試驗(yàn)環(huán)境條件對(duì)反光膜逆反射性能影響研究

李 周

（健研檢測(cè)集團(tuán)有限公司，福建廈門）

引言

交通標(biāo)志是道路行駛安全重要組成部分，其反光膜材料更具有無可替代的功能優(yōu)越性。簡(jiǎn)而言之，或許可以采用很多方法能夠讓道路行駛?cè)藛T在夜間環(huán)境內(nèi)看得見、看得清交通標(biāo)志信息，但反光膜經(jīng)濟(jì)適用，可靠方便，穩(wěn)定性高更加適用市場(chǎng)環(huán)境。它不需要通電，適用與各種各類嚴(yán)酷環(huán)境，只需通過車輛的燈光形成逆反射，讓行駛?cè)藛T完成道路標(biāo)志信息閱讀。若采用蓄光材料會(huì)因吸收夜間燈光造成功能失效，采用LED 顯示屏?xí)蚬╇姟a(chǎn)品壽命及其依賴環(huán)境而變得不具有普遍性，且產(chǎn)品成本高。相比之下，反光膜在道路交通安全設(shè)施中有優(yōu)點(diǎn)變得不可或缺。

目前，我國(guó)道路交通標(biāo)志主要反光材料是利用反光膜的逆反射性在夜間實(shí)現(xiàn)了有效識(shí)別性。逆反射是指入射光方向在較大范圍內(nèi)變化，反射光仍夠保持從接近入射光的反方向反射回來這種性質(zhì)；正因這特性對(duì)道路交通安全做出了巨大貢獻(xiàn)。當(dāng)夜間行駛車輛在黑暗道路中，僅有車輛照明的情況下，反光膜的逆反射性能可以為駕駛員提供清晰易辨的道路交通信息。因此道路反光膜反射系數(shù)大小不僅能直接影響交通標(biāo)志在夜間認(rèn)識(shí)度；而且其數(shù)值滿足與否直接影響了道路交通安全。故研究反光膜的逆反射系數(shù)準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)于保障道路交通安全具有重大意義。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)環(huán)境條件選取

GB/T 2918-2018《塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境》[1]規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境為（23±2）℃或（27±2）℃；若屬于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境要求，則其溫度公差為±1℃；需指明23 ℃適用于非熱帶地區(qū)，27 ℃適用于熱帶地區(qū)。同時(shí)為了研究反光膜逆反射性能具有可比性，一般采用23 ℃，50%為測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境；故本次標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境選用空氣溫度23 ℃，相對(duì)濕度50%，同時(shí)滿足GB/T 18833-2012《道路反光膜》[2]狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)環(huán)境宜在空氣溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±10）%的相關(guān)要求。

結(jié)合上述相關(guān)規(guī)范要求，以室溫（18～28）℃中臨界值為空氣溫度變化設(shè)置點(diǎn)，然后采用對(duì)照試驗(yàn)方式，相對(duì)濕度采用65%、50%、70%三種進(jìn)行表1 三種不同溫濕度環(huán)境條件組合搭配（溫度相同，濕度不同；溫度不同，濕度相同；溫濕度同時(shí)不同）。使得本次測(cè)試研究更具有可比性和準(zhǔn)確性。

1.2 測(cè)試方法

（1） 試驗(yàn)前，將試樣放置上述相關(guān)溫度及相對(duì)濕度進(jìn)行不少于24 小時(shí)的狀態(tài)調(diào)節(jié)，然后進(jìn)行測(cè)試。

（2） 采用便捷式逆反射測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，打開測(cè)量?jī)x器，預(yù)熱不少于15 min，直至數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，方可測(cè)量。

（3） 本次研究測(cè)量幾何條件:觀測(cè)角0.2°，入射角-4°，目的與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量標(biāo)志逆反射系數(shù)幾何條件一致，具有參考和指導(dǎo)意義。按照廠家儀器說明書進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)板校準(zhǔn)。

（4） 在樣品取5 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，其取點(diǎn)位置見圖1；按樣品標(biāo)記的測(cè)量方向進(jìn)行測(cè)試。在試樣中心區(qū)域選取一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，且作為第1 個(gè)測(cè)量點(diǎn)。按照對(duì)角線方式將試樣分割成4 個(gè)類三角形區(qū)域，并以12點(diǎn)鐘方向位置為始點(diǎn)，順時(shí)針進(jìn)行區(qū)域編號(hào)（依次2、3、4、5），分別在每個(gè)區(qū)域中心選取一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，便攜式逆反射標(biāo)志測(cè)量?jī)x的手柄方向應(yīng)與標(biāo)記方向呈水平狀態(tài)。測(cè)試過程中，始終保持被測(cè)樣品的狀態(tài)和特性不變改變，樣品上的標(biāo)記不被破壞。

圖1 取點(diǎn)位置

（5） 取5 個(gè)測(cè)量值的算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果，保留至個(gè)數(shù)。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次試驗(yàn)采用樣品為白色Ⅳ類（150 mm×150 mm）反光膜一塊，在觀測(cè)角0.2°，入射角-4°幾何條件下，其逆反射系數(shù)指定值RA=1244 cd·lx-1·m-2。逆反射系數(shù)測(cè)量?jī)x器為美國(guó)Roadvista 公司生產(chǎn)多角度逆反射系數(shù)測(cè)試儀，其標(biāo)準(zhǔn)板在觀測(cè)角0.2°，入射角-4°幾何條件下的逆反射系數(shù)RA=333 cd·lx-1·m-2。測(cè)試人員持有公路水運(yùn)工程（交通工程）試驗(yàn)檢測(cè)師，且長(zhǎng)期從事交通安全設(shè)施檢測(cè)。樣品具有可追溯性，測(cè)量?jī)x器經(jīng)校準(zhǔn)合格且在有效期內(nèi)，人員具有檢測(cè)能力，其次測(cè)量誤差小，其數(shù)據(jù)結(jié)果具有可比性。

本次試驗(yàn)先以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境空氣溫度23 ℃、相對(duì)濕度50%的條件下進(jìn)行1 組試驗(yàn)，其次以溫度不變，濕度改變；再次以溫度改變，濕度不變；最后以溫濕度同時(shí)改變這3 種試驗(yàn)環(huán)境條件下，依據(jù)上述測(cè)試方法分別進(jìn)行測(cè)量；其測(cè)試結(jié)果詳見表2。從四組數(shù)據(jù)在不同測(cè)量部位的測(cè)量值變化規(guī)律幾乎一致，說明本次測(cè)試數(shù)據(jù)是有效可靠的。

表2 不同試驗(yàn)環(huán)境下，道路反光膜逆反射系數(shù)結(jié)果匯總

（1） 試驗(yàn)一：在溫度23 ℃、相對(duì)濕度50%的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境條件下，道路反光膜的逆反射系數(shù)實(shí)測(cè)值平均值RA=1224 cd·lx-1·m-2。

（2） 試驗(yàn)二：在溫度23 ℃、相對(duì)濕度65%的試驗(yàn)環(huán)境條件下，道路反光膜的逆反射系數(shù)實(shí)測(cè)值平均值RA=1204 cd·lx-1·m-2。

（3） 試驗(yàn)三：在溫度18 ℃、相對(duì)濕度50%的試驗(yàn)環(huán)境條件下，道路反光膜的逆反射系數(shù)實(shí)測(cè)值平均值RA=1190 cd·lx-1·m-2。

（4） 試驗(yàn)四：在溫度28 ℃、相對(duì)濕度70%的試驗(yàn)環(huán)境條件下，道路反光膜的逆反射系數(shù)實(shí)測(cè)值平均值RA=1174 cd·lx-1·m-2。

3 數(shù)據(jù)分析

為減少極端結(jié)果對(duì)平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的影響，本次數(shù)據(jù)分析先利用格拉布斯(Grubbs)檢驗(yàn)法進(jìn)行離群值的剔除，同時(shí)參照GB/T 28043-2019《利用試驗(yàn)室間比對(duì)進(jìn)行能力驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)方法》[3]，對(duì)其余下數(shù)據(jù)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)每一參數(shù)計(jì)算統(tǒng)計(jì)量：平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、Z 比分?jǐn)?shù)。

其中Z 比分?jǐn)?shù)計(jì)算式為

式中：

xpt- 指定值；

x1- 實(shí)測(cè)值；

σ- 能力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)差。

其Z 比分?jǐn)?shù)使用結(jié)果：

（1） |Z|≤2 為滿意結(jié)果。

（2） 2<|Z|<3 為有問題結(jié)果（可疑結(jié)果）。

（3） |Z|≥3 為不滿意結(jié)果（離群結(jié)果）。

通過上述統(tǒng)計(jì)方法，反光膜在不同溫濕度組合下，其逆反射系數(shù)測(cè)試值偏離情況，其結(jié)果值詳見表3。

表3 不同溫濕度環(huán)境下，反光膜逆反射偏離評(píng)價(jià)

從表3 可以看出，四組實(shí)測(cè)值變化不大，依據(jù)GB/T 18833-2012《道路反光膜》規(guī)定白色Ⅳ類反光膜在觀測(cè)角0.2°、入射角-4°幾何條件下，實(shí)測(cè)最小逆反射系數(shù)值應(yīng)為360 cd·lx-1·m-2，其相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)均符合規(guī)范要求。但引入能力驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)方法中Z 比分?jǐn)?shù)法：

在已知反光膜逆反射系數(shù)指定值情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下測(cè)試反光膜逆反射系數(shù)值結(jié)果為滿意且Z值小，更接近真值。若改變了相對(duì)濕度條件，逆反射系數(shù)實(shí)測(cè)值評(píng)價(jià)仍為滿意，但Z 值偏大；改變了溫度，其結(jié)果數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)為可疑；同時(shí)改變了溫濕度條件，其結(jié)果數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)為離群。說明改變相對(duì)濕度對(duì)結(jié)果值影響不大；但溫度改變了，其結(jié)果數(shù)據(jù)偏離過大；若同時(shí)改變溫度和相對(duì)濕度，其結(jié)果值背離了真值。

上述主要參照試驗(yàn)室間比對(duì)能力驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、論證，由于樣本量較少，存在誤差相對(duì)較大，結(jié)論過于單薄，需要進(jìn)行多方面的分析論證。利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析：不考慮相對(duì)濕度影響，不同溫度下實(shí)測(cè)逆反射系數(shù)變化（見圖2）；不考慮溫度影響，不同相對(duì)濕度下實(shí)測(cè)逆反射系數(shù)變化（見圖3）。

圖2 不同溫度下，實(shí)測(cè)逆反射系數(shù)變化

圖3 不同相對(duì)濕度下，實(shí)測(cè)逆反射系數(shù)變化

通過圖2 和圖3 可知：在不考慮相關(guān)因素的影響，反光膜實(shí)測(cè)逆反射系數(shù)均小于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下逆反射系數(shù)，說明了溫濕度均影響了試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。若只考慮不同溫度影響，會(huì)發(fā)現(xiàn)溫度變化對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析是離散的，其影響是不確定性的。若只考慮不同相對(duì)濕度因素，其結(jié)果數(shù)據(jù)呈線性的，且隨濕度增大，實(shí)測(cè)逆反射系數(shù)隨之減小。溫度變化對(duì)結(jié)果影響是隨機(jī)的，不可預(yù)估的，說明了溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果影響更大，造成影響不可逆的。通過2 種方式論述，試驗(yàn)環(huán)境對(duì)反光膜實(shí)測(cè)逆反射系數(shù)具有一定的影響，其溫度改變是測(cè)試結(jié)果變化的主要因素。

4 結(jié)論

研究表明，試驗(yàn)溫濕度的變化對(duì)反光膜逆反射系數(shù)符合性判定影響不大；若考慮其與真值間比較，試驗(yàn)溫度改變，其數(shù)據(jù)偏離過大，易造成試驗(yàn)失真。從事室內(nèi)交通安全設(shè)施檢測(cè)同行應(yīng)嚴(yán)格控制溫濕度，減小測(cè)量誤差，提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性和可靠性，真正反映產(chǎn)品的特性；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試交通標(biāo)志逆反射系數(shù)時(shí)，應(yīng)同時(shí)測(cè)試交通標(biāo)志表面溫度并記錄，保障其測(cè)試結(jié)果具有溯源性。