试验环境条件对反光膜逆反射性能影响研究

李 周

（健研检测集团有限公司，福建厦门）

引言

交通标志是道路行驶安全重要组成部分，其反光膜材料更具有无可替代的功能优越性。简而言之，或许可以采用很多方法能够让道路行驶人员在夜间环境内看得见、看得清交通标志信息，但反光膜经济适用，可靠方便，稳定性高更加适用市场环境。它不需要通电，适用与各种各类严酷环境，只需通过车辆的灯光形成逆反射，让行驶人员完成道路标志信息阅读。若采用蓄光材料会因吸收夜间灯光造成功能失效，采用LED 显示屏会因供电、产品寿命及其依赖环境而变得不具有普遍性，且产品成本高。相比之下，反光膜在道路交通安全设施中有优点变得不可或缺。

目前，我国道路交通标志主要反光材料是利用反光膜的逆反射性在夜间实现了有效识别性。逆反射是指入射光方向在较大范围内变化，反射光仍够保持从接近入射光的反方向反射回来这种性质；正因这特性对道路交通安全做出了巨大贡献。当夜间行驶车辆在黑暗道路中，仅有车辆照明的情况下，反光膜的逆反射性能可以为驾驶员提供清晰易辨的道路交通信息。因此道路反光膜反射系数大小不仅能直接影响交通标志在夜间认识度；而且其数值满足与否直接影响了道路交通安全。故研究反光膜的逆反射系数准确性和可靠性，对于保障道路交通安全具有重大意义。

1 试验方案

1.1 试验环境条件选取

GB/T 2918-2018《塑料试样状态调节和试验的标准环境》[1]规定，标准试验环境为（23±2）℃或（27±2）℃；若属于一级标准环境要求，则其温度公差为±1℃；需指明23 ℃适用于非热带地区，27 ℃适用于热带地区。同时为了研究反光膜逆反射性能具有可比性，一般采用23 ℃，50%为测试的标准环境；故本次标准试验环境选用空气温度23 ℃，相对湿度50%，同时满足GB/T 18833-2012《道路反光膜》[2]状态调节和试验环境宜在空气温度（23±2）℃，相对湿度（50±10）%的相关要求。

结合上述相关规范要求，以室温（18～28）℃中临界值为空气温度变化设置点，然后采用对照试验方式，相对湿度采用65%、50%、70%三种进行表1 三种不同温湿度环境条件组合搭配（温度相同，湿度不同；温度不同，湿度相同；温湿度同时不同）。使得本次测试研究更具有可比性和准确性。

1.2 测试方法

（1） 试验前，将试样放置上述相关温度及相对湿度进行不少于24 小时的状态调节，然后进行测试。

（2） 采用便捷式逆反射测量仪器进行测量，打开测量仪器，预热不少于15 min，直至数据稳定后，方可测量。

（3） 本次研究测量几何条件:观测角0.2°，入射角-4°，目的与现场测量标志逆反射系数几何条件一致，具有参考和指导意义。按照厂家仪器说明书进行零点校准和标准板校准。

（4） 在样品取5 个点进行测量，其取点位置见图1；按样品标记的测量方向进行测试。在试样中心区域选取一点进行测量，且作为第1 个测量点。按照对角线方式将试样分割成4 个类三角形区域，并以12点钟方向位置为始点，顺时针进行区域编号（依次2、3、4、5），分别在每个区域中心选取一点进行测量。测量时，便携式逆反射标志测量仪的手柄方向应与标记方向呈水平状态。测试过程中，始终保持被测样品的状态和特性不变改变，样品上的标记不被破坏。

图1 取点位置

（5） 取5 个测量值的算术平均值作为测量结果，保留至个数。

2 试验数据

本次试验采用样品为白色Ⅳ类（150 mm×150 mm）反光膜一块，在观测角0.2°，入射角-4°几何条件下，其逆反射系数指定值RA=1244 cd·lx-1·m-2。逆反射系数测量仪器为美国Roadvista 公司生产多角度逆反射系数测试仪，其标准板在观测角0.2°，入射角-4°几何条件下的逆反射系数RA=333 cd·lx-1·m-2。测试人员持有公路水运工程（交通工程）试验检测师，且长期从事交通安全设施检测。样品具有可追溯性，测量仪器经校准合格且在有效期内，人员具有检测能力，其次测量误差小，其数据结果具有可比性。

本次试验先以标准试验环境空气温度23 ℃、相对湿度50%的条件下进行1 组试验，其次以温度不变，湿度改变；再次以温度改变，湿度不变；最后以温湿度同时改变这3 种试验环境条件下，依据上述测试方法分别进行测量；其测试结果详见表2。从四组数据在不同测量部位的测量值变化规律几乎一致，说明本次测试数据是有效可靠的。

表2 不同试验环境下，道路反光膜逆反射系数结果汇总

（1） 试验一：在温度23 ℃、相对湿度50%的标准试验环境条件下，道路反光膜的逆反射系数实测值平均值RA=1224 cd·lx-1·m-2。

（2） 试验二：在温度23 ℃、相对湿度65%的试验环境条件下，道路反光膜的逆反射系数实测值平均值RA=1204 cd·lx-1·m-2。

（3） 试验三：在温度18 ℃、相对湿度50%的试验环境条件下，道路反光膜的逆反射系数实测值平均值RA=1190 cd·lx-1·m-2。

（4） 试验四：在温度28 ℃、相对湿度70%的试验环境条件下，道路反光膜的逆反射系数实测值平均值RA=1174 cd·lx-1·m-2。

3 数据分析

为减少极端结果对平均值和标准差的影响，本次数据分析先利用格拉布斯(Grubbs)检验法进行离群值的剔除，同时参照GB/T 28043-2019《利用试验室间比对进行能力验证的统计方法》[3]，对其余下数据进一步统计分析，对每一参数计算统计量：平均值、标准差、Z 比分数。

其中Z 比分数计算式为

式中：

xpt- 指定值；

x1- 实测值；

σ- 能力评定标准差。

其Z 比分数使用结果：

（1） |Z|≤2 为满意结果。

（2） 2<|Z|<3 为有问题结果（可疑结果）。

（3） |Z|≥3 为不满意结果（离群结果）。

通过上述统计方法，反光膜在不同温湿度组合下，其逆反射系数测试值偏离情况，其结果值详见表3。

表3 不同温湿度环境下，反光膜逆反射偏离评价

从表3 可以看出，四组实测值变化不大，依据GB/T 18833-2012《道路反光膜》规定白色Ⅳ类反光膜在观测角0.2°、入射角-4°几何条件下，实测最小逆反射系数值应为360 cd·lx-1·m-2，其相关测试数据均符合规范要求。但引入能力验证的统计方法中Z 比分数法：

在已知反光膜逆反射系数指定值情况下，采用标准环境下测试反光膜逆反射系数值结果为满意且Z值小，更接近真值。若改变了相对湿度条件，逆反射系数实测值评价仍为满意，但Z 值偏大；改变了温度，其结果数据评价为可疑；同时改变了温湿度条件，其结果数据评价为离群。说明改变相对湿度对结果值影响不大；但温度改变了，其结果数据偏离过大；若同时改变温度和相对湿度，其结果值背离了真值。

上述主要参照试验室间比对能力验证统计方法进行数据分析、论证，由于样本量较少，存在误差相对较大，结论过于单薄，需要进行多方面的分析论证。利用现有数据进一步分析：不考虑相对湿度影响，不同温度下实测逆反射系数变化（见图2）；不考虑温度影响，不同相对湿度下实测逆反射系数变化（见图3）。

图2 不同温度下，实测逆反射系数变化

图3 不同相对湿度下，实测逆反射系数变化

通过图2 和图3 可知：在不考虑相关因素的影响，反光膜实测逆反射系数均小于标准环境下逆反射系数，说明了温湿度均影响了试验结果准确性。若只考虑不同温度影响，会发现温度变化对实测数据分析是离散的，其影响是不确定性的。若只考虑不同相对湿度因素，其结果数据呈线性的，且随湿度增大，实测逆反射系数随之减小。温度变化对结果影响是随机的，不可预估的，说明了温度对测试结果影响更大，造成影响不可逆的。通过2 种方式论述，试验环境对反光膜实测逆反射系数具有一定的影响，其温度改变是测试结果变化的主要因素。

4 结论

研究表明，试验温湿度的变化对反光膜逆反射系数符合性判定影响不大；若考虑其与真值间比较，试验温度改变，其数据偏离过大，易造成试验失真。从事室内交通安全设施检测同行应严格控制温湿度，减小测量误差，提高试验准确性和可靠性，真正反映产品的特性；对于现场测试交通标志逆反射系数时，应同时测试交通标志表面温度并记录，保障其测试结果具有溯源性。