3М светлоотразително фолио – победител в битката за светлина и сигурност на пътя

Според действащите български закони всяка кола на пътя трябва да разполага със светлоотразителна жилетка. Такава трябва да ползват и велосипедистите в множество ситуации. Тежкотоварните автомобили са облепени с рефлективно, светлоотразително фолио, което издава габаритите им в тъмното. Собствениците на леки коли пък го използват за повишаване на сигурността и по естетични причини. Всички официални пътни знаци се изработват със слой светлоотразително фолио. Малко хора обаче знаят историята на материалите, които направиха пътищата по цял свят толкова безопасни. Голяма заслуга в тази област имат и пионерите от американската компания Минесота майнинг енд манифакчъринг (3М).

С налагането на автомобилите като основно средство на транспорт и постоянното вдигане на скоростта, която развиват, сигурността на пътя станала сериозен проблем в началото на миналия век.

Особено рисковано било пътуването нощем. Първоначалните опити да се подобри ситуацията включвали редица нововъведения, като поставяне на огромни пътни табели, боядисани в ярки цветове. Това обаче не дало желаните резултати. Затова през 1937 с проблема се заели изобретателите от 3М.

Инженерите на компанията от Минесота имали идеята да създадат материал, който да притежава ретрорефлекция – способност да връща светлина обратно към източника й, а именно колите на пътя и техните водачи. За целта експертите започнали опити със стъклени мъниста, които действали като миниатюрни отражатели. Закрепени плътно едно до друго те давали желания отблясък. Първите експерименти били обещаващи – мънистата отразявали светлината по правилния начин. При тестовете обаче излезли наяве дефектите на тази система. Изложените на стихиите мъниста си губели изцяло свойствата дори при слаб дъжд, тъй като водата изкривявала светлината. Освен това прах и боклуци прониквали в пролуките между топчетата.

От 3М решили проблема като ги покрили с прозрачен горен слой, който запълнил цепнатините и придал на материала гладко лъскаво лице. Наложила се обаче малка промяна в плана. Първоначалната идея била светлоотражателите да се закрепят върху самия път. Поради проблеми с устойчивостта на материала обаче се преминало към план Б – монтирането му на крайпътните знаци. Така се стигнало и до първата връщаща светлината табела в света. Създадена от 3М тя била поставена на път в околностите на град Минеаполис в щата Минесота през 1939 г. Скоро тази технология добила внушителен комерсиален успех и останала единствена на пазара в следващите 25 г. Материалът, който бил наречен Енджиниър Грейд обаче достигнал скромните 8 процента ретрорефлексия – доста скромно постижение. Затова инженерите на компанията решили да не чакат друг да ги задмине, а сами да подобрят този показател и да бият собствения си рекорд.

За да увеличат светлоотразителните свойства на материала в задната му част 3М прибавили полупрозрачен сребристо бял слой. Това намалило загубата на светлина в системата. Прозрачният лицев пласт на Енджиниър Грейд обаче имал смесен ефект – той предотвратил тоталната загуба на отражение при лошо време. Освен това придал гладък облик на материала, което до голяма степен спомагало за самопочистването му. В същото време обаче той повишил загубата на първоначално навлизаща светлина.

За този проблем било намерено брилянтно решение. Вместо да покрива плътно мънистата и пролуките между тях лицевият слой бил поставен на известно разстояние. Това било постигнато като полимерът се закрепял директно за издатини в основата на материала, а мънистата били нареждани в оформени малки шестоъгълни джобове.

Така в голямата плоскост се формирали миниатюрни независими светлоотразителни клетки с диаметър от близо 6 милиметра всяка. Затова отдалеч материалът приличал на пчелна пита. По–важното обаче било, че мънистата вече не докосвали горния слой и оставали напълно защитени от атмосферните влияния. Освен това ако една от клетките случайно била повреждана останалата част от материала запазвал своите свойства. Миниатюрният размер на капсулите спомагал за това и от голямо разстояние дефектиралите части били почти незабележими.

Компанията 3М подобрила своите светлоотражатели. Компанията започнала производството на мъниста от специално стъкло с много по-добри огледални свойства. Това повишило способностите им за връщане на светлината с повече от 20 процента. Наред с това били предприети стъпки към смаляване и унифициране размера на мънистата. Първоначално диаметърът им достигал 1,6 милиметра, но с времето и навлизането на редица нови технологии се свил десетократно. Сребристото покритие в задната част на материала също било подобрено.

Така светлоотразителните системи с мъниста, разработени от 3М достигнали своя максимум през 1971 г. Тогава компанията от Минесота пуснала на пазара системата Хай Интенсити /high intensity/. Въвеждането на толкова много подобрения довело нов рекорд. Този материал връщал към източника 16 процента от уловената светлина, двойно повече в сравнение с Енджиниър Грейд. Дори и до днес това е най-високият дял на отражение, който може да бъде постигнат със система от стъклени мъниста. Новия материал бързо станал хит и скоро бил въведен масово в производството на пътни знаци. С него първо били оборудвани магистралите и другите шосета, където се развиват високи скорости. По същото време, когато Хай Интенсити се утвърждавал на пазара обаче се появило и ново поколение ретрофлективни /светлоотразителни/ материали.

През 1970 година била патентована първата отражателна система с микропризми. Това било най-големият пробив след Енджиниър Грейд. Новият материал влязъл на пазара през 1973 година. При него се използвали миниатюрни призми във формата на правилни триъгълни пирамиди с размери между 0,15 и 0,25 мм. Особено преимущество на тази технология било, че могат да се монтират върху гъвкава основа, това направило материала лесно преносим и обработваем. Това довело до производството на първите искрящи облекла и на популярните отражатели, които се поставят на ученическите чанти. Нововъведението спомогнало много за популяризирането на този вид материали и навлизането им в ежедневието. Тъй като търсенето постоянно нараствало множество, компании се включили в производството и предлагането на блестящите тъкани. 3М не останали по-назад. През 1989 година компанията от Минесота пуснала Даймънд Грейд /Diamond grade/ – своята призмена система за отрязване с висока ефективност.

Тази материя връщала внушителните 35 процента от насочената към нея светлина. Това надминавало двойно максимума на системите с мъниста. Скоро на пазара излезли самозалепващи светлоотразителни ленти и светлоотразително фолио. Те вече били въведени със закон при направата на пътни знаци. Нововъведението дошло тъкмо навреме, тъй като по същото време били направени подобрения на автомобилните фарове, които вече насочвали повече светлина надолу към шосето. Това ограничило лъчите, попадащи в пътните знаци и околните обекти.

Призмената технология обаче също имала известни ограничения. В началото тя била значително по-скъпа за производство. Освен това се оказала по-неефективна при отразяване на светлина, навлязла от по-широк ъгъл. Тогава в производството навлезли първите компютри. Те спомогнали за намирането на нови формули за подреждане на призмите и намаляване на разходите за производство. В новите материали триъгълните пирамиди били поставяни под различни ъгли. Това подобрило многократно обхвата на светлоотразителното фолио.

Най-забележителната промяна в дизайна обаче отново дошла на 3М. През 2006 година компанията представи отразителната материя Даймънд Грейд DG3 /Diamond Grade DG³/. Тя прескача ограниченията на познатите призми. При пряко осветяване традиционните триъгълни пирамиди имат мъртви зони в краищата.

Тези слепи петна заемат до 65 процента от общата площ на материала. Затова инженерите на компанията от Минесота изрязали ненужните участъци и изолирали най-активната част от сърцевината на пирамидата.

Така бил създаден революционен вид микропризми. Плътно подредени тези нови миниатюрни високоефективни отражатели формират материал със 100-процентова отразителна повърхност. Даймънд Грейд DG³ /Diamond Grade DG³/ връща над 50% от уловената светлина. Това е последният връх в този вид материи.

Затова светлоотразителното фолио на 3М е предпочитано при маркирането на тежкотоварни автомобили, както и за направата на пътна маркировка. Според експерти в областта има място и за бъдещо развитие на този вид материали. Надеждите за бъдещи рекорди и подобрения дава по-ефективната призмена технология.