高可視性服裝的分類和檢測評價

袁志磊，劉 蕭，陳玨成，張薇薇，周 嫻

［1.上海海關，上海 200135；2.東華大學，上海 201620；3.上海國際旅行衛生保健中心（上海海關口岸門診部），上海 200002］

近年來，隨著經濟水平和科學技術的不斷發展，人們對服裝的要求不再局限于美觀，而是致力于功能性設計，包括舒適性、健康性、安全防護性等。其中，高可視性服裝就是一種安全防護型的功能性服裝，采用顏色醒目的基底材料和具有發光或者反光的材料制成。在黑夜、暴雨、暴雪、沙塵暴、大霧等可見度極端惡劣的情況下，高可視性服裝可顯著區分穿著者與周圍環境，明確穿著者的位置、行動路徑甚至動作［1］，對他人起到警示作用，避免發生事故。

隨著各國政府對安全工作力度的加大和人們安全意識的提高，高可視性服裝被廣泛應用于各行各業，尤其在道路交通安全防護上具有巨大的市場前景［2］。在路況復雜的道路上工作的交通警察、道路勘測員、環衛工人、路政綠化工人等容易被過往車輛碰撞。當道路工作者穿著高可視性警示服時，在白天、黑夜或可視度差的環境中都具有較高的可視性，能及時提醒過往車輛注意避讓，保護自身安全。高可視性警示服也應用于在口岸碼頭、機場等場所的工作人員。由于機場、碼頭、船舶、巨型集裝箱堆場、大型倉儲倉庫等戶外工作場所環境復雜，燈光較暗，時常因人員識別不清、移動位置不明而發生危險。穿著高可視性警示服可明確工作人員的具體位置和身份性質，避免發生意外，或在發生危險時及時獲救。高可視性服裝也可應用于日常生活中，例如夜跑服、節日和舞臺服裝等，在光線較暗的環境中，發光夜跑服可使運動者具有較高的辨識度，對過往車輛具有警示作用；而發光的節日或舞臺服裝能使穿著者與眾不同，產生絢麗的效果，滿足人們對美的需求。

1 高可視性服裝的分類

高可視性服裝通常作為安全警示服裝和裝飾性功能服裝，按照發光原理可以分為反光型、熒光型、夜光型和電致發光型。

1.1 反光型服裝

反光型服裝運用一定面積的反光材料（也稱回歸反射材料或逆反射材料），該材料中含有高折射率的玻璃微珠或微棱鏡，當平行光線照射到微珠或棱鏡之上時，可將光線聚集在焦點的特殊反射層上，光線經折射后聚焦，再從焦點反射回光源處，從而提供清晰的可見度［3］。反光材料的光路圖見圖1。

圖1 反光材料的反光光路圖

反光材料被廣泛應用于各種警示服上，GB 20653—2020《防護服裝職業用高可視性警示服》對各種警示服反光帶的設計作了詳細規定：背心和無袖短外套類警示服的反光帶最小寬度為25 mm，至少有一條環繞軀干的反光帶，左右兩肩應該各有一條反光帶從胸前延伸到后背，如果服裝有多條水平反光帶，相鄰兩條的間距應不小于50 mm，由反光材料或者組合性能材料組成的條帶在長度方向上的間隙應不大于50 mm；長褲、背帶褲類警示服也要求反光帶最小寬度為25 mm，至少有兩條反光帶，間隔不小于50 mm等，以保證警示服反光性能達到理想的高可視效果［4］。反光警示服示例見圖2。

圖2 反光警示服

反光材料具有較高的反光強度、光澤度和柔韌性，有良好的防雨淋性能，依靠自身的反光結構，只要有燈光照射就可以反光，無需連接外部電源，使用方便。但反光型服裝必須在外部光源的照射下才具有高可視效果，反之則不然，使用條件具有一定的局限性。此外，反光材料結構主要由銀色金屬鍍層、玻璃微珠或微棱鏡的固定層、熱熔膠組成，一般為銀灰色，因此服裝設計有局限性。其他顏色的反光材料一般是在銀灰色材料表面進行印刷改色，但該處理方法會降低反光強度，影響反光材料的可視效果［5］。同時，反光型服裝在穿著使用時受到各種外界環境因素的影響，會使其逆反射性能逐漸下降。

1.2 熒光型服裝

熒光材料受紫外光等能量激發后，電子能夠從基態躍遷到激發態，然后通過輻射衰變釋放出光子回復到基態，釋放此前吸收的能量產生熒光［6］。根據激發光源的不同，熒光材料可以分為紅外熒光材料和紫外熒光材料，在紅外光或紫外光的激發下發出不同顏色的光，光源消失后又恢復為原來的顏色。熒光警示服如圖3所示。

圖3 熒光警示服

GB 20653—2020 和ISO 20471—2013《高可視性警示服的測量方法和要求》都對高可視性警示服中的熒光材料進行了規定：熒光材料的顏色應為熒光黃、熒光橘紅或熒光紅，最小使用面積為1 級0.14 m2、2 級0.50 m2和3 級0.80 m2，熒光材料應環繞軀干、褲腿和袖子等部位，且寬度不小于50 mm，從而具有360°視角的高可視性。ANSI/ISEA 107—2015《高可視性安全服裝和頭飾》中對熒光材料顏色和最小使用面積的規定與國家標準基本相同，但是增加了補充項目說明，規定更詳細。

熒光材料能夠吸收光能并發出不同波長的光，在白天有非常好的高可視效果，看起來比其他同樣顏色的材料更明亮、醒目，但是只在波長較短的可見光、紅外線或紫外線照射下起作用，熒光強度較低、持久性差，并且容易受到外界環境的影響［7-8］。

1.3 夜光型服裝

夜光材料（又稱蓄光材料）能夠發光是因為含有Eu、Dy 等稀土元素，而稀土元素具有豐富的電子能級，可以產生多種能級間的躍遷。當受到可見光的照射時，電子能夠從基態或低能級向高能級躍遷，因為能量不平衡，部分電子又躍遷回基態釋放能量，產生即時發光，其他電子則通過弛豫作用儲存在蓄光材料特有的陷阱能級中發生光吸收，當移至暗處時，電子從激發態的陷阱能級躍遷到基態或低能級中，將儲存的能量慢慢釋放，產生發光現象［9］。夜光材料的發光原理見圖4。

圖4 夜光材料發光原理圖

夜光材料能夠在太陽光或燈光的照射下將能量儲存起來，將其移至暗處后，該能量轉換成可見光慢慢釋放，并持續一段時間。將這種夜光材料加工到警示服上可起到警示提醒作用，應用到舞臺服裝上能夠起到一定的裝飾美化效果（見圖5），應用到繩索、漁網和篷布上可使夜間作業安全、有效地進行［10］。

圖5 夜光警示服

夜光服是一種具有蓄光特性的功能性服裝，不僅可以提高產品的安全警示性，還能夠增添紡織品服裝的趣味性和藝術效果。夜光服的發光無需外部電源，只要經過燈光、太陽光等光源的照射，就可以持續發光一段時間，無毒、無害、無放射性，具有節能環保的優點。但夜光材料的發光亮度和持續性并不理想，離開光源后亮度逐漸衰減，余輝時間短，洗滌后的發光亮度還會降低。

1.4 電致發光型服裝

電致發光型服裝是將LED 線或EL 冷光片等電致發光元件和電池組一起添加到服裝上，通電后可電控發光（如圖6 所示）。LED 被稱為發光二極管，是一種能將電能直接轉變成光能的固態半導體元件，通過電子與空穴復合釋放能量發光，不同半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同，釋放的能量越多，發出的波長越短。EL 是通過在電極兩端加交流電壓而產生電場，激發熒光物質發光的一種物理現象，通過調節電壓和頻率來改變光源亮度，并且能夠產生不同顏色的光源帶。

圖6 電致發光警示服

電致發光型服裝具有高亮度、數字化、能耗低、性能穩定等特點，能夠根據需要設計出不同顏色、不同亮度的光源。目前市面上部分電致發光型服裝選用的LED 光帶（點光源，單個發光面較窄，穿透力差）使用一段時間后會產生熱量。而EL 冷光片是一個統一的整體面發光，具有彈性，輕薄可隨意彎曲，工作一段時間也不會產生熱量［1］。應用到警示服上，可以在保留傳統反光優勢的同時有效彌補其在光線差、能見度低的環境下反光效果差的缺點［11］。由于電致發光元件需要電能激發，服裝上需要添加電源和電線，服裝較重，舒適性大打折扣［6］。

2 高可視性服裝的檢測與評價

2.1 反光性能的檢測與評價

不同顏色、不同物體的反光能力不同，一般采用逆反射系數來評價其反光性能，即在反光面積一定時，逆反射系數越大，材料的逆反射性能越好，可視距離越大。表1中，GB 20653—2020、SN/T 2128—2008《進出口逆反射面料逆反射性能的試驗方法和要求》、ISO 20471—2013 和ANSI/ISEA 107—2015 都規定了逆反射系數的測定方法和評價指標。標準采用逆反射系數測量儀來測定逆反射系數，將試樣放置在儀器的測量孔下，分別測量試樣入射角在5°、20°、30°、40°和觀測角在12′、20′、1°、1°30′時的逆反射系數。此外還需測量經過摩擦、曲繞、低溫彎曲、溫度變化、水洗和淋雨后的逆反射性能［12］。

表1 國內外標準中規定的最小逆反射系數

2.2 熒光性能的檢測與評價

熒光材料的主要檢測指標包括色度坐標和亮度因子。GB 20653—2020 中規定采用標準照明體D65光源、幾何條件為45/0、2°進行觀察，按照GB/T 3979—2008《物體色的測量方法》規定方法進行測試，依據CIE 1931 標準色度系統中的三刺激值（x、y、z）計算色度坐標［13］。ISO 20471—2013 和ANSI/ISEA 107—2015等也有相關規定，和國內標準對熒光材料顏色的評價指標基本相同，具體見表2。

表2 熒光材料的顏色要求

2.3 夜光性能的檢測

夜光材料經過光源激發后能在黑暗中發出一定色彩的光，發光亮度大小、余輝時間長短是評價夜光材料發光性能的重要指標［14］。目前，國內外僅有行業標準SN/T 2558.7—2014《進出口功能性紡織品檢驗方法第7 部分：夜光纖維發光性能》規定了夜光材料色品坐標、余輝亮度和余輝時間的測試方法。該方法使用D65光源作為激發光源，以1 000 lx 照度直接照射試樣，激發15 min 后關閉光源，用色度儀測量試樣的色品坐標以表征發光顏色，用亮度計每隔1 min 測量試樣的余輝亮度，繪制發光亮度和時間的散點分布圖，再根據數學模型和擬合曲線推算發光亮度衰減到0.32×10-3cd/m2時的發光時間［15］。該標準僅規定夜光材料的測試方法，沒有規定評價指標。

2.4 電致發光性能的檢測

電致發光材料主要包括LED 發光材料和EL 冷光片材料。目前，電致發光警示服為非規制警示服裝，仍處于研發階段。關于電致發光服裝的發光亮度、可視效果的測試與評價還沒有相關標準，但有相關文獻提出用發光亮度表征發光效果。

陳園園等［16］采用BM-5A 亮度色度計測試電致發光材料的亮度，該亮度計通過A/D 轉換與計算機相連，在線讀取亮度值，并通過調節物鏡與被測物體的距離、改變測試角度測試面積大小，測試面積為0.1～17.5 mm2。該方法操作簡便、快捷，但測試結果為點光源亮度，測試面積有一定的局限性。

周鋼等［17］利用數碼成像亮度測試系統測試不均勻面光源亮度，被測物體經過光學系統在CCD 光敏面上成像，經過光電轉換、量化、轉移、讀出后，通過視頻采集卡以模擬視頻信號方式在計算機上輸出，最后經過軟件系統的圖像分析和計算獲得亮度值，也就是先對這些圖像進行灰度提取，然后根據圖片的灰度值和曝光時間計算出該圖像對應的原物上每一個點的亮度值，再根據這些亮度值描繪出原物的亮度分布。該方法可以測量發光體表面的亮度分布，但操作較復雜、費時。

3 結束語

高可視性服裝已廣泛應用于道路交通、消防救援、機場口岸等諸多領域，作為安全警示服在保障相關工作人員的人身安全方面發揮了重要作用。高可視性服裝主要分為反光型、熒光型、夜光型和電致發光型4 大類，其中反光型、熒光型、夜光型服裝需要外部光源的照射才能反光或發光，而電致發光服裝是主動發光型服裝，但是需要電源。無論是被動型還是主動型發光服裝都存在一定的局限性。目前，高可視性警示服絕大多數以反光型為主，既能反光又能主動發光的安全警示服是今后研究發展的方向，逆反射系數、發光亮度、發光時間以及耐用性是評價其性能的關鍵指標。此外，電致發光服裝的發光性能還沒有統一的檢測和評價方法，應該盡快制定相關標準，規范檢測方法和評價指標，使該類產品的檢測有據可依，對于規范產品市場和保障穿著者的人身安全都具有重要意義。