Световозвращающая плёнка

Световозвращающая плёнка — это полимерный или композитный материал, обладающий способностью отражать падающий на него световой поток обратно в направлении источника излучения (эффект ретрорефлексии). Относится к классу оптических материалов и применяется для повышения видимости объектов в условиях недостаточной освещённости, в первую очередь в дорожной инфраструктуре, промышленности и на средствах индивидуальной защиты.

История

Первые разработки световозвращающих материалов начались в 1930-х годах в США и Великобритании. В 1937 году американская компания 3M представила первый коммерческий продукт — световозвращающую ленту Scotchlite, которая использовалась для дорожных знаков. В 1940-х годах технология была усовершенствована для военных нужд: световозвращающие элементы применялись на камуфляже и аэродромном оборудовании.

В СССР системное производство световозвращающих плёнок началось в 1960-х годах на базе НИИ резиновой промышленности. Первые отечественные плёнки изготавливались на основе стеклянных микросфер и использовались для дорожных знаков на автомагистралях. В 1970-х годах появились плёнки с призматической микроструктурой, что позволило значительно увеличить коэффициент световозвращения.

С 1990-х годов технология стала массово применяться в гражданской сфере: на одежде дорожных рабочих, школьных ранцах, велосипедах и автомобильных номерных знаках. В 2000-х годах в России и странах Таможенного союза были введены обязательные требования к световозвращающим элементам на детской одежде и средствах индивидуальной защиты.

Устройство и принцип действия

Световозвращающая плёнка состоит из нескольких слоёв:

1. Защитный слой — прозрачная полимерная плёнка (полиуретан, полиэстер, ПВХ), устойчивая к истиранию, ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям.
2. Оптический слой — содержит микроскопические ретрорефлекторы: стеклянные микросферы (диаметром 50–200 мкм) или призматические элементы (кубические углы, микропризмы). В микросферных плёнках шарики частично погружены в связующее вещество, а их задняя поверхность покрыта отражающим слоем (алюминий, серебро). В призматических плёнках свет отражается от граней микроскопических пирамидок.
3. Клеевой слой — акриловый или каучуковый клей, обеспечивающий фиксацию плёнки на поверхности. Может быть постоянным или съёмным.
4. Подложка — силиконизированная бумага или плёнка, защищающая клеевой слой до момента наклеивания.

Принцип действия основан на явлении ретрорефлексии: световой луч, падающий на плёнку, преломляется на границе воздух-микросфера (или призма), отражается от внутренней поверхности и возвращается обратно к источнику с минимальным рассеиванием. Угол отражения практически равен углу падения, что обеспечивает яркое свечение при освещении фарами, фонарями или прожекторами.

Классификация

Световозвращающие плёнки классифицируются по нескольким признакам.

По типу ретрорефлектора

• Микросферные — содержат стеклянные микросферы. Обеспечивают равномерное отражение под разными углами, но имеют меньший коэффициент световозвращения по сравнению с призматическими.
• Призматические (микропризматические) — содержат микроскопические призматические элементы (кубические углы). Обеспечивают более высокую яркость и дальность видимости, но чувствительны к углу падения света.

По классу световозвращения (по ГОСТ Р 52290-2004 и международным стандартам)

• Класс А (инженерный) — плёнки с высоким коэффициентом световозвращения, предназначенные для дорожных знаков на магистралях, автомагистралях и в местах с интенсивным движением. Срок службы — 7–10 лет.
• Класс Б (высокоинтенсивный) — плёнки с повышенной яркостью, используются для знаков на дорогах с высокой скоростью движения, а также для спецтранспорта и аварийных служб. Срок службы — 10–12 лет.
• Класс В (алмазный) — плёнки с максимальным коэффициентом световозвращения, применяются для знаков на сложных участках дорог, в тоннелях и на мостах. Срок службы — до 15 лет.
• Класс Г (специальный) — плёнки для световозвращающих элементов на одежде, обуви, аксессуарах, а также для маркировки транспортных средств. Имеют меньший срок службы (2–5 лет).

По области применения

• Дорожные — для дорожных знаков, разметки, ограждений, столбиков.
• Сигнальные — для спецодежды, жилетов, касок, спасательных средств.
• Декоративные — для рекламных конструкций, наклеек, сувениров.
• Технические — для маркировки транспортных средств, номерных знаков, аэродромного оборудования.

Характеристики

Основные технические характеристики световозвращающих плёнок:

• Коэффициент световозвращения (R, кд/лк·м²) — отношение силы отражённого света к освещённости. Для плёнок класса А составляет 50–150 кд/лк·м², для класса В — 200–500 кд/лк·м².
• Угол наблюдения — угол между направлением на источник света и направлением на наблюдателя. Обычно составляет 0,2°–2°.
• Угол входа — угол между направлением падающего света и нормалью к поверхности плёнки. Для микросферных плёнок — до 30°, для призматических — до 45°.
• Цвет — стандартные цвета: белый, жёлтый, красный, синий, зелёный, оранжевый. Цветность определяется пигментами, вводимыми в защитный слой.
• Стойкость к атмосферным воздействиям — устойчивость к УФ-излучению, перепадам температур (от –60 °C до +80 °C), влажности, солевому туману.
• Адгезия — сила сцепления с подложкой. Для дорожных знаков требуется адгезия не менее 10 Н/см.

Применение

Дорожная инфраструктура

Световозвращающие плёнки являются обязательным элементом дорожных знаков, указателей, направляющих столбиков и разметки. В России требования к ним регламентируются ГОСТ Р 52290-2004 и ГОСТ Р 52766-2007. Плёнки класса А и Б используются на всех дорогах общего пользования, класса В — на участках с ограниченной видимостью.

Средства индивидуальной защиты

Согласно техническому регламенту Таможенного союза «О безопасности средств индивидуальной защиты» (ТР ТС 019/2011), световозвращающие элементы обязательны на спецодежде дорожных рабочих, строителей, спасателей, сотрудников ДПС. Площадь световозвращающих полос должна составлять не менее 0,1 м² для жилетов и 0,2 м² для курток.

Транспортные средства

Световозвращающие плёнки используются для маркировки большегрузных автомобилей, автобусов, прицепов, а также для номерных знаков (в России — с 1993 года). На автомобилях скорой помощи, пожарных и полиции плёнки наносятся на кузов для повышения видимости в тёмное время суток.

Детская безопасность

В России с 2018 года действует рекомендация (а в ряде регионов — обязательное требование) об использовании световозвращающих элементов на одежде детей, особенно в осенне-зимний период. Плёнки наклеиваются на ранцы, верхнюю одежду, обувь.

Реклама и дизайн

Световозвращающие плёнки применяются в наружной рекламе, на вывесках, указателях, а также в декоративных целях — для создания светящихся эффектов на одежде, аксессуарах, в интерьере.

Производство

Производство световозвращающих плёнок включает несколько этапов:

1. Изготовление микросфер — из стекла или полимера методом распыления расплавленного материала в камере с горячим воздухом. Микросферы калибруются по размеру.
2. Формирование оптического слоя — микросферы наносятся на полимерную основу и фиксируются связующим веществом. Для призматических плёнок используется прессование или литьё под давлением.
3. Нанесение отражающего слоя — вакуумное напыление алюминия или серебра на заднюю поверхность микросфер.
4. Ламинирование — соединение оптического слоя с защитной плёнкой и клеевым слоем.
5. Резка и упаковка — плёнка нарезается на рулоны стандартной ширины (0,5–1,5 м) и длины (50–100 м).

Крупнейшие производители: 3M (США), Avery Dennison (США), Nippon Carbide (Япония), Reflexite (США), а также российские компании — «Композит», «Световозвращающие технологии», «Полимер-Свет».

Нормативное регулирование в России

В Российской Федерации требования к световозвращающим плёнкам установлены:

• ГОСТ Р 52290-2004 «Технические средства организации дорожного движения. Знаки дорожные. Общие технические требования».
• ГОСТ Р 52766-2007 «Дороги автомобильные общего пользования. Элементы обустройства. Общие требования».
• ТР ТС 019/2011 «О безопасности средств индивидуальной защиты».
• ПДД РФ (пункт 4.1) — обязывают пешеходов в тёмное время суток вне населённых пунктов иметь световозвращающие элементы.

Интересные факты

• Первый патент на световозвращающий материал был получен в 1923 году британским изобретателем Перси Шоу.
• Световозвращающие плёнки могут сохранять свои свойства при температурах до –60 °C, что позволяет использовать их в условиях Крайнего Севера.
• В 2020 году в России был разработан стандарт на световозвращающие плёнки для детской одежды (ГОСТ Р 59021-2020).
• Некоторые современные плёнки способны отражать до 90% падающего света, что в 200 раз ярче белой краски.

Источники

• ГОСТ Р 52290-2004 «Технические средства организации дорожного движения. Знаки дорожные. Общие технические требования».
• ГОСТ Р 52766-2007 «Дороги автомобильные общего пользования. Элементы обустройства. Общие требования».
• Технический регламент Таможенного союза «О безопасности средств индивидуальной защиты» (ТР ТС 019/2011).
• Правила дорожного движения Российской Федерации (утверждены постановлением Правительства РФ от 23.10.1993 № 1090).
• Материалы компании 3M: «Световозвращающие технологии: история и применение» (2019).
• Научно-технический журнал «Светотехника», № 4, 2020, статья «Современные световозвращающие материалы для дорожной инфраструктуры».
• М. В. Гусев, «Оптические свойства ретрорефлекторов», Издательство МГУ, 2015.