла или неметалла.

Антистоксовый люминофор может быть выполнен в виде фторида с общей формулой (Zn_1-xCd_x)F₂, где х≅0,2, активированного эрбием и иттербием.

Связующее может быть выполнено в виде термопластика.

Термопластик может быть выполнен самоадгезивным с возможностью нанесения на дорожное покрытие и последующего удаления без разрушения.

По крайней мере одна часть частиц может быть выбрана с цветом отражающей поверхности, отличным от цвета отражающей поверхности остальных частиц и нанесена в виде изображения.

На фиг. 1 представлены принципиальные конструкции световозвращающей разметочной линии в присутствии люминофора и антистоксового люминофора в связующем; на фиг. 2 в присутствии антистоксового люминофора и цветонесущих частиц, нанесенных в виде изображения, в термопластике; на фиг. 3 схема преобразования падающего на разметочную линию излучения различных диапазонов электромагнитного спектра.

Световозвращающая разметочная линия содержит композицию прозрачных микрошариков 1, частиц 2 с цветонесущей отражающей поверхностью, выполненных из металла или неметалла и люминофора 3, преобразующего поглощенное излучение в УФ и/или видимой близкой к УФ областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимой области спектра с большей длиной волны, и/или антистоксового люминофора 4, преобразующего поглощенное излучение в ИК и/или видимой, близкой к ИК, областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимой области спектра с меньшей длиной волны, в связующем 5 (фиг. 1). Одна часть частиц 2 может быть выбрана с цветом отражающей поверхности, отличным от цвета отражающей поверхности остальных частиц, и нанесена в виде изображения 6. Связующее может быть выполнено в виде термопластика 7 (фиг. 2).

Световозвращающую разметочную линию изготавливают следующим образом. В композицию, включающую, например, 42 об. цветонесущих частиц 2 с отражающей поверхностью в связующем 5, вводят, например, 0,3 мас. люминофора 3 и/или антистоксового люминофора 4 при равномерном перемешивании. И затем на каждый 1 л образовавшейся смеси добавляют, например, 600 г прозрачных микрошариков 1, при равномерном перемешивании. Ориентировочное содержание компонентов приведено для нелетучей части связующего 5. Для улучшения технологичности приготовления смеси в нее добавляют летучий растворитель, который удаляется после нанесения полученного состава например, на дорожное покрытие.

В случае применения в качестве связующего 5 термопластика 7, прозрачные микрошарики 1, цветонесущие частицы 2 с отражающей поверхностью и люминофор 3 и (или) антистоксовый люминофор 4 одним из известных методов вводят термопластик 7 (термопластичный полимер), например, на стадиях гранулирования или расплава, ориентировочно в том же количестве.

В качестве связующего 5 может быть использован клей ГИПК-2214 (ТУ 6-05-251-64-87, ТУ 6-05-251-49-88), Метафонт (производства предприятия ЛИТ г. Переяславль-Залесский), винилацетат, полиэстер, щеллак, этиленгликольфталат, фенолформальдегидный конденсат, синтетические смолы и т.п.

В качестве частиц 2 с цветонесущей отражающей поверхностью могут использоваться как металлические (алюминиевые, бронзовые, медные, латунные, серебрянные, цинковые и т. п. частицы в виде пудры, или неметаллические (частички слюды, частички полимерной, например, лавсановой пленки с нанесенным на них отражающим (перламутровым или иного цвета) слоем, типа "блеск для глаз"; диоксид титана, оксид железа, соль цинка, сульфаты кальция и бария, титанат бария и т.д.). Все эти материалы обладают хорошими отражающими свойствами в различных диапазонах видимого света, главным образом, белого и желтого. Размер частиц 2 составляет 0,2-0,3 мкмк.

Микрошарики 1 могут быть изготовлены из материала с прозрачностью не ниже 90% и показателем преломления 1,41-2,00, например, из кварца, стекла (ТУ Латв. респ. 024-80), полистирола, полиметилметакрилата и т.п. размером 30-200 мкм.

В качестве люминофора 3 могут использоваться, например, люминофор, содержащий оксид иттрия, активированный сурьмой и марганцем (26-34 мас.), и обеспечивающий трансформацию невидимого излучения в УФ и видимой (фиолетовый, синий и голубой диапазоны), близкой к УФ, областях спектра с длиной волны 200-480 нм в область желтой и оранжевой (580-600 нм) составляющих видимой области электромагнитного спектра (в большую сторону длин волн).

Может быть использован люминофор в виде комплексного соединения теноилтрифторацетоната европия с 1,10-фенантролином, преобразующий излучение в УФ области спектра с длиной волны 250-380 нм в видимую (желтую и оранжевую составляющие) с длиной волны 580-600 нм.

Может быть использован люминофор на основе редкоземельных элементов, преобразующий излучение в видимой (фиолетовый, голубой, синей составляющей), близкой к УФ, области спектра электромагнитного излучения в желто-оранжевые цвета свечения излучения с длиной волны 580-600 нм. Готовят его следующим образом. Люминофор на основе редкоземельных элементов, например, в количестве 10 кг, распульповывают в 20 л воды в течение 5-10 мин. Затем к полученной суспензии добавляют 10 г азотнокислого алюминия, растворенного в 2 л воды, и 370 мл 13,5%-ной суспензии оксида железа (желтого) в 2·10^-3М растворе пирофосфата натрия. После перемешивания в течение 5 мин к полученной смеси добавляют 20 г фтористого аммония. Смесь перемешивают 15 мин и затем фильтруют на нутч-фильтре. Отделенный при этом осадок промывают 1,5 л воды и затем сушат при 100-110^oC.

Спектры люминесценции и спектры возбуждения люминесценции были получены при возбуждении галогенной лампой МК ГИ-150 с использованием монохранаторов МДР-23 и МДР-2 с регистрацией посредством ФЭУ-79 и ФЭУ-62 со светофильтром КС-18 или КС-19. Полученная информация регистрировалась и обрабатывалась на микроЭВМ "Электроника ДЗ-284".

В качестве антистоксовых люминофоров 4 используют, например, люминесцентный состав на основе фторида свинца, оксидов германия и твердого раствора оксидов активирующих элементов иттербия и туллия, преобразующий падающее излучение ИК области спектра электромагнитного излучения в видимую (голубого цвета свечения) область спектра, например, при следующем соотношении компонентов, мас. PbF₂ (68,2802); GeO₂ (17,5530); Yb₂O₃ (14,1317) и Tm (0,035).

В качестве антистоксового люминофора и может быть также использован, например, люминесцентный состав на основе фторидов металлов группы цинка с общей формулой МеF₂, активированных эрбием или активированных эрбием и/или иттербием, преобразующего излучение ИК области спектра до 1600 нм электромагнитного излучения в излучение видимой области спектра от насыщенного красного до желтого цветов свечения в зависимости от фторида соответствующего металла группы цинка. Оптимальным является фторид с общей формулой (Zn_1-xCd_x)F₂, где x≅0,2, обеспечивающий трансформацию ИК в видимую область насыщенного желтого цвета свечения, активированный эрбием и иттербием или ZnF₂, активированный иттербием.

Размер частиц люминофора 3 или антистоксового люминофора 4 составляет 4-9 мкм.

В качестве термопласта 7 используют, например термопластический полимер типа полиэтилентерефталата, полиэтилена, лавсана, полихлорвинила и т.п.

Применение люминофоров 3 совместно с антистоксовым люминофором и позволяет повысить эффективность световозвращающих свойств разметочной линии (фиг. 3) в вечернее, рассветное и дневное время при недостаточной степени освещенности полотна шоссейной дороги. Это происходит за счет того, что к излучению, отраженному от рабочей поверхности разметочной линии при воздействии на нее естественного окружающего освещения, обозначенному малой стрелкой 8 и обеспечиваемому наличием световозвращающей оптической системы, включающей микрошарики и частицы с отражающей поверхностью, добавляется излучение, преобразованное люминофорными 3 и антистоксовыми люминофорными 4 частицами из ультрафиолетовой (УФ), инфракрасной (ИК) и видимой (близкой к ИК и УФ) областях электромагнитного излучения, и обозначенному крупной стрелкой 9. В качестве таких источников излучения, преобразуемых в УФ и видимой (близкой к УФ) областях, кроме солнечного излучения в этом диапазоне оптического спектра, могут служить кварцевые, ртутные и подобные осветительные устройства, установленные для освещения или иных целей вдоль дороги, часть излучения которых приходится на УФ и близкий к нему диапазон электромагнитного спектра.

В свою очередь, в качестве источников излучения, преобразуемых в ИК и в видимой (близкой к ИК) областях, кроме солнечного излучения в этом диапазоне оптического спектра), служат различные источники тепловой энергии типа теплотрасс, двигателей, нагревательных устройств, а также разнообразных осветительных устройств, установленных вдоль дорог, часть излучения которых приходится именно на ИК и близкую к ней видимую область спектра.

Кроме вышеперечисленных источников ИК излучения, существует еще один важный источник, существование которого обусловлено тем, что шоссейное полотно, подъездные пути, взлетно-посадочные полосы и т.п. выполненные на основе гудрона, бетона и подобных теплопоглашающих материалов, представляют собой как бы подобие коллекторов, аккумулирующих тепло. Поэтому, их средняя температура часто на 20^o превышает температуру окружающего фона и служит постоянным источником ИК излучения, обеспечивающего повышение световозвращающих свойств разметочной линии при наличии в ней антистоксового люминофора 4.

Следует также подчеркнуть, что в вечернее время суток и на рассвете, солнечное излучение приходится, главным образом, на области, близкие к УФ и ИК областям спектра электромагнитного излучения (красные, голубые, синие и фиолетовые составляющие), что также способствует повышению световозвращающих свойств разметочной линии в это время суток при наличии люминофора 3 и антистоксового люминофора 4.

В разметочном материале могут быть использованы люминофор 3, преобразующий УФ излучение, и антистоксовый люминофор 4, преобразующий ИК излучение, как совместно, так и при наличии только одного из них. Использование в качестве флуоресцентного вещества люминофоров 3 и антистоксовых люминофоров 4 позволяет использовать в качестве частиц 2 с цветонесущей отражающей поверхностью не только частицы с диэлектрическими свойствами (главным образом неметаллы), но и металлические частицы. Это также обеспечивает повышение световозвращающих свойств разметочной линии за счет возможности использования металлических частиц с, как правило, более высокими отражающими свойствами поверхности, причем повышается возможность варьирования цветовой гаммой отражающей поверхности для создания ярких красочных изображений (от основных цветов видимого спектра до промежуточных типа красочного перламутрового и т. п.).

Связано это с тем, что флуоресцентные вещества на основе органических красителей, используемые в прототипе, для обеспечения возможности реализации своих флуоресцирующих свойств требуют окружающей среды с диэлектрическими свойствами. Иначе будет происходить перераспределение падающего излучения УФ диапазона в окружающей проводящей среде и процесса флуоресценции преобразованного падающего излучения не происходит.

Использование же в качестве флуоресцентного вещества частиц люминофоров 3 и антистоксовых люминофоров 4 предполагает трансформацию падающего излучения ИК и УФ диапазонов только на этих частицах без перераспределения энергии излучения в окружающей среде, что и позволяет использовать металлические проводящие частицы с отражающей поверхностью.

В разметочной линии возможно наличие изображений 6, выполненных за счет нанесения по крайней мере одной части частиц 2 с цветом отражающей поверхности, отличным от цвета отражающей поверхности остальных частиц 2, в виде такого изображения 6 (фиг. 2). Изображение 6 может представлять собой как рекламные иллюстрации, включающие названия фирм, адреса и т.п. так и содержать различные сообщения, обеспечивающие безопасность дорожного движения. При этом зеленый цвет изображения 6 может свидетельствовать о безопасности, красный опасности, а оранжевый о повышении внимания.

Нанесение на дорожное полотно световозвращающей разметочной линии осуществляется, например прикатыванием нагретого термопластика разогретым эластичным катком. В результате чего при остывании за счет самоадгезии такой термопластик надежно удерживается на дорожном покрытии. Термопластик изготавливают таким образом, чтобы его термические свойства были обратимыми, а его самоадгезия к дорожному покрытию при нагреве ослаблялась, Поэтому, при необходимости, при последовательном нагревании такого термопластика 6, обеспечивается его отлипание от дорожного покрытия без разрушения, свертывание, например, в рулон, и возможность использования в другом месте на другом участке дороги. Кроме того, применение термопластика повышает прочностные свойства разметочной линии от выщербления световозвращающих элементов и ее разрушения. Испытания по оценке отраженного от разметочной линии удельного коэффициента силы света, проведенные на приборе "НИИ АВТОприбор" по международному стандартному методу, показали его повышение не менее чем в 1,5 раза по сравнению с прототипом. При этом повышается стабильность световозвращающих свойств разметочной линии за счет использования дополнительных источников излучения в ИК и видимой, близкой к ИК, областях электромагнитного спектра.

На основании вышеизложенного новым достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является: 1. Повышение эффективности разметочной линии не менее чем в 1,5 раза за счет повышения стабильности и яркости ее световозвращающих свойств и применения термопластика, повышающего прочность и расширяющего возможности ее применения.

2. Повышение стабильности и яркости световозвращающих свойств разметочной линии за счет использования антистоксовых люминофоров, обеспечивающих возможность преобразования дополнительных источников излучения в ИК и видимой, близкой к ИК, областях спектра электромагнитного излучения в излучение видимого диапазона, а также наличия металлических частиц с высокоотражающими свойствами, позволяющего усилить видимость разметочной линии, особенно в утреннее, вечернее время суток, а также днем, когда из-за погодных условий видимость разметочной линии обычно невысока.

3. Расширение функциональных возможностей применения разметочной линии за счет выполнения в ней рекламных изображений, предупреждающих знаков, знаков безопасности и т.п. а также за счет применения самоадгезивного термопластика, который легко наносится на дорожное покрытие, и который, при необходимости, можно снять без разрушения для использования в другом месте.

4. Повышение прочности разметочной линии в результате использования вместо связующего более прочного термопластика, что повышает эксплуатационные характеристики разметочной линии до возможности 10-летней эксплуатации.

В настоящее время в Научно-исследовательском центре "НПО Астрофизика" выпущена конструкторская документация на предлагаемую разметочную линию, на основании которой изготовлены экспериментальные образцы световозвращающей разметочной линии.

Формула изобретения

1. Световозвращающая разметочная линия, содержащая композицию прозрачных микрошариков, частиц с цветонесущей отражающей поверхностью и по крайней мере одного флуоресцентного вещества, преобразующего поглощенное излучение в излучение видимой области спектра, в связующем, отличающаяся тем, что в качестве каждого из используемых флуоресцентных веществ выбирают вещество, преобразующее или поглощенное излучение УФ и/или видимой, близкой к УФ, области спектра, или поглощенное излучение ИК и/или видимой, близкой к ИК, области спектра.

2. Линия по п. 1, отличающаяся тем, что композиция содержит два флуоресцентных вещества, одно из которых преобразует поглощенное излучение УФ и/или видимой, близкой к УФ, области спектра, а другое преобразует поглощенное излучение ИК и/или видимой, близкой к ИК, области спектра.

3. Линия по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве флуоресцентного вещества, преобразующего излучение УФ и/или видимой, близкой к УФ, области спектра, используют люминофор.

4. Линия по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве флуоресцентного вещества, преобразующего излучение ИК и/или видимой, близкой к ИК, области спектра, используют антистоксовый люминофор.

5. Линия по п.4, отличающаяся тем, что антистоксовый люминофор выполнен в виде фторида с общей формулой (Zn_1-xCd_x)F₂, где x ≅ 0,2, активированного эрбием и иттербием.

6. Линия по любому из пп.1 5, отличающаяся тем, что связующее выполнено в виде термопластика.

7. Линия по п.6, отличающаяся тем, что термопластик выполнен самоклеящимся с возможностью нанесения его на дорожное покрытие и последующего удаления без разрушения.

8. Линия по любому из пп. 1 7, отличающаяся тем, что частицы с цветонесущей отражающей поверхностью выполнены из металла или неметалла.

9. Линия по любому из пп.1 8, отличающаяся тем, что по крайней мере одна часть частиц выбрана с цветом отражающей поверхности, отличным от цвета отражающей поверхности остальных частиц и размещена в виде изображения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3